Области применения протеаз
Используются протеазы животного происхождения – пепсин (из из пепсиногена слизистой оболочки желудка), трипсин (из трипсиногена поджелудочной железы), химотрипсин (близок по ряду свойств трипсину, а специфичность его подобна пепсину), реннин (сычужный фермент) и растительного происхождения – папаин (из сока плодов дынного дерева), фицин (из млечного сока видов Фикус, например инжира), бромелаин (из стеблей ананаса). Однако наибольшее, все возрастающее применение, особенно за последнее время, находят протеазы микроорганизмов, чаще всего протеолитиченские системы бактерий и грибов.
Мясная промышленность. Наиболее интересным и перспективным (в области пищевых производств) является использование протеиназ для мягчения мяса, точнее, для придания ему нежных вкуса и консистенции. Довольно давно установлено, что качество многих сортов мяса и мясопродуктов может быть существенно улучшено в результате частичного гидролиза входящих в их состав белков. Для этой цели используют животные, растительные ферменты и протеиназы микробного происхождения.
Технологически процессы мягчения несложны. Чаще всего они сводятся к погружению мяса при определенных физико-химических условиях (рН, температуре, концентрации фермента) в раствор, в котором находится необходимый комплекс протеиназ. Этот способ в настоящее время считается наиболее удобным. Кроме него известны еще 3 способа: нанесение на поверхность мясной порции порошкообразных размягчителей, в которых имеется фермент, часто с добавкой, например соли, глютаминовокислого натрия; введение раствора фермента в ткань шприцем или, если кусок велик (полутуша), то несколькими шприцами одновременно; введение фермента в кровь животного перед убоем.
После мягчения можно использовать для получения ценных мясопродуктов такие сорта мяса, которые обычно не применялись для этой цели. Обоработкорй ферментами можно сделать мягкими различные шкурки («футляры») в мясопродуктах, которые обычно жестки и снижают качество изделий. Возможно ускорить созревание колбасных и иных фаршей, сделать их мягкими и усвояемыми, если они изготавливаются из сравнительно жесткого сырья.
Аналогичным образом протеазы можно применять в рыбной промышленности, что также имеет большое экономическое значение. Как и при обработке мяса, основным процессом здесь является частичный гидролиз белков под действием протеиназ. Он протекает и под влиянием собственных внутритканевых ферментов, но очень медленно и слабо. Введение извне протеиназ резко ускоряет созревание, изменяет структуру тканей рыбы, облегчая проникновение в нее соли, коптильных веществ или, наоборот, выход соли, т.е. отмочку. Целый ряд широко используемых процессов рыбной промышленности может быть интенсифицирован под влиянием протеолитических препаратов. К ним относятся: а) обычный посол рыбопродуктов; б) пряный посол (изготовление маринадов); в) отмочка соленой рыбы; г) копчение; д) производство рыбной кулинарии, рыбных консервов, где возможна тендеризация (мягчение) жестких сортов, ускорение тепловой обработки, ускоренное созревание; е) производство рыбных пресервов, созревающих в особенно короткие сроки; ж) производство рыбных приправ, паст, соусов; з) использование отходов рыбной промышленности, получение гидролизатов кормового и пищевого назначения.
При всех этих процессах благодаря действию протеаз улучшается качество продукции – вкус, запах, консистенция ткани, распределение жира в ней, перевариваемость и усвояемость ценных компонентов. В ряде процессов повышаются выходы до 6-8%.
