Странное существо – человек. Все время ищет ответы на вопросы, которые сам себе и задает. Ищет выход из ситуаций, в которые сам же и влезает. Любопытство от природы – хороший дар, если используется по делу и в меру, ведь есть ряд вопросов, ответы на которые должен знать каждый. Вот, к примеру, зачем человеку нужны зубы и почему так важно их беречь? Большинство из нас знает, что главная задача зубов – пережевывать пищу, чтобы было удобно ее кушать. Но ведь зубки на самом деле выполняют и ряд функций, влияющих не только на здоровье улыбки, но и всего организма в целом.
Если бы у сахара были зубы,он бы сам себя съел *
Для начала определимся, в чем же состоит польза механоферментативного гидролиза природных полимеров – белков и углеводов? Известно, что в пространственной организации структуры таких молекул можно выделить несколько уровней: от простой цепочки последовательно соединенных мономеров до сложных агрегатов из нескольких макромолекул. В ряде случаев полимеры различной природы даже могут взаимодействовать друг с другом, образуя сложные супрамолекулярные комплексы.
Возьмем, к примеру, клетки растений, которые в отличие от клеток животных покрыты особой прочной оболочкой. Растительная стенка состоит из своего рода лигнин-гемицеллюлозного «бетона», армированного целлюлозными волокнами. Иногда такая структура дополнительно упрочняется диоксидом кремния, особенно в покровных и проводящих тканях. Супрамолекулярную архитектуру клеточных стенок дрожжей, относящихся уже к грибам, составляет разветвленная сетка маннопротеинов и хитина, прикрепленная к высокомолекулярному полисахариду – β-1,3-глюкану.
Подобное супрамолекулярное строение биологических структур способствует выполнению клетками своих функций, однако значительно усложняет исследователям решение задач по переработке природного сырья.
Например, в процессе производства биоэтанола из целлюлозы требуется получить углеводные мономеры, что является непростым делом. Для этих целей используют ферментативный гидролиз, который лучше будет протекать при увеличении площади поверхности, на которой могут сорбироваться гидролизующие ферменты. Кроме того, следует нарушить супрамолекулярную структуру клеточных стенок, и сделать это таким образом, чтобы на поверхности было как можно больше целлюлозы и меньше лигнина, ингибирующего ферменты (Sinitsyn et al.
, 1995).
Возвращаясь к нашей «пищеварительной» аналогии, отметим, что даже выделенные из гороха белковые молекулы из-за своего сложного полимерного строения могут не полностью усваиваться у людей с определенными нарушениями в работе желудочно-кишечного тракта.
Таким образом, для интенсификации процессов переработки растительного сырья необходимо разупорядочить структуру клеточных стенок одним из известных в настоящее время методов, таким как обработка перегретым паром, экстракция органическими растворителями, химическая обработка и, наконец, механохимическим способом. И надо сказать, что последний метод обладает рядом неоспоримых преимуществ: экологической чистотой, внешней простотой проводимых операций и относительно быстрым переходом от лабораторных разработок к промышленным технологиям.
Поел бы репки, да зубы редки
Как известно, исходное растительное сырье чаще всего не может перерабатываться без предварительного измельчения. Для этой функции у животных служат передние зубы – резцы; для технологических же целей имеется широкий спектр специального оборудования: ножевые, молотковые, валковые и щековые мельницы, рубительные машины и т. п. Некоторые из этих устройств предназначены для хрупких, а некоторые – для волокнистых материалов. Одни являются представителями лабораторного оборудования с продуктивностью несколько килограммов в час, другие же способны за секунды измельчать в щепу стволы деревьев.
Реакционная способность продукта, полученного после обработки в подобных мельницах, как правило, не сильно отличается от реакционной способности исходного сырья: основной целью измельчения является получение материала с размерами частиц 0,5—5,0 мм, подходящего для дальнейшего разупорядочения супрамолекулярной структуры клеточных стенок при помощи других устройств – энергонапряженных активаторов, этих «коренных зубов» механохимии.
Известно, что реакционная способность лигноцеллюлозного материала – главного «участника» ферментативного гидролиза, зависит от множества параметров: химического состава (главным образом содержания лигнина), удельной площади поверхности, степени кристалличности полимеризации целлюлозы. Изменить эти характеристики позволяет правильно подобранное механическое воздействие, реализуемое в активаторах.
Не стоит забывать и про второго участника ферментативного гидролиза – комплекс целлюлозолитических ферментов, который необходимо каким-то образом распределить по субстрату. Разумеется, к активированному лигноцеллюлозному материалу можно добавить заранее приготовленный раствор ферментов. Однако делать так вовсе не обязательно.
Оказалось, что существует узкий оптимум условий механического воздействия, при котором фермент (вещество белковой природы) не меняет свою структуру и сохраняет каталитическую активность (Bychkov et al.
, 2011). В результате такой обработки получается продукт, в котором частицы ферментного препарата достаточно равномерно распределены среди частиц субстрата. После этого для запуска гидролиза только и остается, что добавить воды и задать нужную температуру.
Казалось бы, все просто, однако надо заметить, что вышеупомянутый оптимум действительно очень узок: в большинстве случаев механическое воздействие приводит к необратимой денатурации ферментов. Чтобы избежать этого, необходимо строго контролировать энергию, подводимую к веществу в процессе обработки, и соответствующим образом подготовить сам субстрат.
