3.1. Загальні відомості

Ферменти – високоактивні, нетоксичні біокаталізатори білкової природи складної будови, які характеризуються специфічною дією на субстрат, яка виявляється в чітко визначених умовах, які не викликають денатурацію білкових речовин – носіїв ферментативної активності.

В основу сучасної номенклатури й класифікації ферментів покладено тип реакції, яку каталізує фермент. За цією ознакою ферменти поділяють на шість класів: оксидоредуктази, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази, лігази (синтеази).

Ферментний препарат (ФП), на відміну від ферменту, крім активного білка містить баластні речовини й часто може містити декілька ферментів.

Технологією ферментних препаратів називають сукупність технологічних прийомів, реалізація яких на відповідному технологічному обладнанні з використанням необхідних вихідних матеріалів забезпечує одержання ФП із заданими властивостями.

На сьогодні наймасовішим є випуск таких ферментів і ФП на їх основі: протеази; глюкоамілаза; амілаза; глюкоізомераза; пектинази, целюлази й геміцелюлази; молокозвертаюча кисла протеїназа; b-галактозидаза; ліпаза.

Особливий статус у загальному виробництві мають високоочищені ФП. Частка їх у загальному виробництві мала, технологія одержання досить складна й дорога, але ці ФП необхідні для медицини, наукових досліджень, а останнім часом їх все ширше застосовують у ряді технологічних процесів. Перспективним є також використання поєднання ферментів, необхідних для конкретної галузі застосування – мультиензимних комплексів.

Ферменти в промисловості одержують з рослинної сировини, з тканин і органів тварин тамікробним синтезом.

ФП рослинного походження. Ряд гідролітичних ферментів міститься в солоді, який використовують безпосередньо для оцукрювання крохмалистої сировини або для одержання очищених ФП.

Порівняно багато ферментів, особливо протеїназ, знаходиться в деяких рослинах. Вони концентруються в листі, стеблах, корінні, плодах і пророслому насінні. Сік плодів динного дерева, різних представників тутових і бромелієвих рослин містить до 10-17% білків, 90% з яких характеризується протеолітичною активністю. Практичний інтерес представляють три роди рослин, з яких одержують ФП у значних кількостях: динне дерево – джерело папаїну, інжир – джерело фіцину та ананас – джерело бромелаїну.

ФП тваринного походження. Джерелом одержання ФП тваринного походження є деякі органи та тканини тварин: підшлункова залоза, слизові оболонки свинячих шлунків і сичугів великої рогатої худоби, насінники статевозрілих тварин тощо. З них виділяють пепсин, ліпазу, хімотрипсин, коллагеназу, ренін, еластазу, трипсин, амілазу тощо.

ФП мікробного походження. Процес біосинтезу ферментів у живому організмі, зокрема, тваринному чи рослинному, пов’язаний із забезпеченням метаболізму клітин, тому кількість синтезованих живим організмом ферментів визначається його життєвою потребою, і такі об’єкти живої природи не можуть бути масштабними промисловими джерелами одержання ФП. Отже, промислове виробництво ФП з рослинної та тваринної сировини лімітується, з одного боку, обмеженістю сировинних ресурсів, а з іншої – відносно невеликим асортиментом ферментів, які можна з них одержати. Тому найперспективнішим є виробництво ФП мікробного походження, оскільки його сировинні ресурси практично невичерпні, а асортимент одержуваних ферментів надзвичайно широкий.

До продуцентів ферментів належать найрізноманітніші мікроорганізми – бактерії, гриби, дріжджі, актиноміцети.

Мікроорганізми в спеціально створених умовах здані синтезувати велику кількість різноманітних ферментів. Вони невибагливі до складу живильних речовин, легко переключаються з синтезу одного ферменту на інший, мають короткий цикл росту (16-100 год.).

Мікроорганізми в процесі росту й розвитку, здійснюють спрямований синтез ферментів і виділяють їх у середовище (екзоферменти) або нагромаджують у самій клітині (ендоферменти).

Для промислового одержання ФП використовують як природні штами мікроорганізмів, виділені з природних об’єктів, так і мутантні штами продуцентів.

Мікроорганізми здатні синтезувати одночасно цілий комплекс ферментів, але є й такі, які належать до „моноферментних” і утворюють у найбільшій кількості лише один промислово важливий фермент.

Технологічний процес одержання ферментних препаратів мікробного походження можна поділити на два етапи:

• нагромадження ферментів мікроорганізмами у процесі життєдіяльності, в т.ч.:

  • одержання посівного матеріалу (ПМ);

  • приготування та стерилізацію живильного середовища (ЖС);

  • одержання виробничої культури мікроорганізму шляхом поверхневого (ПК) або глибинного (ГК) культивування;

• одержання з виробничої культури ФП різного ступеня чистоти, в т.ч.:

  • одержання ферментних розчинів, їх очищення та концентрування;

  • виділення ферментів з розчинів, їх висушування і стандартизацію.