Гидролиз целлюлозы до олиго – и моносахаридов можно проводить химически, например под действием сильных минеральных кислот. Такой процесс освоен промышленностью: обрабатывая целлюлозное сырье (опилки, жмых, другие отходы растительного происхождения) водным раствором H2SO4 или НСl, как правило, при повышенных температуре и давлении получают в результате примерно 5%-ный раствор глюкозы и некоторых других веществ. После нейтрализации кислоты и удаления солей этот раствор используют главным образом в двух направлениях: для получения кормового белка и этанола путем сбраживания.

Гидролиз под действием сильных кислот требует специальной аппаратуры. Выход целевого продукта ниже ожидаемого да и чистота его оставляют желать лучшего. Несомненными преимуществами мог; бы обладать биотехнологический процесс с использованием целлюлаз, гидролизующих целлюлозу в мягких условиях с высоким выходом глюкозы. Такой процесс сейчас разрабатывают. В общих чертах он выглядит следующим образом. Так называемый целлюлазный комплекс – набор по крайней мере 4 ферментов, ведущих расщепление целлюлозы по довольно сложной схеме, вводят в колонну, содержащую целлюлозу. Эти ферменты прочно адсорбируются на целлюлозе и в таком иммобилизованном на субстрате виде катализируют его гидролиз до растворимой глюкозы. Раствор глюкозы вытекает из колонны, а ферменты целлюлозного комплекса вновь адсорбируются на новой порции целлюлозы. Таким образом, достигается непрерывная переработка целлюлозы в глюкозу, которую далее можно превратить в смесь глюкозы и фруктозы.

Малосладкий дисахарид – лактоза, присутствующая в молоке, легко усваивается детьми, особенно в младенческом возрасте. А вот у взрослых людей иногда наблюдается интолерантность к молоку, что обусловлено недостаточностью в организме фермента лактазы (или р-галактозидазы), расщепляющего лактозу. Накопление лактозы в кишечнике вызывает крайне неприятные последствия, такие, как вздутие живота, тошноту и т. д. Недостаточность фермента лактазы сравнительно редко встречается у европейцев, но, например, ею страдают 97% таитян, многие африканские народности. Проблема была решена, когда молоко стали предварительно обрабатывать иммобилизованной лактазой. Такое безлактозное молоко уже получают по соответствующему биотехнологическому процессу. Более того, разрабатывают ферментативный гидролиз лактозы как дополнительный путь получения глюкозы. Дело в том, что при свертывании молока до 75% лактозы (на вес сухого вещества) остается в сыворотке. Сыворотку пропускают через колонну с иммобилизованной лактозой и получают после дополнительной очистки водный раствор смеси глюкозы и галактозы, которую непосредственно можно использовать в пищевой промышленности.

В последнее время потребление сахара возросло настолько, что его природные источники оказываются недостаточными. Это заставляет интенсивнее использовать другие источники глюкозы – высокомолекулярные углеводы крахмал и целлюлозу. Промышленная переработка крахмала идет под действием двух ферментов: а-амилазы и глюкоамилазы, катализирующих его гидролиз до глюкозы. Первый из этих ферментов расщепляет крахмал на более или менее крупные фрагменты (оли-гомеры), его применяют в растворимом виде. Затем эти частичные гидролизаты крахмала пропускают через колонну с иммобилизованной глюкоамилазой, которая последовательно отщепляет концевые молекулы глюкозы от олигомеров, так что на выходе получается водный раствор глюкозы.

Еще более мощный источник глюкозы – целлюлоза. В живых организмах целлюлоза осуществляет структурную функцию. Количество ее так велико, что более половины всего углерода биосферы находится в форме целлюлозы. Гидролиз целлюлозы до глюкозы идет под действием иных ферментов, чем гидролиз крахмала. Это так называемые целлюлазы. У млекопитающих, за исключением жвачных животных, нет целлюлаз, и они не могут усваивать целлюлозу.

Низкомолекулярные углеводы: моно – и дисахариды не только важные. продукты питания, кроме того, они обладают определенными вкусовыми качествами. Дисахарид сахароза – это обычный сахар. Составляющие ее компоненты сильно различаются по сладости. Глюкоза – мало сладкая, а фруктоза – почти в 2 раза (на 60-70%) слаще сахара. Использование фруктозы (она содержится во многих фруктах и плодах, а также наполовину из фруктозы состоит пчелиный мед) 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 в человеческом организме совершенно иные, нежели глюкозы, и не связаны с наличием инсулина. К тому же фруктоза менее вредна для зубов.

Несмотря на все эти положительные факторы, фруктозу до последнего времени применяли крайне ограниченно из-за отсутствия разработок ее промышленного производства. Положение изменилось в 70-х годах, когда в производстве стали применять фермент глюкозо-изомеразу, которая катализирует взаимопревращения глюкозы и фруктозы: глюкоза-фруктоза.

(далее…)