Ситуация, как в агротехнологии: можно рассыпать сколько угодно семян по поверхности плотной, неподготовленной почвы – и из них взойдут единицы, но стоит эту же почву должным образом вспахать, прорыхлить и удобрить – из меньшего количества семян получится замечательный урожай.
Виды зубной боли и стратегии избавления
Мы приведем список тревожных сигналов, которые благодаря наличию нервов, способны дать нам понять, что с зубами проблемы и не стоит медлить с походом к стоматологу.
Небольшая чувствительность, неприятные ощущения, близкие к болевым
Симптом: чувствительность к горячим или холодным продуктам и напиткам.
Это может быть вызвано: начинающийся кариес на одном из зубов, использование жесткой зубной щетки и отбеливающих паст, недавняя процедура по отбеливанию зубов. Кроме того, это может быть и индивидуальной особенностью, обусловленной генетически.
Что делать: если эмаль зуба слишком чувствительна, сохраняйте ее чистой, не допускайте образования стойкого налета и зубного камня. Используйте зубную щетку extra soft, но не чаще двух раз в день. Если требуется более частая гигиена, то о воспользуйтесь мягкими ополаскивателями. Также попробуйте применять фторсодержащую зубную пасту, предназначенную для зубов c повышенной чувствительностью. Можете использовать реминерализующий гель как компресс, втирая его в поверхность зуба. Если после всех этих действий чувствительность не проходит, запишитесь на прием в стоматологическую клинику.
Кто как жует, тот так и живет
Как же следует готовить лигноцеллюлозные материалы к ферментативному гидролизу? Важным помощником в этом деле служит комплекс физико-химических методов, позволяющих описать процесс механической активации и определить степень и качество измельчения, в том числе и микроскопия.
В результате механической активации получается гомогенный продукт со средним размером частиц около 16 мкм. С уменьшением размера частиц закономерно возрастает удельная площадь поверхности. Это особо важный параметр, так как сначала ферменты эндо-глюканазы должны сорбироваться на поверхности полимерных углеводов и катализировать реакцию деполимеризации, и лишь затем получившиеся олигомерные углеводы будут реагировать с экзо-глюканазами в растворе. Методом тепловой десорбции азота удалось показать, что механическая активация приводит практически к пятикратному увеличению удельной площади поверхности материала!
Следующий важный фактор, влияющий на эффективность ферментативного гидролиза, – степень кристалличности целлюлозы. Механическая активация приводит к двукратному уменьшению доли кристаллических участков целлюлозы, которые мало подвержены действию ферментов. Аморфизация этих нереакционноспособных участков является прямым следствием разупорядочения супрамолекулярной структуры клеточной стенки (Bychkov et al.
, 2012). Дополнительное увеличение доли аморфных участков позволяет проводить ферментативный гидролиз с большими выходами конечного продукта.
Еще одним удачным примером влияния механической активации на последующий ферментативный гидролиз является технология получения маннанолигосахаридных заменителей антибиотиков для животноводства из дрожжевой биомассы (Bychkov et al.
, 2012).
Клеточные стенки дрожжей состоят из нескольких слоев, поэтому чтобы маннанолигосахариды в составе маннопротеинов смогли взаимодействовать с патогенными микроорганизмами, необходимо частично гидролизовать β-глюкан, с которым они связаны в единый супрамолекулярный ансамбль. Механическое воздействие разупорядочивает структуру β-глюкана, обеспечивая протекание ферментативного процесса.
Пример с дрожжами показывает, как результаты работы, начатой десять лет назад в ИХТТМ СО РАН для решения фундаментальных задач «механохимической разборки» супрамолекулярных структур, легли в основу технологии получения экологически чистых антибиотиков для сельского хозяйства. Сегодня эта технология отрабатывается на ПО «Сиббиофарм» (Бердск), лидирующем предприятии биотехнологического производства России.
Использование предварительной механической активации позволяет эффективно проводить и ферментативный гидролиз белков, входящих в состав гороха, получая новый продукт, в котором содержание свободных аминокислот повышается в десятки раз по сравнению с исходным (Самошкин и др., 2013). Супы-пюре на основе такого гидролизата можно использовать для лечебно-профилактического питания людей с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, а также питания спортсменов, нуждающихся в большом количестве быстроусвояемого белка.
Зачем удалять зуб мудрости?
Хотя зубы мудрости — рудиментарный орган, они вполне могут пригодиться и современному человеку, однако их рост нередко становится настоящей проблемой, вызывая сильную боль и воспаление, разрушение расположенных рядом зубов, деформации зубного ряда, а также другие серьезные осложнения и патологии. В этом случае на основе рентгенограммы, осмотра и изучения анамнеза стоматолог может принять решение о необходимости удаления зубов, обещающих стать угрозой для здоровья ротовой полости. Обычно необходимость в удалении возникает из-за неправильного положения зуба, в результате чего он травмирует мягкие ткани ротовой полости и мешает нормальному росту соседних зубов.
Когда режутся зубы мудрости, рекомендуем пропить витаминно-минеральный комлекс «Асепта». В противном случае моляры могут вырасти со слабой эмалью, что в дальнейшем приведет к кариозным процессам. Комплекс обеспечивает потребнсоть организма в кальции и других минеральных веществах, хорошо усваивается организмом.
