Allmänna egenskaper hos enzymer. Påverkan och ämnen som orsakar enzyminaktivering Sluten pankreasskada

Mängden enzym som finns närvarande i vävnader vid en given tidpunkt bestäms av de relativa hastigheterna för dess syntes och nedbrytning, såväl som koncentrationerna av olika typer av inhibitorer och aktivatorer. Som regel sker nedbrytningen av enzymer och minskningen av deras kvantitet i mediet långsamt. Hämning och aktivering av enzymer kan utföras ganska snabbt - inom några sekunder.

Det finns många metoder för att bestämma och uttrycka aktiviteten hos enskilda enzymer. Detta beror på mångfalden av enzymer, närvaron och användningen av olika substrat för att bestämma deras aktivitet.

International Biochemical Union har föreslagit följande definition av en enzymenhet: " En enhet av ett enzym anses vara den mängd som katalyserar omvandlingen av en mikromol substrat per minut under givna standardförhållanden ». Antalet mikromol kommer att vara lika med antalet standardenheter . Internationella kommissionen föreslog, om möjligt, att enzymaktiviteten skulle bestämmas vid 30 °C och vid pH-värden och substratkoncentrationer optimala för enzymaktivitet.

Är vanliga egenskaper hos enzymer strömma ut från deras proteinnatur . Enzymer termolabila, deras aktivitet beror på pH och luftfuktighet , där de verkar, samt från påverkan av aktivatorer och inhibitorer .

När temperaturen stiger till vissa gränser ökar enzymaktiviteten. När den optimala temperaturen för enzymet uppnås är dess katalytiska aktivitet som högst. Den optimala temperaturen för många enzymer är oftast i inom 40 till 50 °C (optimalt för växtenzymer är 50 - 60 ° C, och för enzymer av animaliskt ursprung - 40 - 50 ° C). Den optimala temperaturen är dock inte strikt konstant och beror på många skäl, och i synnerhet på uppvärmningens varaktighet. Ju längre enzymverkan är, desto lägre bör den optimala temperaturen vara. .

I temperaturintervallet från 0 till 50 °C, med en ökning eller minskning av temperaturen för varje 10 °C, ökar eller minskar enzymaktiviteten med 1,4–2 gånger. Vid ytterligare uppvärmning minskar enzymaktiviteten, och vid 80 – 100 °C förlorar enzymer vanligtvis helt sina katalytiska egenskaper på grund av proteindenaturering .

Temperaturen för inaktivering (förlust av aktivitet) är olika för olika enzymer. Sålunda sker inaktivering av enzymet amylas i lösning vid 70 °C, sukras - vid 59, trypsin och pepsin - vid 65 °C. I torrt tillstånd kan enzymer tolerera uppvärmning till högre temperaturer. Men vid mycket höga temperaturer sker enzyminaktivering omedelbart. Pastörisering, sterilisering, blanchering och kokning förstör enzymer .

Efter termisk inaktivering återställer vissa enzymer sin katalytiska aktivitet. Ett exempel är peroxidas, som, även vid upphettning i 60 s till 150 °C, inte helt förlorar sina katalytiska egenskaper. Därför anses peroxidas vara det mest termostabila enzymet.

Vid temperaturer under 0 °C minskar enzymernas katalytiska aktivitet kraftigt, men bibehålls fortfarande även när maten är fryst.

Omgivningens reaktion har en betydande inverkan på enzymers katalytiska aktivitet. Enzymer förändrar sin löslighet, osmotiska tryck, viskositet och andra egenskaper under påverkan av miljöns pH. Man tror att förändringar i enzymaktivitet beroende på miljöns pH är associerade med förändringar jonisering enzymer, substrat eller enzym-substratkomplex .

Enzymer uppvisar optimal aktivitet endast inom vissa pH-gränser som är inneboende för dem.. Således har pepsin, som släpps ut i den mycket sura miljön i magen, en optimal aktivitet vid pH 1,5 och 2,5. Samtidigt har proteaser, som utsöndras av bukspottkörteln i tolvfingertarmen, optimal aktivitet i den alkaliska pH-zonen, och den optimala verkan av trypsin ligger inom pH-området 8–9. Vid ett pH-värde över eller under det optimala minskar enzymaktiviteten .

De flesta enzymer är mest aktiva i neutrala, lätt alkaliska eller lätt sura miljöer. När pH-värdet skiftar från optimalt till surt eller alkaliskt minskar enzymaktiviteten.

