Просто о ферментах. Почему они так полезны?

Ферментативный синтез аспартама

Красиво жить не запретишь! А также сладко. Но последствия излишнего dolce в нашей vita негативно сказываются на показаниях весов. У пищевой промышленности быстро нашлось решение, как снизить калорийность десертов. Ответ – в использовании сахарозаменителей.

Сахарозаменители – это вещества, которые обладают сладким вкусом, но имеют меньшую калорийность по сравнению с сахаром. Часто либо их сладость настолько высока, что нужна буквально щепотка на весь торт, либо они практически не имеют калорийности.

Сахарозаменители очень активно используются в продуктах питания и напитках, ведь индустрия низкокалорийных продуктов развивается колоссальными темпами. Очень востребованы подсластители с минимальной калорийностью для создания десертов, вписывающихся в суточный калораж для спортсменов и людей, придерживающихся низкокалорийной диеты.

Индустрия сахарозаменителей включает в себя различные виды заменителей сахара:

• сахарин;

• сукралоза;

• стевиозид

и др.

Например, одним из самых коммерчески успешных сахарозаменителей была сукралоза. Она в 600 раз слаще сахара! С химической точки зрения сукралоза похожа на обычную сахарозу, но содержит два атома хлора в составе. Использование в пищевых продуктах сукралозы одобрено крупнейшими регуляторами, такими как FDA и Европейским агентством по безопасности продуктов питания

Стевиозид же – это натуральный сахарозаменитель, получаемый из растения Stevia rebaudiana. Это довольно крупная молекула, и для человека она примерно в 300 раз слаще сахара!

А нас здесь интересует еще один подсластитель – аспартам. А все потому, что для его производства необходимо использовать ферменты.

С химической точки зрения аспартам – это метиловый эфир дипептида, то есть продукт реакции двух аминокислот. Аспартам состоит из остатков аспарагиновой кислоты и фенилаланина, так что это действительно небольшая молекула.

Открытие аспартама как подсластителя было совершенно случайным. Химик, который его впервые получил в лаборатории, Джеймс Шлаттер, в нарушение всех правил безопасности зачем-то лизнул перчатку, в которой работал… И ощутил сладкий вкус. Помните, мы в начале говорили, что многие ученые – как дети? Вот он, пожалуй, лучший пример.

Ни одному квалифицированному химику не приходит в голову облизывать руки в процессе органического синтеза – а вот Шлаттер рискнул и выиграл.

Аспартам по калорийности близок к сахарозе, но есть нюанс – он в 200 раз более сладкий для человека на вкус. Так что там, где обычно в пирог кладут стакан сахара, можно обойтись буквально щепоткой подсластителя.

Синтез аспартама в лабораторных условиях – дело затруднительное. Оно требует многих этапов работы, чтобы получить именно целевую молекулу, да еще и без токсичных побочных продуктов.

В реальной практике создания аспартама используют ферментативный синтез. Примечателен аспартам еще и тем, что и исходные вещества для его получения (а именно L-аспарагиновая кислота и фенилаланин) получают тоже с помощью биотехнологии!

Начнем по порядку.

L-аспарагиновая кислота является одной из двадцати природных аминокислот. Поскольку она очень распространена в живых организмах, при должном старании ее можно выделить из практически любого белкового сырья – вплоть до рогов и копыт, но это процесс небыстрый и энергозатратный.

Удобнее наладить биотехнологический синтез L-аспарагиновой кислоты с помощью иммобилизованных клеток кишечной палочки. Для этого бактерии фиксируют в полимерный носитель (каррагинан или полиакриламид) и «кормят» предшественником L-аспарагиновой кислоты – кислотой фумаровой.

В кишечных палочках активен фермент аспартаза, которая ускоряет реакцию получения нашего продукта. Очистка тоже очень простая – надо лишь добавить при охлаждении раствор серной кислоты, это приведет к выпадению продукта в осадок. Оптимизированная технология позволяет получать очень высокий выход – вплоть до 95 %, при этом сам катализатор (бактерии в полимерном носителе) служит до двух лет.

Для синтеза фенилаланина чаще всего прибегают к ферментации, то есть превращению исходного сырья в продукт посредством работы стартовых культур.

В качестве «корма» для этих культур используют простую глюкозу, но сами культуры – не обычные, а генномодифицированные. Это так называемые штаммы – суперпродуценты, коринебактерии Corynebacterium или кишечные палочки E. coli, в которых наиболее активен метаболический путь синтеза фенилаланина.