О введении принципа насыщающей дополнительности ферментативного процесса в методологию глубокой переработки растительного сырья

Abstract

Введение: Биотехнологический подход к глубокой переработке растительного сырья с использованием ферментных препаратов позволяет эффективно использовать нативный биологический и/или технологический потенциал. Целевые компоненты сырья являются фрагментами молекулярных компонентов матрикса клеточных стенок с трудно устанавливаемой концентрацией целевых гликозидных связей, которая необходима для определения кинетических характеристик ферментных препаратов. Материалы и методы: Объектом исследования был негранулированный сухой немелассированный свекловичный жом, а также отечественные ферменты лиазного и гидролазного действия. В работе использован подход, основанный на аппроксимации экспериментальных данных с последующим определением горизонтальных асимптот. Цель: Обосновать адекватность применения косвенных показателей, таких как удельная электрическая проводимость, при оценке кинетических показателей ферментных препаратов лиазного и гидролазного действия. Результаты: Получен массив экспериментальных данных динамик удельной электрической проводимости от времени при обработке свекловичного жома ферментными препаратами в интервале концентраций от 0 до 0,8 %. В результате аппроксимации рассчитаны локальные пределы концентрации субстрата, выраженные в косвенных единицах. Предложен комплекс постулатов динамики системы «субстрат – ферментный препарат», на основании которого сформирован принцип насыщающей дополнительности ферментативного процесса, согласно которому локальный предел концентрации субстрата, достигаемый при данной концентрации фермента, составляет дробную часть некоторого глобального предела концентрации, который может быть полностью переведён в продукт посредством нескольких этапов, локальный предел продолжительности каждого из которых стремится к бесконечности. Экспериментально установлено, что в случае применения ферментных препаратов лиазного и гидролазного действия, рассчитанные локальные пределы концентрации субстрата монотонно увеличиваются при увеличении концентрации ферментного препарата, вырождаясь в горизонтальную асимптоту, соответствующую глобальному пределу концентрации субстрата, что подтверждает как сам принцип насыщающей дополнительности, так и следствия из него. Экспериментально установлена применимость малых концентраций ферментных препаратов (в пределах 0,1-0,2 %) и нескольких последовательных этапов для ферментативной трансформации субстрата в продукт. Выводы. В результате проведённых исследований был разработан принцип насыщающей дополнительности ферментативного процесса, позволяющий на основе экспериментальных данных по динамикам ферментативной трансформации обрабатываемого объекта ферментными препаратами в заданных концентрациях однозначно определить эффективную концентрацию целевого субстрата в условиях отсутствия определённости относительно её численного значения, либо невозможности прямого определения. Результирующее значение может быть использовано для установления кинетических характеристик ферментативного процесса, таких как Vmax и Km. Принцип насыщающей дополнительности применим в отношении гомоферментных препаратов лиазного и гидролазного действия и является составляющей дерева принятия решений для разработки технологий промышленного производства растительных полигликанов.