Введение
Класс ферментов
Пектиназы – это группа ферментов, расщепляющих пектин, полисахарид, содержащийся в клеточных стенках растений, посредством реакций гидролиза, транселиминации и деэстерификации. Обычно называемые пектическими ферментами, они включают пектолиазу, пектозим и полигалактуроназу, один из наиболее изученных и широко используемых в коммерческих целях пектиназ. Это обусловлено тем, что пектин представляет собой желеобразную матрицу, которая скрепляет клетки растений вместе, и в которой заключены другие компоненты клеточной стенки, такие как целлюлозные фибриллы. Поэтому ферменты пектиназы широко применяются в процессах, связанных с разложением растительного сырья, например, для ускорения извлечения фруктового сока из фруктов, включая яблоки и саподилла. Пектиназы также используются в виноделии с 1960-х годов. Функция пектиназы в пивоварении двояка: во-первых, она способствует разрушению растительного (обычно фруктового) материала, что облегчает извлечение ароматических веществ из затора. Во-вторых, присутствие пектина в готовом вине вызывает помутнение или лёгкую опалесценцию. Пектиназа используется для его расщепления и осветления вина. Пектиназы можно извлекать из грибов, таких как Aspergillus niger. Гриб производит эти ферменты для разрушения средней пластинки в растениях, чтобы извлекать питательные вещества из растительных тканей и внедрять грибные гифы. При кипячении пектиназа денатурируется (разворачивается), что затрудняет её связывание с пектином в активном центре и снижает выход сока.
Пектиназа в природе
Энзимы пектиназы, используемые в настоящее время, естественным образом производятся грибами и дрожжами (50%), насекомыми, бактериями и микроорганизмами (35%) и различными растениями (15%), но не могут быть синтезированы клетками животных или человека. У растений ферменты пектиназы гидролизуют пектин, содержащийся в клеточной стенке, обеспечивая рост и изменения. Аналогично их роли в растениях, пектиназы расщепляют пектин на стадии развития грибов.
Характеристики
Энзимы пектиназы классифицируются в зависимости от механизма их ферментативной реакции с различными пектиновыми веществами (трансэлиминация или гидролиз), предпочтительного субстрата (пектин, пектиновая кислота или олигогалактуронат) и характера расщепления – случайного или направленного с конца.
Кристальные структуры
Все структуры ферментов пектиназы включают в себя призматический правозакрученный цилиндр, состоящий из семи-девяти параллельных β-спиралей. Три параллельные β-спирали, формирующие призматическую форму структуры, обозначаются как PB1, PB2 и PB3, при этом PB1 и PB2 образуют антипараллельные β-листы, а PB3 располагается перпендикулярно PB2. Все участки связывания субстратов различных эстераз, гидролаз и лиаз находятся на внешней щели центральной параллельной β-спиральной структуры, между выступающими петлями на структуре и PB1.
Оптимальная среда
Как и все ферменты, пектиназы имеют оптимальную температуру и pH, при которых они проявляют максимальную активность. Например, коммерческая пектиназа обычно активируется при температуре от 45 до 55 °C и эффективно работает при pH от 3,0 до 6,5.
Промышленное использование
Энзимы пектиназы играют разнообразную роль как в производстве фруктовых соков, так и в виноделии. Они используются для осветления фруктовых соков, а также ускоряют извлечение сока путем ферментативного разжижения фруктовой мякоти. Кроме того, ферменты пектиназы способствуют формированию мякотных продуктов в производстве фруктовых соков. Для получения сока из пюре используются ферменты пектиназы. Это происходит, когда фермент пектиназа расщепляет пектин – субстрат, и сок извлекается. Фермент пектиназа снижает энергию активации, необходимую для производства сока, и катализирует реакцию. Пектиназы полезны в винодельческой промышленности, так как способствуют извлечению антоцианов из фруктов, эффективно усиливая цвет вина. Пектиназа также может использоваться для извлечения соков из клеточных стенок растительных клеток. Пектиназы также применяются при ретке в текстильной промышленности. Добавление хелатирующих агентов или предварительная обработка растительного материала кислотой усиливают эффективность действия фермента.