Фосфор стимулирует биосинтез протеаз, амилаз, пектолитических ферментов. Наилучшие результаты получаются, если фосфор дополнительно вносится в виде солей фосфорной кислоты (одно- и двузамещенных солей натрия, калия и аммония) в среды, содержащие естественные растительные отвары, содержащие фосфор.
Без витаминов, ростовых веществ, ионов металлов обмен веществ в микробной клетке маловероятен. Но не все микроорганизмы требуют введения этих соединений в среду и в зависимости от этого микроорганизмы делятся на два типа: ауксоавтотрофы, не требующие введения в среду витаминов и синтезирующие их самостоятельно. Витамины не влияют на их рост и развитие. И ауксогетеротрофы, неспособные синтезировать ряд витаминов и требующие их обязательного введения в состав среды. Введение даже небольших количеств ростовых веществ заметно ускоряет их рост и развитие. К сожалению, многие продуценты являются ауксогетеротрофными и для них требуется наличие в среде комплекса витаминов группы В, т. е. биотина, инозита, пантотеновой кислоты, тиамина, пиридоксина и других, участвующих в процессах биосинтеза ферментов.
Биотин участвует в реакциях превращения аминокислот, входит в активный центр ряда ферментов, катализирующих процесс карбоксилирования и декарбоксилирования жирных кислот. Инозит, соединяясь с шестью молекулами фосфорной кислоты, образует инозитфосфорную кислоту, способствующую росту дрожжей. Пантотеновая кислота входит в состав КоА, при участии которого происходят важнейшие превращения в клетке.
Источником витаминов и ростовых веществ в питательных средах обычно являются микробные массы и различные растительные отходы, входящие в состав сред. Наиболее богатыми источниками этих соединений являются автолизаты микробных масс, в настоящее время для этих целей часто используют кормовые дрожжи, плазмолизированные или подвегнутые кислотному или ферментативному гидролизу. Богаты витаминами и ростовыми веществами кукурузный экстракт, спиртовая барда, отвары муки, выжимки плодов и овощей. Но так как эти компоненты среды служат одновременно источниками углерода, азота, фосфора и их количество в среде чаще всего определяется именно этими элементами, содержание витаминов и ростовых веществ в средах бывает достаточным и не требуется их дополнительного введения. Если же среда для культивирования используется синтетическая, то возникает необходимость специального исследования по выявлению потребности продуцента в этих соединениях.
Макро- и микроэлементы являются неотъемлемой частью состава питательных сред. Многие ионы металлов входят в активный центр ферментов или участвуют в поддержании пространственной структуры ферментов и обеспечивают энзиматическую деятельность организма, обмен веществ в нем. Более четверти известных в настоящее время ферментов относятся к металлоферментам. Они активируют процессы дыхания, окислительно-восстановительные реакции, синтез аминокислот, жирных кислот, сахаров, нуклеотидов, пиримидиновых оснований, регулируют образование биполярных молекул белков, гликогена, нуклеиновых кислот, их трансформацию и распад.
Все металлоферменты делятся на две группы. К первой относятся истинные металлоферменты с прочной связью между ионами металла и белковой частью, не разрушаемой при пропускании через иониты. Вторая группа характеризуется тем, что ион металла легко отщепляется при диализе или при другой обработке раствора от белковой части фермента с потерей каталитических свойств. При добавлении металла ферменты данной группы вновь активируются.
В окислительно-восстановительных процессах участвуют ферменты, требующие присутствия железа, меди, марганца, цинка, бора и молибдена. Активность дыхания и интенсивность расщепления органических субстратов зависят от специфической активации ферментов тем или другим металлом. Таким образом, металлы и их комплексные соединения являются не случайными примесями, а биологически важными компонентами. Микроэлементы могут регулировать обменные процессы в организме и изменять направление ферментативных реакций. Синтез аминокислот катализируют ферменты, на которые влияют марганец, молибден, железо, кобальт; белки синтезируются при участии молибдена, цинка, меди, бора; на синтез липидов влияет наличие бора, меди, марганца, кобальта.
Зависимость потребности в микроэлементах от скорости роста микроорганизмов и от образования ими ферментов установить трудно, так как количества микроэлементов, в которых нуждаются микроорганизмы, очень малы. О потребности в микроэлементах для биосинтеза клеточного вещества судят на основании анализа состава золы биомассы микроорганизма.