Aktivatorer och inhibitorer(förlamare) av enzymer kan följaktligen stärka eller försvaga och till och med stoppa deras aktivitet. Aktivatorer enzymer är metalljoner: Na + , K + , Rb + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ och föreningar som innehåller sulfhydrylgrupper: SH, HCN, H 2 S . Närvaron av de specificerade metallerna eller föreningarna i en lösning i en viss koncentration bidrar till manifestationen av full aktivitet hos vissa enzymer.

Alla enzymer är mottagliga för hämning på grund av denaturering eller förstörelse av enzymproteinet.

Kärnan i verkan av inhibitorer är i de flesta fall att de kombineras med aktiva grupper eller aktiva centra av enzymmolekylen. Skilja på allmänna och specifika inhibitorer . TILL allmänna hämmare som hämma verkan av alla enzymer , inkludera salter av tungmetaller (bly, silver, kvicksilver), triklorättiksyra och tannin . Ofta är hämningen eller upphörandet av verkan av enzymer under påverkan av tungmetaller reversibel, och om ämnen som bildar föreningar med dessa metaller tillsätts till mediet återställs enzymernas aktivitet.

Specifika inhibitorer verkar bara på vissa enzymer. Således verkar blåvätesyra endast på oxidativa enzymer som innehåller järn eller koppar i det aktiva centret. Blåvätesyra kombineras med metaller, och enzymet tappar aktivitet.

I en levande cell utförs reglering av enzymers verkan inte bara med hjälp av specifika aktivatorer och inhibitorer, utan också genom att binda enzymer till olika kolloidala strukturer av protoplasman. Denna bindning av enzymer leder till deras förlust av aktivitet. Frisättningen av enzymet från föreningen återställer dess katalytiska aktivitet.

Enzymer inaktiveras vid mycket höga tryck . Men efter att trycket har avlägsnats återställer enzymerna sin katalytiska aktivitet.

Effekten av enzymer bromsas kraftigt i torrfoder, men slutar inte helt. Resultaten av enzymaktivitet kan visa sig i förändringar i produktens kvalitet - dess mörkning, försämring av arom, smak, konsistens etc.

Hastigheten för de flesta enzymatiska reaktionerna är proportionell mot koncentrationen av enzymet, åtminstone i de tidigaste stadierna. Utöver de inledande stadierna minskar hastigheten för enzymatiska reaktioner.

Enzymet bildar ett komplex med substratet, som dissocierar till det fria enzymet och den slutliga reaktionsprodukten:

där E är enzymet; S – substrat; ES – enzym-substratkomplex; P – slutprodukt.

Mängden substrat är mycket stor jämfört med mängden enzym, och därför påverkar koncentrationen av substratet i hög grad hastigheten för enzymatiska reaktioner. Om substratet finns i betydande överskott, är mängden produkt som bildas proportionell mot tiden. När substratkoncentrationen minskar, minskar mängden slutprodukt (P) som bildas per tidsenhet.

Närvaron av ett enzym i en lösning bedöms av dess verkan. Således kan närvaron av amylas i saliv bedömas av salivens förmåga att försockra stärkelse, närvaron av magpepsin - genom dess förmåga att lösa upp äggvita eller fibrin med tillräcklig hastighet.

Genom att reglera aktiviteten hos enzymer genom att skapa en lämplig reaktionsmiljö kan du kontrollera hastigheten på reaktionerna de katalyserar, såväl som aktiviteten hos enzymer som finns i livsmedel, vilket gör att du kan utföra åtgärder för lagring av spannmål, potatis , frukt och grönsaker, produktion av ett antal produkter (vin, te, etc. . .).

Nomenklatur och klassificering av enzymer

Under den första utvecklingsperioden av studien av enzymer fick de namn utan ett specifikt system, baserat på slumpmässiga egenskaper, namnet på substratet eller typen av reaktion som katalyserades. Så, enzymet pepsin fick sitt namn från det grekiska ordet "pepsis" - jag smälter, papain - från saften från papayaväxten, rik på enzymet. Det hände att enskilda författare gav olika namn åt samma enzym.

I samband med den snabba utvecklingen av vetenskapen om enzymer - fermentologi, 1961, utvecklade den ständiga kommittén för enzymer vid International Biochemical Union en modern nomenklatur och klassificering av enzymer. I enlighet med denna klassificering var enzymets namn sammansatt av det kemiska namnet på substratet och namnet på reaktionen som utfördes av enzymet. Till det latinska namnet på roten till substratet som enzymet verkar på (sackaros - sackaras), eller till namnet på processen som katalyseras av detta enzym (hydrolys - hydrolaser), ändelse tillagd"aza". Tillsammans med nya namn på många enzymer har gamla som blivit fast etablerade i den vetenskapliga litteraturen (pepsin, trypsin, papain, etc.) bevarats.

