Ферменти: визначення, функції, властивості.
Для того, щоб в повному обсязі проаналізувати ринок ферментів для виробництва пральних порошків в РФ, зупинимося на визначенні поняття «ферменти», опишемо властивості ферментів і ті функції, які вони виконують. Подібні дані допоможуть у подальшому зрозуміти особливості ринку ферментів для пральних порошків.
Ферменти (лат. Fermentum бродіння, бродильне початок; синонім ензими) - специфічні речовини білкової природи, присутні в тканинах і клітинах всіх живих організмів і здатні у багато разів прискорювати протікають в них хімічні реакції. Речовини, в невеликих кількостях прискорюють хімічні реакції в результаті взаємодії з реагують сполуками (субстратами), але не входять до складу продуктів, що утворилися і залишаються незміненими після закінчення реакції, називають каталізаторами.
Ферменти (ензими) - це органічні речовини, які беруть участь специфічним чином в деяких хімічних реакціях організму (органічні каталізатори). Структура ферменту наступна: кожен фермент складається з апофермента і коферменту, які, кожен окремо, не активний, але виявляють свою дію в комплексі - холоферменту.
Всі ферменти мають білкову природу. Вони являють собою або прості білки, цілком побудовані з поліпептидних ланцюгів і розпадаються при гідролізі тільки на амінокислоти (наприклад, гідролітичні ферменти трипсин і пепсин, уреаза), або - в більшості випадків - складні білки, що містять поряд з білкової частиною (апоферментом) небілковий компонент (кофермент або простетичної групу).
Багато ферменти з великою молекулярною масою проявляють каталітичну активність тільки у присутності специфічних низькомолекулярних речовин, званих коферментами (або кофакторами). Роль коферментів грають більшість вітамінів і багато мінеральні речовини. Вітаміни РР (нікотинова кислота, або ніацин) і рибофлавін, наприклад, входять до складу коферментів, необхідних для функціонування дегідрогеназ. Цинк - кофермент карбоангідрази, ферменту, що каталізує вивільнення з крові діоксиду вуглецю, який видаляється з організму разом з повітрям, що видихається. Залізо і мідь служать компонентами дихального ферменту цитохромоксидази.
Речовина, що піддається перетворенню в присутності ферменту, називають субстратом. Субстрат приєднується до ферменту, який прискорює розрив одних хімічних зв'язків в його молекулі та створення інших; утворюється в результаті продукт від'єднується від ферменту.
Продукт теж можна вважати субстратом, оскільки всі ферментативні реакції в тій чи іншій мірі оборотні. Правда, зазвичай рівновагу зрушено в бік утворення продукту, і зворотну реакцію буває важко зафіксувати.
Всі ферменти можна поділити на такі групи:
* Амилолитические;
* Протеолітичні;
* Липолитические.
Ферменти, що розщеплюють вуглеводи, називаються амилолитическими або амілазами; білки (протеїни) - протеолитическими або протеазами; жири (ліпіди) - липолитическими або ліпазами.
Ліпаза бере участь у розпаді або освіті жирів, які є складними ефірами гліцерину з вищими жирними кислотами. У природі ліпази містяться переважно в насінні, плодах, бульбах, кореневищах злакових (кукурудза, овес та ін.), В насінні хрестоцвітних (гірчичне насіння), особливо в насінні бобових (квасоля, горох), а також і в соняшниковій насіння.
Карбогідрази - ця група ферментів розщеплює глікозиди і полісахариди на моносахариди. Відомі, наприклад, сахароза - розщеплює сахарозу на альфа-глюкозу і альфа-фруктозу; мальтоза - розщеплює мальтозу на глюкозу (міститься в проростках ячменю) і т.д.
Протеази розщеплюють протеїни на амінокислоти. Сюди входять справжні протеази (протеїнази), які гідролізують природні протеїни, і пептідази, що розщеплюють ди- і поліпептиди. Протеолітичнимиферментами є, наприклад, ерептаза (ерепсін), пепсіназа (пепсин) і тріптаза (трипсин), що виділяються в шлунку і в кишечнику людини і тварин.
Ферменти являють собою біокаталізатори білкової природи. Каталізує переважна більшість біохімічних реакцій в організмі, ферменти регулюють обмін речовин і енергії, граючи тим самим важливу роль у всіх процесах життєдіяльності. Всі функціональні прояви живих організмів (дихання, м'язове скорочення, передача нервового імпульсу, розмноження і т.д.) забезпечуються дією ферментних систем. Сукупністю каталізуються ферментних реакцій є синтез, розпад та інші перетворення білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, гормонів та інших з'єднань.
