Целюлітні препарати

Целюлолітичні препарати

Ферментні препарати, які здатні розчеплювати целюлозу, в найближчий час знайдуть широке застосування в найрізноманітніших галузях виробництва. Гідроліз целюлози дає глюкозу, яку можна використовувати для виробництва харчових та кормових білкових препаратів, отримувати з неї спирт для енергетичних цілей,а також вона може стати початковим продуктом для виробництва глюкозо-фруктозних сиропів. Відомі промислові способи гідролізу деревини до глюкози, але вони призводять до часткової деградації глюкози та утворенню небажаних домішок, від яких необхідно звільнятися. Для проведення кислотного гідролізу необхідне дороге, стійке до корозії обладнання. Тому найбільш перспективним являється використання целюлаз для гідролізу целюлозовміснї сировини. Целюлолітичні ферменти з успіхом застосовують в найрізноманітніших виробництвах (спиртова, пивоварна, хлібопекарська та ін.), де сировиною являються рослинні матеріали або відходи переробки рослин. Використання целюлаз підвищують вихід цільового продукту та дозволяє підійти до створення безвідходних технологій. Целюлолітичним ферментам належить велике майбутнє. Але целюлоза – дуже складний субстрат для дії ферментів, і в світі немає поки продуцентів, які б повній мірі задовольняли потреби галузей, що застосовують целюлози.

Джерела отримання целюлолітичних ферментів

Целюлази майже виключно синтезуються тільки мікроорганізмами, а саме анаеробними бактеріями роду Clostridium , мікроскопічними грибами та ін.. Целюлоза розщеплюється представниками багатьох родів мікроорганізмів – Alternaria tenuis , Aspergillus amstelodamy , A . fumigatus , A . oryzae , A . terreus , Cellovibrio gilvus , Cephalosporium sacchariticus , Chaetomium globosum , Fusarium culmorum , F . oxysporum , F . solani , Penicillium notatum , P . variable , Trichoderma koningii , T . viride , Cytophaga та ін..

Механізм дії та властивості целюлаз

Субстрат. Субстратом для целюлаз являються целюлоза або продукт її часткової деградації. Целюлоза являється високо полімерним полісахаридом рослин, що складається з залишків глюкози, з’єднаних між собою β-1,4-глюкозиднимим зв’язками. Целюлоза – лінійний полімер. Більшість залишків глюкози в целюлозі містять три вільних гідроксилу у 2, 3 та 6-го вуглецевих атомів, які є основою для утворення водневих зв’язків та формування міцних волокон. В середньому одна нитка целюлози складається з 6000-12000 глюкозних залишків з молекулярною масою близько 1·10⁶ - 2·10⁶ . Об’єднані в групи ниткоподібні молекули целюлози називаються мікрофібрилами. В мікрофібрилі нитки целюлози можуть бути упаковані паралельно, з безліччю водневих та інших зв’язків – це «кристаліти»; ділянки, де нема строгої впорядкованої структури, називають аморфними. Аморфні ділянки целюлози легше піддаються зовнішньому впливу: зі збільшенням кількості таких ділянок росте набруньковуваність целюлози, її атакованість ферментами, падає міцність. Целюлоза є нерозчинним у воді субстратом. Нативна целюлоза, особливо з високим ступенем кристалічності, повільно та погано атакується целюлозами. Тому целюлозу для ферментативного гідролізу треба піддавати попередній обробці. Для цього застосовують подрібнення за допомогою вальцювання матеріалу в різних типах млинів, хімічні способи обробки кислотами та лугами, методи фізичної обробки.

В зв’язку з цим при характеристиці целюлолітичних ферментів слід обов’язково враховувати стан субстрату – целюлози. Розрізняють два види целюлози: нативна – нічим не оброблена целюлоза, яка повністю зберегла початкову будову та структуру мікрофібрил (фільтрувальний папір, бавовна), та так звана модифікована, частково оброблена целюлоза, в якій порушені водневі зв’язки і фібрилярна структура волокна. Є. Т. Ріс в 50-ті роки допустив наявність С₁ -фактора не гідролітичної природи, який викликає деградацію нативної целюлози і робить її доступною для дії комплекса целюлаз, що був названий С_х - ферментами. Схема такого гідролізу наступна:

В 60-х роках К. Селбі висловив гіпотезу, що С₁ -фактор – це особлива властивість живої культури мікроорганізму.

Була висунута та експериментально обґрунтована загальна схема ферментативного гідролізу целюлози:

Механізм дії . В залежності від фізичного стану вихідного субстрату G_n може бути частково деструктованою нерозчинною целюлозою або розчинними похідними целюлози.

Така схема ферментативного гідролізу целюлози дозволяла описати процес деградації субстрата незалежно від складу та походження полі ферментної целюлозної системи. Більше того, виявилось, що якщо виділити окремі целюлолітичні ферменти із різних целюлозних комплексів, отриманих із різних культур мікроорганізмів, та змішати їх один з одним в різних пропорціях, то в кожному випадку можна передбачити, який вид будуть мати криві накопичення продуктів реакції (А. А. Клесов, 1984). Всі ці дані були отримані на аморфній целюлозі і тому залишалась заг