Enligt modern klassificering är alla enzymer indelade i sex klasser: oxidoreduktaser; transferaser; hydrolaser; lyaser; isomeraser; ligaser (syntetaser) . Klassificeringen av enzymer baseras på arten av deras verkan.

Varje klass är indelad i underklasser och varje underklass är indelad i grupper.

Oxidoreduktaser

Dessa är enzymer som katalyserar redoxreaktioner som förekommer i levande organismer. Oxidationsreaktioner av ämnen i organismer åtföljs alltid av reduktionsreaktioner. Oxidoreduktaser delas in i 14 underklasser (den mest omfattande klassen av enzymer).

Oxidation sker som processen för att avlägsna väte (elektroner) från substratet, och reduktion sker som tillsats av väteatomer (elektroner) till acceptorn. Denna reaktion kan schematiskt representeras enligt följande:

AN 2 + B = A + VN 2,

där AN 2 är ett ämne som donerar sitt väte och kallas en donator; B är ett ämne som tar bort väte och kallas en acceptor.

En mängd olika ämnen kan genomgå oxidation - kolhydrater, fetter, proteiner, aminosyror, vitaminer, etc.

Oxidoreduktasernas roll i levande vävnader utförs av omfattande grupper dehydrogenaser Och oxidaser , som namnges beroende på vilket substrat de oxiderar. Således kallas enzymet som dehydrerar äppelsyra malatdehydrogenas, enzymet som dehydrerar etylalkohol kallas alkoholdehydrogenas, etc.

I klassen oxidoreduktaser är de främsta dehydrogenaser, som utför dehydreringsreaktionen. Alla dehydrogenaser är uppdelade i två grupper : anaerob och aerob, som kallas oxidaser .

Anaeroba dehydrogenaserär specifika enzymer som katalyserar väteabstraktion från vissa kemikalier och överföra det till andra enzymer - vätebärare. Dessa dehydrogenaser är tvåkomponentsenzymer där koenzymet lätt separeras från proteindelen. Som ett koenzym Anaeroba dehydrogenaser kan innehålla två ämnen - nikotinamid adenin nukleotid ( OVAN ) eller nikotinamid adelin nukleotidfosfat ( NADP ). Båda dessa ämnen har exceptionellt höga reaktiva redoxegenskaper.

Det finns många kända anaeroba dehydrogenaser som katalyserar oxidationen av olika organiska föreningar. Sålunda katalyserar laktatdehydrogenas oxidationen av mjölksyra till pyrodruvsyra, isocitratdehydrogenas - oxidationen av isocitrinsyra till oxal-bärnstenssyra.

Till gruppen aeroba dehydrogenaser (oxidaser) inkluderar enzymer som innehåller som ett koenzym ingår vitamin B 2 , (riboflavin ), därför kallas sådana enzymer flavin . Flavinenzymer kan ta bort väte från ämnet som oxideras och överföra det till andra föreningar eller luftsyre:

2H2O2 → 2H2O + O2.

Genom att ta väte från ämnet som oxideras och överföra det till luftens syre, kan oxidaset bilda vatten eller väteperoxid (H 2 O eller H 2 O 2). Denna grupp av enzymer inkluderar polyfenoloxidas, askorbatoxidas och glukosoxidas.

Polyfenoloxidasär ett aerobt dehydrogenas för vilket Väteacceptorn är syrgas .

Det verkar på o-difenoler, polyfenoler, tanniner och tyrosin. Polyfenoloxidas är brett distribuerat i svampar och högre växter, särskilt i gröna teblad. Verkan av polyfenoloxidas förklarar mörkningen av det skurna köttet av frukt och grönsaker, potatis, samt mörkningen av färska teblad när de rullas. Polyfenoloxidas spelar en viktig roll som mellanprodukt i växtrespiration.

Enzym peroxidas tillsammans med polyfenoloxidas och cytokromoxidas deltar den aktivt i växternas andningsprocesser och växtförsvarsreaktioner mot växtpatogena mikroorganismer.

