Ферменты микроорганизмов, используемые в производстве

Ферментативную активность микроорганизмов человек использует давно (пивоварение, винокурение, обработка волокнистых растений, получение кисломолочных продуктов). Культуры грибов в Китае, Корее, Японии и других странах использовали уже несколько тысяч лет назад. Однако применение собственно ферментов как химических соединений специфического и сложного строения началось недавно. В настоящее время в промышленных масштабах они производятся в России, Японии, США, Англии, Франции, Голландии, Дании, Швейцарии, Чехии, Польше и других странах.

Основные продуценты ферментов микроорганизмов являются грибы, но все больше в практику входят и ферменты некоторых бактерий.

Ферменты подразделяют на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы.

2. Трансферазы.

3. Гидролазы.

4. Лиазы.

5. Изомеразы.

6. Лигазы (синтетазы).

В настоящее время широкое применение получили ферменты бактерий (гидролазы): гликозидазы, пептидазы и т.д. Среди этой группы бактерий много ферментов, выделяемых клеткой и накапливаемых в культуральной жидкости. Это упрощает выделение ферментов.

Гликозидазы катализируют гидролиз гликозидных соединений. В эту группу входят амилолитические ферменты, гидролизирующие крахмал: a- и b- амилазы, глюкоамилаза. В зависимости от происхождения они могут различаться по строению, молекулярной массе, термостабильности, оптимуму рН.

Продуцентами a-амилазы, получаемой промышленным способом, являются Bacillus licheniformis, Bac. amyloliquefaciens,Aspergillus oryzoe. a-амилаза, синтезируемая Bacillus licheniformis, обладает высокой устойчивостью, способна гидролизовать крахмал при температуре ~100⁰С.

Глюкоамилаза (1,4-a-Д-глюкан-глюканогидролаза) в основном выделена у грибов, например, у Asp.niger она состоит из двух глюкопротеинов.

Декстраназа (1,6-a-Д-глюкан-глюканогидролаза) воздействует на 1,6-глюкозидные связи в декстране, активный его продуцент Рenicillium purpurogenium.

Пуллуланаза (пуллулан-6-глюканогидролиза) гидролизует грибной полисахарид пуллулан, гликоген, аминопектин, декстрины, образуемые из амилопектина и гликогена, получают из Klebsiella pneumoniae.

Лактаза или b-галактозидаза (b-Д-галактозид-галактогидролаза) превращает лактозу в глюкозу и галактозу, продуцирует E.coli, Asp.niger, Sacch. cerevisiae. Curvularia inaqualis, Alternaria tenuis.

Инвертаза (b-Д-фруктофуранозид-фруктогидролазы) расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу, образуют представители из рода Aspergillus (Asp.awamori, Asp. batatae, Asp. niger), дрожжи, отдельные штаммы Baс.subtilis и Bac.diastaticus.

Целлюлазы - действуют на различные участки молекул целлюлазы. Вместе с целлюлазой микроорганизмы продуцируют целлобиозу и гемицеллюлазу. Целлюлазы, целлобиоза и гемицеллюлаза - целлюлолитические ферменты гидролизуют целлюлозу в конечном итоге до глюкозы. Продуцентами этих ферментов являются многие мицелиальные грибы (Penicillium notatum, P.variabile, P.iriense, Trichoderma roseum, Verticillum alboatrum. Подобные ферменты у бактерий изучены слабо.

Пектиназы (полигалоктуроназы) распространены у бактерий и грибов. Известны продуценты Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum forma lycopersici, многие виды Erwinia, а также Clostridium felsineum, Bac.polymyxa.

Протеиназы, или протеазы (пептид-пептид-гидролазы), катализируют разрыв пептидных связей белков с образованием аминокислот, ди- и полипептидов. Ферментов этой группы очень много, они бывают нейтральными, кислыми, щелочными. Некоторые микроорганизмы обладают несколькими протеиназами: Actinomyces fradiae синтезирует шесть протеиназ, Act.rimosus выделяет комплекс протеиназ, Str.griseus - пять ферментов. Протеиназа Asp.terricola лизирует тромбы крови без разрушения эритроцитов.

Коллагеназа Cl.histolyticum гидролизует коллагены различного происхождения с образованием различных пептидов. Протеиназы синтезирует и Bac.subtilis. E.coli продуцирует фермент аспартазу (L-аспартат-NH₃-лиаза), осуществляющий разложение аспарагиновой кислоты и ее синтез из фумаровой кислоты и аммиака.

Липазы (триацилглицеролацилгидролазы) участвуют в липидном обмене. Продуцентами, выделяющими фермент в культуральную среду являются грибы из родов Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Geotrichum, дрожжеподобные грибы Candida, бактерии Pseudomonas. Липазы расщепляют триацил глицеролы до жирных кислот и глицерина. Фосфокиназы расщепляют сложноэфирные связи между жирными кислотами, глицерином, фосфатидиловой кислотой. Продуцентами этих ферментов являются представители родов Clostridium и Bacillus.