Як правило, ферменти присутні в біологічних об'єктах в мізерно малих концентраціях, тому більший інтерес представляє не кількісний вміст ферментів, а їх активність по швидкості ферментативної реакції (по убутку субстрату або накопичення продуктів). Прийнята міжнародна одиниця, активності ферментів (ME) відповідає такій кількості ферменту, яке каталізує перетворення 1 мкмоль субстрату за 1 хв в оптимальних для даного Ф. умовах. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею активності ферменту є катав (кат) - кількість ферменту, необхідне для каталітичного перетворення 1 моля субстрату за 1 с.
Всі ферменти, за винятком ліпази, розчинні у воді. Активність їх залежить від рН середовища і від температури. Температурний оптимум для всіх ферментів близько 400С; рН-оптимум для окремих ферментів різний (для ліпази і аргінази він між 8 і 9,5, для пепсину - 1,5).
Ферменти - великі молекули, їх молекулярні маси лежать в діапазоні від 10 000 до більш ніж 1 000 000 дальтон (Так). Для порівняння зазначимо молекулярні маси відомих речовин: глюкоза - 180, діоксид вуглецю - 44, амінокислоти - від 75 до 204 Так. Ферменти, що каталізують однакові хімічні реакції, але виділені з клітин різних типів, різняться за властивостями і складом, проте зазвичай мають певний подібністю структури.
Структурні особливості ферментів, необхідні для їх функціонування, легко втрачаються. Так, при нагріванні відбувається перебудова білкової ланцюга, що супроводжується втратою каталітичної активності. Важливі також лужні або кислотні властивості розчину. Більшість ферментів найкраще "працюють" в розчинах, pH яких близький до 7, коли концентрація іонів H + і OH- приблизно однакова. Пов'язано це з тим, що структура білкових молекул, а, отже, і активність ферментів сильно залежать від концентрації іонів водню в середовищі.
Під механізмом дії ферменту розуміють послідовність перетворень молекул в його активному центрі. Акт каталізу починається зі зв'язування субстрату, потім відбувається з десяток змін, і, нарешті, з'являється продукт.
Швидкість ферментативної реакції залежить від концентрації субстрату і кількості присутнього ферменту. Ці величини визначають, скільки молекул ферменту з'єднається з субстратом, і саме від змісту фермент-субстратного комплексу залежить швидкість реакції, що каталізується даними ферментом. У більшості ситуацій, що представляють інтерес для біохіміків, концентрація ферменту дуже мала, а субстрат присутній в надлишку.
Залежність швидкості ферментативного перетворення субстрату від його концентрації описується рівнянням Міхаеліса - Ментен.
З цього рівняння випливає, що при малих субстратах швидкість реакції зростає пропорційно концентрації субстрату. Однак при досить великому збільшенні останньої ця пропорційність зникає: швидкість реакції перестає залежати від концентрації субстрату - настає насичення, коли всі молекули ферменту виявляються зайнятими субстратом.
З'ясування механізмів дії ферментів у всіх деталях - справа майбутнього, проте деякі важливі їхні особливості вже встановлені. Кожен фермент має один або кілька активних центрів, з якими і зв'язується субстрат. Ці центри високоспецифічні, тобто "Дізнаються" тільки "свій" субстрат або близькоспоріднені з'єднання. Роль ферменту полягає в зниженні енергетичного бар'єру, який потрібно подолати субстрату для перетворення в продукт. Як саме забезпечується таке зниження - до кінця не встановлено.
На даний момент, в базах даних зібрано 3709 ферментів (по числу відомих каталізуються реакцій). Вони розділені на шість класів. Відкриття нових практично припинилися
Розкид швидкостей роботи окремих ферментів дуже невеликий: для більшості ферментів число оборотів, тобто число актів каталізу в секунду, дорівнює 100, для найшвидших (каталази, карбоангідрази, супероксиддисмутази) - 104. Серед найбільш повільних ферментів - простагландінсінтази (число оборотів - 1) .
