Растительные клетки объединены между собой в ткани с помощью межклеточных веществ срединных пластинок. При разрушении структурных полимеров срединных пластинок связь между клетками нарушается и происходит мацерация ткани. Мацерация, или распад, ткани высших растений на отдельные клетки осуществляется под действием пектолитических ферментов, разрушающих пектин в срединной пластинке. Пектолитические ферменты неупорядоченным способом расщепляют предпочтительно внутренние a‑1,4 связи между остатками галактопиранозилуроновой кислоты в a‑D‑галактуронанах.
Распад пектиновых веществ может быть выражен следующей схемой:
С46Н68О40 + nН2О СНО(СНОН)4СООН + С6Н12О6 +
Пектиновая Галактуроновая Галактоза
кислота кислота
+ С5 Н10О5 + С5 Н10О5 + СН3ОН + СН3СООН
Ксилоза Арабиноза Метиловый Уксусная кислота
спирт
Продукты распада пектиновой кислоты (галактоза, арабиноза, ксилоза) подвергаются сбраживанию или окислению различными микроорганизмами. В анаэробных условиях маслянокислые бактерии Clostridium pectinovorum сбраживают продукты распада пектиновой кислоты с образованием масляной, уксусной кислот, Н2, СО2, а Clostridium felsineum кроме перечисленных веществ образует небольшое количество ацетона и бутилового спирта.
Клостридии, принадлежащие к виду Clostridium felsineum, играют важную роль в процессе мацерации волокон при мочке лубоволокнистых растений: льна, конопли, кенафа, джута и других. Мацерация или распад ткани высших растений на отдельные клетки происходит под действием пектолитических ферментов, разрушающих пектин в срединной пластинке. Этот процесс находит применение при получении текстильных волокон. Цель процесса – отделение пучков целлюлозных волокон от остальных растительных тканей.
Существует аэробный и анаэробный процессы обработки лубоволокнистых растений. В аэробной росяной мочке участвуют в основном грибы, а в анаэробной водяной – бактерии Clostridium pectinovorum, Clostridium felsineum. При воздействии ферментов этих микроорганизмов на пектиновые вещества паренхимной ткани отделяются пучки волокон.
Одной из возможностей применения пектолитических ферментов является обработка мягких пород деревьев, используемых в промышленности, например норвежской ели. Еловая древесина после рубки резистентна к обработке такими консервантами как креозот или смесь меди, хрома и бора даже при высоком давлении. Эффект биологической обработки заключается в получении заболони, которая лучше поддается микробиологическому воздействию и разложению и, следовательно, обработке этими консервантами. При хранении древесины в пресноводном озере эффективнее использовать бактерии, которые вызывают увеличение проницаемости древесной ткани, чем использовать для обработки древесины консерванты. Под действием ферментов бактерий происходит деструкция утолщенной центральной части пленки пор древесины и мембран окаймленных пор в заболони при хранении в воде. Присутствие целлюлаз не желательно по причине ослабления прочности лесоматериала. Ксиланазы, амилазы дополняют действие пектиназ в этих процессах.
Пектолитические ферменты могут применяться для разрушения гелей, образующихся при извлечении масел из растительных тканей. Эмульсия из цитрусовой цедры может быть разрушена обработкой пектолитическими ферментами. Пектолитические и целлюлолитические ферменты могут быть использованы для производства D-галактуроновой кислоты, которая является исходным продуктом для синтеза аскорбиновой кислоты.
В медицинской промышленности пектолитические ферменты используются для обработки лекарственных трав, при приготовлении различных лекарств и целебных экстрактов. Препараты пектиназ могут применяться в качестве биохимреактивов для выделения растительных клеток, протопластов, клеточных структур, для изучения строения растительных полимеров.
Широкое применение препараты пектиназ находят в пищевой промышленности, обеспечивая увеличение выхода и улучшение качества продуктов питания. Использование пектолитических ферментов позволяет повысить сокоотделение при производстве осветленных соков из плодов и ягод, содержащих повышенные количества пектина. При изготовлении фруктово-ягодных напитков с мякотью с помощью пектиназ можно снять нежелательный желирующий эффект, который не позволяет получать концентрированные жидкие соки из-за высокого содержания пектина. Пектолитические ферменты используются в производстве ягодных, яблочных вин. Особенно необходимо применение пектиназ при производстве красных вин, так как под их действием увеличивается выход сока и возрастает экстракция красящих веществ из виноградной кожицы.
При ферментативной обработке мякоти фруктов и овощей можно достичь их полного разжижения, применяя пектиназы и целлюлазы. Это используют при производстве нектаров и при осветлении соков.
Пектиназы используют для снятия слизистого покрытия кофейных бобов, в производстве диетических продуктов и детского питания. Имеются данные и о применении пектолитических ферментов в качестве компонентов кормов сельскохозяйственных животных и птиц.