Присутствие или отсутствие отдельных микроэлементов может оказывать стимулирующее действие на накопление в среде определенных ферментов. Например, снижение содержания меди и цинка в среде приводит к интенсификации биосинтеза амилолитических ферментов. Биосинтез амилаз стимулируется ионами натрия, кобальта, кальция и магния, но тормозится в присутствии ионов марганца, меди и ртути. Большое значение для образования протеиназ имеют кобальт, медь, молибден, марганец, цинк и некоторые другие микроэлементы. Одним из важнейших микроэлементов, влияющих на синтез протеолитических ферментов, является цинк. Он стимулирует образование протеиназ микроскопическими грибами, бактериями и актиномицетами. Возможно, это связано с интенсификацией углеводного обмена и синтеза аминокислот и белков. Предполагают также, что цинк входит в состав ряда протеиназ.
Потребность микроорганизмов в макроэлементах обычно компенсируется введением соответствующих солей, а микроэлементы вносятся в необходимом количестве с водопроводной водой, реактивами и растительными отварами.
II.5 Влияние на микроорганизмы присутствия в средах токсических веществ
Известно, что рост и развитие микроорганизмов связаны с осуществлением многочисленных ферментативных реакций, протекающих по законам конкурентного и неконкурентного ингибирования. В питательных средах неизбежно присутствует некоторое количество металлов, тормозящих скорость ферментативных реакций. При этом в зависимости от концентрации одни и те же металлы могут выступать как стимуляторы и как ингибиторы процесса. Например, для нормального роста микроорганизмов необходимо наличие в среде железа, цинка и меди в долевых количествах, а при повышении процессы обмена резко тормозятся и могут полностью остановиться. Добавление к синтетическим средам белков и экстрактов растительного сырья заметно ослабляет токсическое действие меди, в результате способности этих веществ образовывать с медью комплексные соединения. Токсическое воздействие на жизнедеятельность многих микроорганизмов оказывает присутствие в среде хлора, галогенов, формальдегида, фенола, толуола, бензола и ряда других веществ. Установлено, что для полного подавления роста многих микроорганизмов достаточно присутствия в естественной питательной среде одного из следующих соединений в миллионных долях в пределах: ртуть – 40-50, хлор – 125-200, формальдегид – 225-250, кадмий – 350-500, медь – 400-500, диоксид серы – 1250-1500, фенол – 2000-2500 и т. д.
Таким образом, для обеспечения процесса роста микроорганизмов и биосинтеза ими соответствующих ферментов необходимо, чтобы в составе питательной среды были источники углерода, азота, фосфора, витаминов, ростовых веществ, макро- и микроэлементов в определенных количествах. Среда должна имеет определенное количество рН; для этого необходимо предусмотреть, чтобы в процессе культивирования изменение рН не сказывалось отрицательно на жизнедеятельность микроорганизма.
III. ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ПРИ ПРИГОТОВЛЕНИИ КОНСЕРВИРОВАННЫХ ПЮРЕ, СУПОВ, СУШЕНЫХ ОВОЩЕЙ
Необходимость сохранения овощей для употребления их в течение всего года привела к созданию ряда новых пищевых продуктов. До того, как в практику вошли консервирование в банках и замораживание, для сохранения овощей использовалась соль. Этот способ дает хорошие результаты при низкой концентрации соли с малой долей белков, но содержащих сахара. Но если белка в овощах много (горох, фасоль), то продукт портится. При засаливании таких овощей соли добавляют мало, основную роль в консервировании играют молочнокислые бактерии, осуществляющие ферментацию сахаров. Образование молочной кислоты из сахаров препятствует развитию бактерий кишечной группы, протеолитических бактерий, анаэробных и спорообразующих видов. Использование микроорганизмов в переработке овощей – это процессы с простой технологией.
Применение ферментов из микроорганизмов – один из главных путей, которые биотехнология использует, и будет использовать для обновления пищевой промышленности. При приготовлении консервированных пюре, супов, сушеных овощей используют такие ферменты, как пектиназы, целлюлазы, гемицеллюлазы, глюкозооксидазы, каталазы, амилазы и протеиназы. Эти ферменты применяются не только в давно освоенных производствах; с их помощью удалось расширить ассортимент и добиться большого выхода продукции из сырья.
В промышленных условиях выпускаются различные ферментные препараты, степень очистки которых определяется последующим их применением. Крупнотоннажное производство ферментных препаратов основывается на получении технических, малоочищенных, содержащих значительное количество балластных веществ, но дешевых ферментных препаратов. В меньших количествах выпускаются высокоочищенные и гомогенные препараты, обычно именуются по основному ферменту, присутствующему в препарате.