Иммобилизованные ферменты успешно используются также и в химических процессах пищевой промышленности, в частности для получения глюкозы из крахмала, для получения глюкозо-фруктозного сиропа, для улучшения качества молока путем удаления из него лактозы и т.п.

Благодаря ферментным методам начинает стираться грань между привычными пищевыми технологиями и промышленностью тонкого органического синтеза. Так, фирма "Cetus Corporation" в США разработала процесс, в результате которого образуется фруктоза (пищевой продукт) и окиси алкенов (полупродукт органического синтеза). Для этого глюкозу, полученную из крахмала, окисляют в присутствии иммобилизованного фермента, пиранозо-2-оксидазы до глюкозона, который затем с помощью водорода на палладиевом катализаторе превращают во фруктозу. На первой стадии в качестве побочного продукта образуется перекись водорода, используемая далее для микробиологического окисления этилена или пропилена в соответствующие эпоксиды. Таким образом, в данном технологическом цикле тесно переплетены между собой 3 синтетических метода: ферментативный (первая стадия), химический (вторая стадия) и микробиологический (третья стадия). Именно сочетание разных методов обеспечивает высокую экономичность производства.

Удаление лактозы из молока с помощью иммобилизованных ферментов.

Малосладкий дисахарид - лактоза, присутствующий в молоке, легко усваивается детьми, особенно в младенческом возрасте, а вот у взрослых людей иногда наблюдается интолерантность к молоку, что обусловлено отсутствием лактазы в тонком кишечнике. Молочный сахар (лактоза) не расщепляется до глюкозы и галактозы. После потребления молока такие люди страдают расстройствами желудка, вздутием и болями в нижней части живота. До сих пор нет ясности, является ли отсутствие лактазы наследственным. Такое заболевание особенно широко распространено в развивающихся странах, а ведь именно население этих стран особенно нуждается в таком дешевом и одновременно полноценном продукте питания, как молоко. Чтобы у людей с подобными отклонениями молоко усваивалось, оно было ферментативно обработано с помощью иммобилизованной лактазы.

Итак, проблема была решена, когда молоко стали предварительно обрабатывать иммобилизованной лактазой. Такое лактозное молоко уже получают по соответствующему биотехнологическому процессу.

В Италии с 1975 г. работает завод по переработке молока с помощью иммобилизованной лактазы в диетическое безлактозное молоко. Ежедневно предприятие выпускает 800 л данного диетического продукта.

Более того, разрабатывают ферментативный гидролиз лактозы как дополнительный путь получения глюкозы. Дело в том, что при свертывании молока до 75% лактозы остается в сыворотке, которую пропускают через колонну с иммобилизованной лактазой и получают после дополнительной очистки водный раствор смеси глюкозы и галактозы, которую непосредственно можно использовать в пищевой промышленности.

Превращение глюкозы во фруктозу с помощью иммобилизованной глюкоизомеразы.

Фруктоза слаще глюкозы почти в 2 раза. Фруктоза - это изомер глюкозы. Она имеет ту же самую химическую формулу. Использование фруктозы вместо сахара сулит массу преимуществ. Из-за большей сладости ее можно применять в меньших количествах, что ведет к снижению калорийности продуктов, а это важно для диетологии. Фруктозу в отличие от глюкозы и сахарозы могут потреблять больные диабетом. Дело в том, что пути превращения фруктозы человеческом организме совершенно иные, нежели глюкоза, и не связаны с наличием инсулина. К тому же фруктоза менее вредна для зубов.

Не смотря на все эти положительные факторы, фруктозу до последнего времени применяли крайне ограниченно из-за отсутствия разработок ее промышленного производства. Для того чтобы увеличить сладость глюкозы в 2 раза, достаточно было бы ее просто химически превратить во фруктозу, но все попытки осуществить изомеризацию глюкозы во фруктозу химическим путем с помощью промышленных катализаторов окончились неудачей, поскольку при этом неспецифически образовывались темно окрашенные побочные продукты с плохим вкусом. Очистка фруктозы от них была бы слишком дорогой.

Положение изменилось в 70-х гг., когда в производстве стали применять фермент глюкоизомеразу, который катализирует взаимопревращения глюкозы во фруктозу.

В 1957 г. была открыта глюкоизомераза - внутриклеточный фермент, выделяемый из различных микроорганизмов.

В 1960 г. в США запатентован ферментативный процесс превращения глюкозы во фруктозу.

В 1966 г. японская исследовательская лаборатория фирмы "Шиба сити" описала промышленный процесс с использованием растворимой глюкоизомеразы. При промышленной изомеризации глюкозы в качестве конечного продукта получают не одну фруктозу, а смесь глюкозы и фруктозы (сироп), обладающей высокой сахаристостью.

В 1967 г. американская фирма "Клинтон крон процессинг компани" приступила к производству глюкозо-фруктозного сиропа из глюкозы с помощью растворимой глюкоизомеразы. Но сироп содержал всего 15 % фруктозы. Кроме того, выяснилось, что процесс с участием глюкоизомеразы может быть рентабельным только при многократном использовании дорогостоящего фермента. Глюкоизомераза оказалась идеальным ферментом для иммобилизации: стабильная при высоких температурах, а т.к. субстрат (глюкоза) и продукт реакции (фруктоза) - очень небольшие молекулы, то не возникает проблем с их движением по колонке с иммобилизованным ферментом. Ни глюкоза, ни фруктоза не несут электростатического заряда, поэтому глюкоизомеразу можно было адсорбировать на заряженных группировках целлюлозы.

В 1968 г. концерн "Клинтон" предложил периодический метод превращения глюкозы во фруктозу с помощью иммобилизованного фермента, при котором выход фруктозы составлял 42 %.

В 1978 г. начался новый этап в развитии этого производства. Благодаря применению новых способов разделения удалось получить 55 % фруктозного сиропа.

1.3 Ферментные электроды на основе иммобилизованых ферментов