В даний час, області застосування ферментів в суспільному житті різноманітні. Наприклад, приріст виробництва виділених, очищених ферментів для технічних цілей в світі складає 15% в рік, а хімічних каталізаторів - 3% в рік. Ці дані наводяться експертами щодо зростання ринку промислових ферментів. Але, ферменти застосовуються не тільки в промисловості, але і в медицині, і сільському господарстві, захисті навколишнього середовища (аналітичні вимірювання, або моніторинг; руйнування забруднень, або Біоремедіація). Це виробництво ліків, засобів захисту рослин, хімічних реагентів. Крім того, є області, де ферменти нічим не можна замінити. Наприклад, аналіз. Зараз сотні ферментів використовують в аналітичних цілях, часто вони найбільш придатні. Також ферменти використовують при виробництві біосенсорів. Наприклад, для визначення глюкози в крові.
Таким чином, ферменти «проникли», практично в усі галузі промисловості та сфери суспільного життя.
Застосування ферментів у виробництві прального порошку
Проаналізуємо більш детально, які ферменти застосовуються при виробництві прального порошку, і які функції виконують дані ферменти.
Склад пральних порошків.
Коротко зупинимося на описі складу прального порошку.
Пральні порошки містять всі або деякі з наведених елементів:
* Поверхнево-активні речовини (субстанції, активні при пранні);
* Зв'язують речовини;
* Відбілюючі речовини;
* Допоміжні речовини (наприклад, ароматичні речовини, ферменти).
Поверхнево активні речовини.
Вже довгий час найвідомішим поверхнево-активною речовиною було мило. В даний час воно все більше витісняється синтетичними активними речовинами. Однак висока миюча активність синтетичних поверхнево-активних речовин знижується в жорсткій воді.
Сучасні пральні порошки містять кілька поверхнево-активних речовин і спеціальні сорти мила. Вони знижують поверхневий натяг води, відокремлюють грязь від волокон і диспергируют їх в розчині прального порошку і утворюють емульсію з брудом, що містить жир.
Зв'язують речовини.
Вони пом'якшують воду і усувають утворення накипу (випадання кальцію) на компонентах пральних машин і на одязі. Замість використовувалися раніше фосфатів тепер використовуються замінники фосфатів. Це в основному цеоліти, наприклад, силікат натрію і алюмінію в поєднання з полімерами. Вони пов'язують іони кальцію при іонному обміні і оберігають від утворення накипу.
Засоби для відбілювання.
Вони важливі для обробки плям на білому, кольоровому білизна, білизна, що піддається кип'ятінню, і тонкому білизну. Вони за допомогою окислення видаляють плями від червоного вина, овочів і фруктів. Для цього в основному використовують перборат натрію, який в процесі прання при температурах вище 60 градусів Цельсія виділяє відбілюючі речовини. Активатори отбеливающего речовини, наприклад, тетраацетілендіамін активують пербонат при температурі нижче 60 градусів, і відбілювання можливо вже в межах 40 градусів.
Допоміжні речовини.
До допоміжних речовин відносяться:
* Ферменти, які розщеплюють білок і крохмаль;
* Розчинники бруду, які підтримують бруд в підвішеному стані;
* Перешкоджають речовини, які обмежують хімічні реакції (утворення піни) або її запобігають (корозія);
* Ароматичні засоби;
* Виконавчі засоби, які забезпечують сипкість пральних порошків (наприклад, сульфати).
Ферменти для пральних порошків.
У виробництві пральних порошків використовуються наступні ферменти:
* Протеаза лужна;
* Ліпаза лужна;
* Амілаза;
* Целюлоза;
* Пектиназа лужна;
* Кератіназ.
За певний час і за умови, що температура миючого розчину не перевищує 40 градусів Цельсія, ферменти руйнують білки. І не тільки білки. Якщо фермент "протеаза" усуває всі протеінсодержащіе забруднення, такі як кров, молоко, яйце, какао і трава, то "липаза", наприклад, видаляє жири і масла. Ензим "амілаза" виводить з білизни крахмалсодержащіе залишки їжі, а "целюлоза" надає поверхні бавовняних виробів гладкість, а волокнам - еластичність. Також целлюлазу використовують для зняття пілінгу, який утворюється на бавовняних і лляних тканинах у вигляді катишков при носінні. За рахунок того, що ворсинки видаляються з поверхні тканини, віддаляється і бруд, яку тримали ці ворсинки, далі, освітлюється колір тканини, тканина стає приємною на дотик.
Лугостійку пектиназу використовують для видалення фруктових плям. Кератіназ сприяють видаленню залишків отвержденного білка.
Як правило, до складу прального порошку входить комбінація цих ферментів (ферментні препарати), які підсилюють дію один одного.