Молочная промышленность. Используют при изготовлении сыра – характерное ферментологическое производство. Большинство известных нам производственных процессов, при которых используются протеиназы, основано на способности последних расщеплять белки, но протеолитиченские ферменты обладают и другим действием -–способностью свертывать молоко. Это свойство реннина (химозин, сычужный фермент), а также пепсина с давних времен используется в пищевой промышленности. При свертывании из молока выделяется белок казеин, перешедший в нерастворимую форму. Сгусток этого белка включает почти весь имеющийся в молоке жир. Под влиянием молочнокислых бактерий из него затем образуются различные сорта устойчивого сыра, содержащего наиболее полноценные питательные вещества и обладающего превосходными органолептическими свойствами. Роль протеиназ в сыроварении не ограничивается первым процессом свертыванием молока; они играют ведущую роль и в процессах созревания сыров, так как вкус и аромат последних во многом связан с накоплением в них низкомолекулярных продуктов гидролиза белков – АК и пептидов.
Наряду с производством сыра процесс ферментативного свертывания молока используется для получения сырковой массы, казеина и т.д.
С помощью протеолитических ферментов получают различные белковые гидролизаты молока, расщепляя в нем белки папаином, бромелином, протеиназами грибов и бактерий. Вырабатывают, например, легко усвояемые молочные продукты для больных или детей. Коровье или козье молоко гидролизуют, нагревая с препаратами протеаз при 50-600С, прибавляя лимоннокислые и фосфорнокислые соли (натрий или калий), заменяя на натрий или калий часть содержащегося кальция. Белковые гидролизаты, необходимые для приправ, специальных диет и кормов, получают, проводя глубокий ферментативный протеолиз белков мяса, рыбы или молока.
Действием протеаз, кроме того, можно предупреждать запах окисления в молоке (панкреатином) и стабилизировать сгущенное молоко (протеолитическими ферментами различного происхождения).
Хлебопечение и кондитерская промышленность. Здесь протеолитические ферменты используются при изготовлении хлеба, сухарей (галет), печенья. Если к тесту добавить некоторое количество препарата протеиназы так, чтобы протеолитическое действие было очень строго дозировано, то происходит сравнительно неглубокий гидролиз белковых веществ. При этом уменьшается время замешивания теста, увеличивается его растяжимость (упругость), улучшаются структура и объем изделия. Очень опасен в данном процессе излишек протеиназы: нужнотакже тщательно контролировать время и условия действия фермента во время выдерживания и выпечки, так как в противном случае может получиться «неуправляемое» тесто.
Если протеолиз белков в тесте проведен правильно, то возникает ряд технологических преимуществ: ускоряется тестоведение; введение большего или меньшего количества протеиназ позволяет произвольно изменять продолжительность замеса теста; облегчается машинная обработка теста, хлеб получают с хорошей структурой мякиша.
Эффективно используются протеиназы в производстве крупяных изделий, различных пищевых продуктов из злаков. В результате частичного гидролиза (модификации) содержащихся в них растительных белков улучшаются вкусовые качества этих изделий и их перевариваемость. Технологические процессы их выработки упрощаются, в частности, облегчается и ускоряется высушивание, причем, естественно, снижается количество затрачиваемой энергии.
Пивоварение.В этой области протеиназы применяют для стабилизации пива от помутнения, чтобы предупредить развитие в нем нежелательных газов. Помутнение пива, изменение его коллоидно-химической устойчивости происходит потому, что имеющиеся в нем растворимые белки постепенно денатурируются и вместе с другими веществами выпадают в осадок. Ферменты расщепляют белки, и продукты распада не осаждаются. В результате гидролиза белков, кроме того, ускоряется процесс фильтрования пива, что является ценным технологическим преимуществом. Иногда для стабилизации пива используют протеиназы, полученные из хвои или шишек сосны, кожуры миндаля (хитиназа).
Предварительный частичный гидролиз белков удобен при выработке сухого яичного порошка, замороженной яичной массы, сухого молока. Гидролиз облегчает высушивание, повышает вкусовые свойства и усвояемость продуктов. При выработке молока в виде таблеток в сухое молоко вводят сахар, измельченное затверделое масло и ряд гидролитических ферментов (липазу, галактазу), но в первую очередь протеолитические ферменты.
Глубокий гидролиз белков с помощью протеаз позволяет получить разнообразные продукты типа соусов и приправ.