Den aktiva gruppen av peroxidas innehåller järn . Använder enzymet peroxidas på grund av väteperoxid och vissa andra organiska peroxider sker oxidation av organiska föreningar. Peroxidas bildar en komplex organisk förening, som ett resultat av vilken peroxiden aktiveras och förvärvar förmågan att fungera som en väteacceptor:

Många organiska föreningar reagerar med atmosfäriskt syre och bildar peroxider. Peroxider bildas särskilt lätt när föreningar med omättade bindningar oxideras av atmosfäriskt syre: karotenoider, omättade fettsyror och vissa kolväten.

Enzym katalas katalyserar processen att dela väteperoxid i vatten och syre:

Katalasmolekylen, liksom peroxidas, innehåller järn . Huvudsyftet med katalas i kroppen är att det förstör väteperoxid, som är skadligt för celler, som bildas under andning.

Enzym lipoxygenas katalyserar bildningen av peroxider och hydroperoxider under oxidativ förstöring av fetter.

Haugaard 1946 visade att enzymer vars aktivitet beror på närvaron av reducerade former av sulfhydrylgrupper är ovanligt känsliga för de toxiska effekterna av syre. 1972 kom Tjioe och Haugaard till slutsatsen att inaktiveringen av sådana enzymer under inverkan av O2 under ett absolut tryck på 5 kgf/cm2 är relaterad till försvinnandet av aktiva sulfhydrylgrupper.

I lungorna råttor under påverkan av hyperoxi (PiO2 = 5 kgf/cm2) reducerades hydrogenasaktiviteten och innehållet av sulfhydrylgrupper signifikant efter 15-30 minuters exponering, och inte makroskopiska, utan endast små mikroskopiska förändringar noterades i vävnaderna. Efter 45 minuters exponering observerades lungskador och en ökning av bisulfidnivåerna.

Bortsett från enzymer innehåller aktiva sulfhydrylgrupper, är många andra enzymer kända för att inaktiveras under påverkan av hyperoxi. Det är också möjligt att potentiellt reaktiva radikaler kan orsaka irreversibel skada på peptidkedjor och speciellt aminosyror.

Lnpid peroxidation

Samspel omättad lipider med en peroxiderad anjon eller med några andra fria radikaler kan först leda till frisättning av en lipidradikal och sedan, som ett resultat av autooxidation i närvaro av syre, bilda en lipidperoxidradikal. Ytterligare interaktion av lipidperoxid med andra lipider kan cykliskt regenerera fria lipidradikaler och peroxidföreningar, och därigenom orsaka en kedjereaktion och progressiv lipidperoxidation.

Kovacich, Mishra(1980) visade att lipidperoxidation i råtthjärnaskivor uppträder även under exponering för normalt lufttryck med ackumulering av peroxidföreningar i mediet, såväl som i den intracellulära vätskan. Även om syreinducerad lipidperoxidation ännu inte tydligt påvisats in vivo, finns det rapporter i litteraturen att det kan förekomma i hjärnvävnad, röda blodkroppar, grodblåsan och isolerade råttlungor.

I litteratur Det finns många rapporter om att membranbundna aktiva transportsystem tenderar att inaktiveras av syre. Det är välkänt att konsumtionen av glutaminsyrasalter beror på transportsystemet som är förknippat med överföringen av kalium. År 1957 upptäckte Kaplan och Stein, med hjälp av delar av hjärnbarken hos marsvin exponerade för syre under ett absolut tryck på 6 kgf/cm2 i 90 minuter, både ett avbrott i processerna för vävnadskonsumtion av glutaminsyrasalter och ackumulering av kalium.

Liknande mönster etablerades 1970 av Joanny och medarbetare på kortikala delar av hjärnan exponerade för syre under ett absolut tryck i intervallet 1-10 kgf/cm2. Från litteraturrapporter känner vi också till skador på aktiv natriumtransport i ett paddblåsberedning och i en isolerad grodhudsflik under påverkan av hyperoxi. 1973 drog Allen och medarbetare slutsatsen att den mest sannolika mekanismen för inaktivering av natriumtransport med syre var bildningen av lipidperoxidmellanprodukter.

För kränkning natrium cellmembranpump i kortikala sektioner tagna från råttor exponerade för hyperoxi vid ett absolut tryck av 4 kgf/cm2 indikerar det observerade fenomenet med inaktivering av Na-K-ATPas.

Assimilering som serotoniva, så jag tjuv-adrenalin i ett isolerat perfunderat lungpreparat taget från råttor som exponerats för syre under ett absolut tryck på 1 kgf/cm2 minskar. Båda dessa förändringar var signifikanta inom 12-24 timmar efter exponering, d.v.s. långt före början av strukturella skador eller uppkomsten av kliniska symtom på pulmonell syretoxicitet.

