Welches sind die Faktoren, die die Wirksamkeit von Enzympräparaten beeinflussen?

Im Streben nach einem umweltfreundlichen und kohlenstoffarmen Lebensstil haben Enzympräparate aufgrund ihrer hohen Effizienz, ihrer Sicherheit, der Tatsache, dass sie keine toxischen Nebenwirkungen haben, und ihrer geringen Umweltbelastung jeden Aspekt unseres Lebens durchdrungen. Zum Beispiel können Enzympräparate in Brot und Brötchen, die wir essen, in Fruchtsäften und Getränken, die wir trinken, in Gewürzen, die wir zum Braten verwenden, und in Papierdokumenten, die wir benutzen, eingesetzt werden.

Daher ist es wichtig, die chemische Natur von Enzympräparaten zu verstehen, um sie richtig anwenden zu können.

1. Der Einfluss des pH-Wertes
Jedes Enzym zeigt nur innerhalb eines bestimmten pH-Bereichs eine hohe Aktivität, und dieser pH-Wert ist der optimale pH-Wert für die Enzymwirkung. Im Allgemeinen sind Enzyme bei einem optimalen pH-Wert am stabilsten, daher ist der pH-Wert für die Enzymaktivität auch der pH-Wert, bei dem sie stabil sind. Ist der pH-Wert der Enzymreaktion zu hoch oder zu niedrig, wird das Enzym irreversibel geschädigt, seine Stabilität und Aktivität nehmen ab, und es kann sogar inaktiv werden. Der optimale pH-Bereich der verschiedenen Enzyme ist unterschiedlich und kann sauer, neutral oder alkalisch sein. Je nach optimalem pH-Wert für die Wirkung von Proteasen werden sie beispielsweise häufig in saure, neutrale und alkalische Proteasen unterteilt. Auch der pH-Wert, bei dem ein Enzym wirkt, ist ein Parameter, der unter bestimmten Bedingungen gemessen wird. Der optimale pH-Wert für die Enzymwirkung variiert mit der Temperatur oder dem Substrat. Je höher die Temperatur, desto enger ist der stabile pH-Bereich für die Enzymwirkung. Daher muss der pH-Wert der Reaktion während der katalytischen Reaktion des Enzyms streng kontrolliert werden.

2. Der Einfluss der Temperatur
Unter bestimmten Bedingungen hat jedes Enzym eine optimale Temperatur für seine Wirkung. Bei dieser Temperatur hat das Enzym die höchste Aktivität, die beste Wirkung und ist relativ stabil. Die Geschwindigkeit der durch das Enzym katalysierten Reaktion nimmt zu, und der Verlust an Enzymaktivität aufgrund von Wärmedenaturierung erreicht ein Gleichgewicht. Diese Temperatur ist die optimale Temperatur für die Enzymaktivität. Jedes Enzym hat eine aktive und stabile Temperatur. Bei dieser Temperatur ist das Enzym unter bestimmten Bedingungen (Zeit, pH-Wert und Enzymkonzentration) relativ stabil und verliert seine Aktivität nicht oder nur sehr selten. Diese Temperatur ist die stabile Temperatur des Enzyms. Wird das Enzym oberhalb der stabilen Temperatur verwendet, wird es schnell inaktiv. Diese thermische Empfindlichkeit des Enzyms kann durch die kritische Verlusttemperatur Tc ausgedrückt werden, die sich auf die Temperatur bezieht, bei der das Enzym die Hälfte seiner Aktivität innerhalb einer Stunde verliert. Daher kann ein Enzym im Allgemeinen nur innerhalb seines effektiven Temperaturbereichs effektiv katalysieren. Pro 10°C Temperaturerhöhung erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit des Enzyms um das 1 bis 2fache. Die Wirkung der Temperatur auf die Wirkung eines Enzyms hängt auch mit der Zeit zusammen, die es der Wärme ausgesetzt ist. Mit zunehmender Reaktionszeit sinkt die optimale Temperatur für das Enzym. Darüber hinaus können auch Faktoren wie die Substratkonzentration der Enzymreaktion, die Art des Puffers, der Aktivator und die Reinheit des Enzyms die optimale Temperatur und die Stabilität des Enzyms verändern.