Світова історія створення ферментних препаратів для виробництва прального порошку налічує вже близько 40 років. Велику частину цього часового відрізку займає виробництво лужної протеази, яка була найбільш популярною добавкою.
На даний момент, ліпази є не сильно вивченими ферментами, і вони не завжди стабільні за якістю. Їх розробкою займаються 10 років, в той час як протеази і амілази існують на ринку вже більше 50 років. Сьогодні ці дві категорії ферментів (протеази і амілази) дуже добре вивчені і дають дуже стабільну якість, чого не можна сказати про ліпази. Ліпази повністю справляються з жировими загряз нениями після 2-3 прань, а протеази і амілази справляються зі своїм завданням і за одне прання.
Виробництво ферментів при виробництві пральних порошків просто необхідно, щоб підвищити миючу здатність.
За оцінками фахівців - технологів частка ферментів в загальній миючої здатності порошку становить 30-35%. Навіть незначне додавання ферментів в пральний порошок значно збільшує його миючу здатність.
Аналіз найменувань ферментних препаратів для виробництва прального порошку на ринку РФ.
Виробники пральних порошків в РФ можуть використовувати такі найменування ферментних препаратів:
* Савіназа 6.0;
* Савіназа / Термаміл 4.8 / 12;
* Савіназа / Термаміл / Целлюзім 4.2 / 10 / 0.1;
* Савіназа / Термаміл / Ліполази;
* Савіназа / Карезім 4.8 / 180;
* Еверлаза / Дурам 4.8 / 12;
* Тоталаза Ультра;
* Соколан;
* Наталаза 60;
* Наталаза / Термаміл;
* Іназа / ліполаза;
* Пропераза 450;
* Пурафект;
* Gci blend pac;
* БЛАП S 260;
* Дуозім А5;
* Савіназа / Ліполаза.
Дані ферментні препарати мають в своїй основі такі ферменти. Савіназа 6.0 - протеаза. Савіназа / Термаміл 4.8 / 12 - протеаза / амілаза. Савіназа / Термаміл / Целлюзім 4.2 / 10 / 0.1 - протеаза / амілаза / ліпаза. Савіназа / Карезім 4.8 / 180 - протеаза / целлюлаза. Еверлаза / Дурам 4.8 / 12 - протеаза / амілаза. Тоталаза Ультра - протеаза / амілаза / ліпаза / целлюлаза. Іназа / ліполаза - ліпаза. Пурафект - лужна протеаза і амілаза. Савіназа / Термаміл / Ліполази - протеаза / амілаза / ліпаза. Савіназа / Ліполаза - протеаза / ліпаза.
Таким чином, на ринку виробництва прального порошку в РФ присутні 14 найменувань ферментних препаратів.
Дані ферментні препарати мають свої функціональні особливості. Савіназа 6.0 ефективна для видалення всіх білкових забруднень в широкому діапазоні рН і температури. Савіназа / Термаміл 4.8 / 12 - комплексне видалення білкових і крохмальних забруднень. Савіназа / Термаміл / Целлюзім 4.2 / 10 / 0.1 - комплексне видалення білкових і крохмальних забруднень, антіпіллінговий ефект, освіження кольору. Часто застосовується в порошках для дитячої білизни. Савіназа / Карезім 4.8 / 180 - видалення білкових забруднень, антіпіллінг, освіження кольору. Еверлаза / Дурам 4.8 / 12 - комбінація ферментів, стійких до окислення, комплексне видалення білкових і крохмальних забруднень. Тоталаза Ультра - комплекс ферментів, стійких при зберіганні в складі СМС з отбеливателями. Комплексне видалення органічних забруднень, антіпіллінг, антіресорбціонний ефект. Освіження кольору, підтримання білизни.
C поточною ситуацією і прогнозом розвитку російського ринку ферментів, що використовуються при виробництві пральних порошків, можна познайомитися в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків « Ринок ферментів для пральних порошків в Росії ».
Про автора:
Академія кон'юнктури Промислових Ринків надає три види послуг, пов'язаних з аналізом ринків, технологій і проектів в промислових галузях - проведення маркетингових досліджень, розробка ТЕО і бізнес-планів інвестиційних проектів.
• Маркетингові дослідження
• Техніко-економічне обґрунтування
• Бізнес планування
Академія кон'юнктури Промислових Ринків
Тел .: (495) 918-13-12, (495) 911-58-70
E-mail: [email protected]
WWW: www.akpr.ru