Tvärtom, markfrigång imipramin förändrades inte i isolerade lungor hos råttor som andades rent syre vid normalt atmosfärstryck under cirka 48 timmar. De erhållna resultaten överensstämmer med möjligheten till aktiv transport av serotonin och noradrenalin i lungkapillärendotelceller, medan avlägsnande av imipramin sker genom passiv bindning. Dessutom fann de citerade författarna att den toxiska effekten av syre på endotelcellmembranet sträcker sig antingen till mer än en transportör eller till några av huvudkomponenterna som är involverade i transporten av båda aminerna.

Relaxationsmetoder är baserade på principen att med en snabb yttre påverkan på ett system (förändring i temperatur, tryck etc.) beror tiden som systemet behöver för att uppnå en ny jämvikt (eller stationärt tillstånd) på kemikaliens hastighet. reaktion (och ibland på diffusionshastigheten för reagenser .

Låt oss överväga den enklaste reaktionen av komplexbildning av det aktiva centret av ett enzym med en ligand

I början är systemet i jämvikt, vilket kännetecknas av jämviktskonstanten K 0 =K(T 0) och följaktligen jämviktskoncentrationer ,,
. Låt oss anta att temperaturen i systemet förändras kraftigt T->T 0 +T. Detta leder till en förändring av jämviktskonstanten K->K 0 +K, som bestäms av relationen

(2.50)

var  H– standardentalpiändring. Efter detta övergår systemet till ett nytt jämviktstillstånd:

(2.51)

(2.52)

Ekvation (2.51) är olinjär. Låt oss anta att avvikelsen från jämvikt är liten och då

och ekvation (2.51) omvandlas till en linjär differentialekvation:

Lösningen på denna differentialekvation är:

Magnitud

(2.54)

kallas avkopplingstid.

2.5. Temperaturens och pH:s inverkan på hastigheten för enzymatiska reaktioner

Inverkan av dessa faktorer på hastigheten av en elementär kemisk reaktion diskuterades i kapitel 1. Det speciella är att enzymatiska reaktioner är komplexa reaktioner i flera steg (som består av många elementära reaktioner). Dessutom kännetecknas tillståndet för enzymmolekyler i lösning av en uppsättning konformers som reversibelt omvandlas till varandra. Konformationsövergångar av molekylen bestäms till stor del av lösningens temperatur och pH.

2.6. Hämning av enzymatiska reaktioner

Ämnen som hämmar enzymers katalytiska aktivitet kallas inhibitorer . Det finns två huvudklasser av inhibitorer - reversibel

(2.55)

(bekämpningsmedel, sarin, soman, aspirin, etc.)

Och irreversibel (inaktiverare )

(2.55)

(kolmonoxid, cyanidjon, analgin, etc.)

2.7. Enzyminaktivering

Biopolymermolekyler (enzymer) är termodynamiskt instabila och ändrar som regel sin struktur och egenskaper över tid. I de flesta fall kan inaktiveringsprocessen beskrivas som en övergång mellan två tillstånd av enzymet som är aktivt. E a och inaktiva E i :

(2.56) Processens kinetik beskrivs av motsvarande differentialekvation

(2.57)

och kännetecknas av en tidskonstant

(2.58)

Processen för enzyminaktivering kan ha en annan fysikalisk-kemisk natur. Den vanligaste är termisk denaturering, vilket är en betydande omstrukturering av makromolekylen, en förändring i den tertiära och delvis sekundära strukturen.

För inaktiveringsändamål kan kavitationsultraljud, radioaktiv strålning etc. användas.

En förändring i pH kan också leda till denaturering av enzymet. Vid varje pH-värde kännetecknas proteinet av en motsvarande laddningsfördelning (jonogena grupper). Vid mycket lågt eller mycket högt pH kan laddningsfördelningen avsevärt polarisera molekylen, leda till uppkomsten av isomerer och irreversibelt överensstämma med förstörelsen av strukturen i det aktiva centret. Till exempel:

Enzymdenaturering orsakas av denatureringsmedel, förstör den sekundära strukturen av protein (till exempel urea), såväl som oxidativa processer som involverar syre.

När man studerar sådana processer erhålls viktig information genom avslappningsmetoder. Som regel åtföljs konformationsförändringar av förändringar i miljön av aromatiska aminosyror - tyrosin och tryptofan (strålningsabsorptionsband vid 290 nm). Detta visar sig i förändringar i absorptions- och fluorescensspektra.

