Факторы, влияющие на реакции ферментации

На активность ферментов, а следовательно, и на скорость реакции ферментативного катализа оказывают влияние различные факторы. К числу основных относятся:

• концентрация и доступность субстрата;

• концентрация фермента;

• температура реакции;

•рН реакции;

• продолжительность процесса;

• наличие ингибиторов или активаторов.

В общем случае при низких концентрациях субстратов реакции ферментации относятся к кинетическим реакциям нулевого порядка. Участие ферментов в пищевых технологиях исчисляется минутами, поэтому концентрации субстратов значительно превосходят концентрации ферментов. Скорость большинства реакций ферментации соответствует кинетическому уравнению первого порядка

dP/dT = k(S-P),

где dP/dT— скорость образования продукта, (S-P) — остаточная концентрация субстрата в данный момент.

Следовательно, скорость реакции зависит от остаточной концентрации субстрата. Важным практическим применением концентрации субстрата является использование его для повышения стабильности ферментов. Ферменты значительно быстрее денатурируют в разбавленных растворах. При высоких концентрациях субстратов каталитические центры ферментов насыщаются (заполняются) субстратом, повышая стабильность. В практическом отношении принципиальной является доступность субстратов. Наличие высоких концентраций субстратов совершенно не гарантирует протекания реакции. Для проведения катализа субстрат должен находиться в контакте с ферментом. Типичным примером вышесказанного является гидролиз триа-цилглицерина липазами. Фермент гидрофилен, в то время как субстрат гидрофобен. Применение эмульгатора, обеспечивающего контакт фермента и субстрата, значительно увеличивает скорость гидролиза.

Концентрация ферментов всегда относительно невелика. Для большинства пищевых применений скорость реакций пропорциональна концентрации ферментов Исключение составляют те случаи, когда реакции доводят до очень низких уровней субстрата.

Влияние температуры на ферменты двояко Для большинства химических реакций скорость реакции с повышением температуры увеличивается за счет кинетической энергии реагентов До критической температуры ферменты ведут себя аналогично, выше критической — начинается снижение скорости процесса Поэтому температура процесса ферментации крайне важна При повышенных температурах скорости реакции и денатурации ферментов одинаково велики В большинстве случаев температура оптимизируется с учетом обеих реакций Температура также используется для стабилизации ферментов относительно других факторов. Например, при снижении температуры реакции может быть увеличен диапазон рН ферментативного катализа.

Абсолютной является зависимость активности ферментов от величины рН При этом для одних ферментов диапазон оптимальных значений рН узкий, а для других — широкий Стабильность ферментов также зависит от рН. Даже ограниченные изменения рН могут неблагоприятно сказываться на реакции, катализируемой ферментами В связи с чем обоснованным является введение ферментов в реакционную массу только после того, как достигнуто требуемое значение рН.

Важным фактором в реакциях ферментации является время Для реакции ферментативного катализа первого порядка скорость реакции со временем уменьшается, так как уменьшается доступность субстрата Такие реакции ферментативного катализа требуют достаточно много времени для ее завершения

Химические вещества, способные оказывать вредное воздействие на реакцию ферментации, получили название «ингибиторы» В качестве таких веществ могут выступать металлы (медь, железо, кальций) или соединения из субстратов. Примером ингибитора, связанного с субстратом, является трипсин — ингибитор из сои В зависимости от вида воздействия ингибиторы подразделяют на пять групп

• конкурирующие;

• неконкурирующие,

• смешанные,

• специфические;

• неспецифические

Некоторые вещества способны, наоборот, активировать или стабилизировать ферменты В связи с этим в составе ферментных препара-

тов могут содержаться некоторые химические вещества из числа пищевых добавок (хлорид калия, фосфат натрия, глицерин и др.), введенные для стандартизации активности и повышения стабильности. Некоторые виды ферментных препаратов выпускаются в виде иммобилизованных, нанесенных на твердый или коллоидный носитель.