3. Der Einfluss von Enzymkonzentration und Substratkonzentration
Die Substratkonzentration ist der wichtigste Faktor, der die Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion eines Enzyms bei einer bestimmten Temperatur, einem bestimmten pH-Wert und einer bestimmten Enzymkonzentration bestimmt. Wenn die Substratkonzentration sehr niedrig ist, steigt die Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion des Enzyms schnell mit der Substratkonzentration, und die beiden sind direkt proportional. Mit zunehmender Substratkonzentration verlangsamt sich die Reaktionsgeschwindigkeit und steigt nicht mehr in direktem Verhältnis. Die Beziehung zwischen der Substratkonzentration und der Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion eines Enzyms kann im Allgemeinen durch die Michaelis-Menten-Gleichung ausgedrückt werden. Wenn die Substratkonzentration sehr hoch ist, kann die Reaktionsgeschwindigkeit des Enzyms aufgrund von Substrathemmung abnehmen. Wenn die Substratkonzentration die Enzymkonzentration deutlich übersteigt, ist die katalytische Reaktionsgeschwindigkeit des Enzyms im Allgemeinen proportional zur Enzymkonzentration. Wenn die Enzymkonzentration zu niedrig ist, kann das Enzym manchmal inaktiv werden, so dass die Reaktion nicht abläuft. Bei enzymkatalysierten Reaktionen in der Lebensmittelverarbeitung ist die Menge des verwendeten Enzyms im Allgemeinen viel geringer als die Menge des Substrats, und auch die Kosten des Enzyms müssen berücksichtigt werden.

4. Die Wirkung von Hemmstoffen
Viele Stoffe können die Wirkung von Enzymen schwächen, hemmen oder sogar zerstören. Diese Stoffe werden als Enzyminhibitoren bezeichnet. Beispiele hierfür sind Schwermetallionen (Fe3+, Cu2+, Hg+, Pb+, usw.), Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, organische Kationen, Ethylendiamin und Tetraessigsäure. In der Produktion ist es wichtig, die Auswirkungen von Inhibitoren auf die Enzymkatalyse zu verstehen und zu vermeiden.

5. Die Wirkung von Aktivatoren
Viele Stoffe haben die Wirkung, die Enzymaktivität zu schützen und zu erhöhen oder die Umwandlung von inaktiven Enzymproteinen in aktive Enzyme zu fördern. Diese Stoffe werden unter dem Begriff Enzymaktivatoren zusammengefasst. Aktivatoren können in drei Kategorien eingeteilt werden: Die erste Kategorie sind anorganische Ionen, wie Kationen wie Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Co2+ und Zn2+, und Anionen wie Cl-, NO3-, PO43- und SO42-. Die zweite Art sind organische Stoffe mit kleinen Molekülen, vor allem die B-Vitamine und ihre Derivate. Die dritte Art sind hochmolekulare Stoffe mit Proteineigenschaften. Aktivatoren haben eine ähnliche Wirkung auf die Geschwindigkeit enzymatischer Reaktionen wie die Substratkonzentration, werden aber in der Produktion nur selten eingesetzt.

6. Der Einfluss der Lagerumgebung
Enzympräparate sind bei niedrigen Temperaturen schlafend. Um Enzyme lange zu konservieren, ohne ihre Aktivität zu verlieren, geht die Enzymaktivität bei 10°C um 5-10%/6 Monate und bei Raumtemperatur um 10-15%/6 Monate verloren. Daher sind Trockenheit und niedrige Temperaturen der Schlüssel. Hitze und Licht können Enzyme leicht deaktivieren. Daher sollten Enzympräparate in luftdichten Behältern bei niedrigen Temperaturen und vor Licht geschützt gelagert werden. Je höher der Feuchtigkeitsgehalt des Enzympräparats ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es inaktiv wird. Daher sind pulverförmige Enzympräparate im Allgemeinen leichter zu lagern und zu transportieren. Außerdem können einige Metallionen dazu führen, dass Enzyme an Aktivität verlieren oder die Enzymaktivität hemmen. Sie sollten es vermeiden, Behälter mit Metallionen für die Lagerung von Enzympräparaten zu wählen.

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