Reversibla konformationsförändringar inträffar vanligtvis över en tid på 0,1-100 ms, och irreversibla - 1-1000 minuter.

Exempel 1. Det enklaste kinetiska schemat för inaktivering med konformerjämvikt:

(2.59)

Processens kinetik beskrivs av en karaktäristisk tidpunkt

(2.60)

Exempel 2. Båda konformatorerna är föremål för inaktivering:

(2.61)

(2.62)

Exempel 3. Ett mer allmänt fall för ett system som involverar n konformers:

Enzymer bildar ofta dimerer i lösning och är mer stabila i den dimera formen. Sedan observeras det dissociativ inaktiveringsmekanism :

(2.65)

Följande schema återspeglar de möjliga mekanismerna för inaktivering under reaktionen (monomolekylär inaktivering av den fria formen av enzymet, monomolekylär inaktivering av enzym-substratkomplexet, bimolekylär inaktivering av enzymet av substratet, bimolekylär inaktivering av enzymet av produkten) :

(2.66)

Diskriminering av inaktiveringsmekanismer och bestämning av reaktionens kinetiska egenskaper utförs vanligtvis med flera metoder:

analysera beroendet av produktutbytet på enzymkoncentration;

upprättande av ett samband mellan graden av substratomvandling och graden av enzyminaktivering;

att utföra reaktionen vid låga grader av substratomvandling och låga enzymkoncentrationer;

att utföra reaktionen vid höga koncentrationer av enzymet;

förinkubation av enzymet med reaktionskomponenter;

användning av integralreaktionsekvationer.

Ett av syftena med värmebehandling är att inaktivera enzymer. Den termiska stabiliteten hos enzymer är jämförbar med den hos mikroorganismer. Av denna anledning kan enzymer inaktiveras genom värmebehandling, vilket är fallet med mikroorganismer.

Under pastörisering av sura livsmedel såsom fermenterade grönsaker eller fruktjuicer kan följande typer av enzymer inaktiveras: pektinmetylstearas och polygalakturonas. Inaktivering av enzymer i dessa produkter är viktigare än förstörelse av mikroorganismer.

Vissa typer av enzymer är mycket värmestabila, till exempel värmestabila enzymer som produceras av psykrofila bakterier. Dessa enzymer (lipaser och proteaser) kan begränsa hållbarheten för UHT-produkter som mjölk.

Ibland är intensiteten av termiska processer baserad på inaktivering av vissa enzymer, som kallas indikatorenzymer:

Vid blanchering av grönsaker: peroxidasenzym (ibland katalas eller andra);

Vid pastörisering av mjölk: fosfatas eller peroxidas, gör dessa indikatorenzymer att mjölken kan klassificeras efter värmebehandlingens intensitet (Figur 2.9).

Figur 2.9 - Inaktivering av mjölkenzymer.

2.9 Optimering av värmebehandlingsprocesser

Näringsämnes D- och Z-värden och kvalitetspoäng är i allmänhet högre än för mikroorganismer. Detta faktum gör det möjligt att optimera värmebehandlingsprocessen mot inaktivering av mikroorganismer och samtidigt upprätthålla kvalitetsindikatorer.

Förutsättningarna beror på typen av process, men generellt sett erhålls de bästa resultaten av den intensiva kortsiktiga typen av process. Tabell 2.5 visar förlusten av vitamin B 1 under sterilisering.

Det är lätt att uppnå optimering av steriliseringsprocessen för konvektivt uppvärmda produkter. För vätskor med små eller inga suspenderade partiklar är bearbetning med ultrahög temperatur den bästa lösningen.

Tabell 2.5 - Förlust av vitamin B1 under sterilisering

2.10 Uppskattning av F 0-värden

Obligatoriskt värde F 0 beror på typ av produkt och inkluderar flera faktorer. Produktens pH är av stor betydelse. Ju högre surhetsgrad produkten har, desto mindre sträng blir steriliseringsregimen.

Det finns 4 pH-intervall.

Förutom förstörelsen av mikroorganismer innebär pH-värdet också:

Värmebehandlingen är mindre intensiv om produkten har ett lågt surhets-pH;

Ett pH på 4,5 är kritiskt: det är den lägsta pH-nivån som tillåter tillväxt C. botulinum. Om pH-värdet är högre än 4,5 kan den valda processen resultera i fullständig inaktivering C. botulinum eller 2,45 F 0 - 3 F 0.

Ett pH-värde på 4,1 är det lägsta för sterilisering. I pH-området 4,1-4,5 används behandling 1 F 0. Vid pH<4,1 нет необходимости проводить стерилизацию, т.к. пастеризация обеспечивает необходимый срок хранения и промышленную стерильность. Интенсивность процесса пастеризации часто определяется активностью ферментов, не микробиальной активностью.

Tabell 2.6 - Klassificering av konserver efter pH.

termofila mikroorganismer och karakteristiska enzymer ärtor 6,5 mjölk corned beef 6,0 svamp, morötter sparris, gröna ärtor 5,5 tomatsoppa 5,0 Låg syra (pH=4,5-5,3) tomater, aprikoser, päron 4,5 Surt (pH 3,7-4,5) syra- och sporbildande bakterier icke-sporbildande syraresistenta bakterier icke-sporbildande syraresistenta bakterier svampar och jästsvampar persikor 4,0 apelsinjuice 3,5 Starkt surt (pH<3,7) sylt bär, inlagda grönsaker 3,0 citron juice 2,5

Enzymatisk hydrolys av stärkelse sker under påverkan av amylasenzymer, som finns i saliv, bukspottkörteljuice, blod, lever och hjärna. Källor till amylaser inom industrin är grodda spannmålskorn (malt) och mögelkulturer.

A- och -amylaser är kända, vilka skiljer sig något i karaktären av deras verkan. Under påverkan av a-amylas fördröjs processen för hydrolytisk klyvning av stärkelse huvudsakligen i dextrinstadiet, och lite maltos bildas, medan klyvningen under påverkan av P-amylas fortskrider huvudsakligen

maltosbildning. Denna process kan presenteras sekventiellt enligt följande.

Maltos, under inverkan av enzymet maltas (a-glukosidas), bryts ner till två molekyler av a-D-glukos. Det finns också enzymet glukoamylas, som katalyserar nedbrytningen av stärkelse till glukos.

Förloppet för den hydrolytiska nedbrytningen av stärkelse kan spåras med hjälp av Trommer-, Benedict- eller Nylander-reaktionerna (se avsnitt VII), som kännetecknar kolhydraternas reducerande egenskaper.

Under enzymatisk hydrolys av stärkelse ökar mängden fria glykosidhydroxyler, vilket bestämmer reducerande egenskaper, och därför kan maltos och glukos reducera kopparoxid till dikväveoxid, vismutoxidhydrat eller silveroxid till metaller.

Reagens: a) saliv. Färsk saliv späds 10 gånger med destillerat vatten: b) stärkelse, lösning; c) en lösning av jod i kaliumjodid (Lugols lösning): 1 g kaliumjodid löses i några milliliter vatten, 1 g jod löses i en koncentrerad saltlösning och tillsätts med vatten till 300 ml; d) kaustik soda, 5% lösning; e) kopparsulfatlösning.

En stärkelselösning hälls i två provrör, 1 ml utspädd saliv (1: 10) tillsätts till ett av dem, 1 ml vatten tillsätts till det andra och lämnas i 10 minuter.

i ett vattenbad uppvärmt till 37-38° (övervaka temperaturen noggrant, låt den inte stiga), eller, ännu bättre, i en ultratermostat, varefter provrören kyls under kranen. Trommerreaktioner utförs också med jod, för vilket innehållet i varje provrör delas på mitten.

Inaktivering av enzymer vid hög temperatur.

Eftersom enzymer är proteinämnen är de mycket känsliga för den temperatur vid vilken reaktionen sker. Den optimala temperaturen för verkan av enzymer hos varmblodiga djur är 37-38 ° C. Med en liten ökning av temperaturen (till exempel 40-45 ° C), ökar hastigheten för enzymatiska reaktioner initialt, men med ytterligare uppvärmning ( över 50 ° C) faller den och går förlorad vid 70-80 °. Kokning innebär en fullständig förlust av enzymers katalytiska aktivitet på grund av denaturering av deras proteindel (apoenzymer). Vid temperaturer under noll minskar hastigheten för enzymatiska reaktioner avsevärt, men själva enzymerna förstörs inte och återställer sin aktivitet med försiktig upptining.

Reagenser: a) saliv, utspädd 5 gånger med destillerat vatten; b) stärkelse, 1% lösning; c) en lösning av jod i kaliumjodid (se tidigare arbete); d) reagenser för Trommer-reaktionen (se tidigare arbete).

1 ml utspädd saliv hälls i två provrör. Innehållet i en av dem värms till kokning och kokas i 2-3 minuter. Tillsätt sedan 1 ml stärkelselösning till båda provrören och låt stå i 10 minuter. i ett vattenbad uppvärmt till 38 ° C, varefter Trommer-reaktioner utförs med jod. Se till att stärkelsenedbrytning inte inträffade i provröret där enzymet inaktiverades genom kokning.

Specificitet för enzymverkan.

Detta är en av de viktigaste egenskaperna hos enzymer. Varje enzym verkar bara på en specifik substans eller grupp av ämnen som har liknande struktur. Följande typer av specificitet särskiljs: a) absolut, när enzymer katalyserar endast en reaktion vid omvandlingen av något ämne. Till exempel katalyserar ureas (urea - amidohydrolas) endast reaktionen av hydrolytisk klyvning av urea till ammoniak och dioxid

kol; b) grupp, när ett enzym katalyserar omvandlingsreaktioner av ämnen som är lika i struktur och byggda enligt samma typ. Således katalyserar sukras (P-fruktofuranosidas) reaktionen av hydrolytisk klyvning av sackaros med frisättning av glukos- och fruktosmolekyler, men samma enzym katalyserar också reaktionen av partiell hydrolys av raffinostrisackarid (a-galaktosid-a-glukosid-p fruktosid), där endast en molekyl frisätts fruktos, och kopplingen mellan galaktos och glukos förblir intakt; c) stereokemisk, vilket visar sig i det faktum att enzymet katalyserar reaktionen av klyvning eller syntes av endast en av stereoisomererna, utan att påverka den andra. Oxidationen av L-mjölksyra till pyrodruvsyra katalyseras av enzymet laktatdehydrogenas, medan samma process av D-mjölksyra katalyseras av ett annat enzym - laktatdehydrogenas.

Reagenser: a) saliv, utspädd 10 gånger med destillerat vatten; b) sackaros, 1% lösning; c) stärkelse, 1% lösning; d) reagens för Trommer-reaktionen.

1 ml utspädd saliv hälls i två provrör, sedan tillsätts 1 ml sackaroslösning till ett av dem och samma mängd stärkelselösning tillsätts till det andra. Båda provrören värms upp i 10 minuter. i ett vattenbad vid en temperatur av 38 ° C, varefter de kyls och Trommer-reaktionen utförs med innehållet i var och en av dem. De är övertygade om att amylas endast katalyserade processen för hydrolytisk nedbrytning av stärkelse och inte hade någon effekt på sackaros.

Effekt av miljö-pH på saliv amylasaktivitet.

Varje enzym uppvisar sin maximala katalytiska effekt vid ett strikt definierat pH i miljön. Många enzymer uppvisar sin högsta aktivitet vid den isoelektriska punkten.

Det optimala pH-värdet för pepsin är 1,5-2,0, salivamylas -6,8-7,0, trypsin - 7,8, bukspottkörtellipas - 7,0-7,8. Det har emellertid visats att enzymer som katalyserar samma reaktioner, men isolerade från olika substrat, uppvisar optimal verkan vid olika pH-värden. Således observeras den optimala verkan av intestinalt sukras

vid pH 6,2, och sukras isolerad från jäst - vid pH 4,6-5,0. Det optimala pH-värdet för salivamylas är 6,8-7,0, och maltamylas uppvisar maximal katalytisk aktivitet vid pH 4,4-4,5.

Reagenser: a) saliv, utspädd 100 gånger med destillerat vatten; b) stärkelse, 0,5% lösning; c) citronsyra, 0,1 M lösning (19,212 g syra i 1 1); d) disubstituerad natriumfosfat M-lösning (innehåller 36,62 g salt i 1 liter); e) Lugols lösning (en lösning av jod i kaliumjodid); e) natriumklorid, 1% lösning.

Lösningar av citronsyra och natriumfosfat hälls i 7 rör av samma typ med pipetter i de mängder som anges i tabellen. 4, vilket ger buffertblandningar med pH-värden från 5,6 till 8,0. Tillsätt 10 droppar av en 1% natriumkloridlösning, en 0,5% stärkelselösning och saliv utspädd 100 gånger till varje provrör och blanda.

Tabell 4. Fosfat-citratbuffertblandningar

Provrören lämnas i 10 minuter. i ett vattenbad vid en temperatur på 38°C, kyl sedan snabbt, tillsätt 1 droppe Lugols lösning till alla provrör, blanda och observera färgen. Bestäm vid vilket pH den mest fullständiga nedbrytningen av stärkelse inträffade (gul eller brungul färg med jod). Reaktionen är mycket specifik och avslöjande.