Модуль3

1) Ферментные препараты, особенности получения, применения?

Ферменты — это особые соединения, которые ускоряют химические реакции разрушения биологических компонентов, не входя при этом во состав конечных продуктов.

Способов получения ферментов существует два: химический и микробиологический.

Химический способ – крайне дорог и не очень эффективен в промышленных масштабах.

Микробиологический способ – более перспективен и позволяет получить практически все возможные ферменты. Ферменты в микробных клетках локализуются как внутриклеточно, так и могут выделятся в окружающую среду, что чаще используется в промышленности поскольку получаемый продукт обладает большей чистотой.

Внеклеточные ферменты получают из культуральной жидкости, предварительно отделённой от микроорганизмов. Для выделения внутриклеточных ферментов разрушают клеточные оболочки с помощью механических, физических, химических (действие кислот, растворителей), ферментативных и биологических методов.

Плюсы микробиологического способа получения ферментов:

1) Ассортимент получаемых ферментов

2) возможность управления ферментативными системами и составом производимых препаратов

3) высокие скорости получения целевого продукта, относительно высокая чистота

Важным моментом в производстве ферментов является их иммобилизация - перевод их в нерастворимое состояние с сохранением каталитической активности. Иногда иммобилизуют целые клетки с ферментами внутри, чтобы избежать процессов очистки.

Применение:

Человек использовал ферменты ещё в далеком прошлом, обычно это были содержащиеся в растительных материалах ферменты, которые использовали для производства пива, спиртных напитков и кисломолочных продуктов.

В настоящее время ферменты применяются в пищевой, фармацевтической, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, химическом синтезе.

2) Продуценты и среды. Типы ферментационных процессов (твердофазное поверхностное и глубинное). Технологический цикл и стадийность процесса производства ферментов. Методы выделения и очистки ферментов?

Выбор продуцента:

1) Отбор по наиболее эффективному продуцента определенного фермента из доступных микробных коллекций (обычно модифцированные организмы, но для конститутивных используют и природные штаммы).

2) Изучают особенности индукции штаммом, с целью получения индуцибельных ферментов.

Выбор среды:

Среда и условия культивирования оказывают огромное влияние на продукцию ферментов микроорганизмами.

Оптимизация состава среды и концентрации различных веществ в ней происходит индивидуально под каждый штамм микроорганизмов для обеспечения сверхпродукции целевого фермента. Манипулируя составом среды можно избежать ингибирования биосинтеза фермента и увеличить его продукцию в сотни раз.

При подборе состава среды учитывают все факторы: вид и концентрацию источника углерода и энергии, факторы роста, минеральные элементы, индуцирующие субстраты. В качестве источников углерода и азота чаще всего применяют различное природное органическое сырье. Очень сильно на показатели биосинтеза влияют минеральные соли, входящие в состав ферментов, их наличие в субстрате обязательно.

Твердофазная поверхностная ферментация - культуру выращивают на поверхности тонкого слоя твердой сыпучей среды.

Глубинная ферментация протекает в условиях переодичного роста с применением проточных систем.

Рассмотрим технологический цикл на примере более совершенного -глубинного способа ферментации (поскольку он является более технологичным и не задействует ручной труд).

1) подготовка среды – исходя из потребностей используемого штамма культуры (выбор источников углерода, азота, солей, микроэлементов и других веществ необходимых для протекания процессов биосинтеза)

2) предферментативная стадия – стерилизация сырья, подготовка и запуск оборудования

3) ферментативная стадия – внесение инокулята в среду, биосинтез (до нескольких дней), внесение индуктора для продукции фермента

4) постферментационная фаза – охлаждение культуральной жидкости, обработка и очистка.

Очистка:

1) Культуральную жидкость охлаждают (для инактивации ферментов)

2) Отделяют мицелий и очищают культуральную среду от крупных частиц

3) Концентрируют под вакуумом или подвергают процессу ультрафильтрации

Очистка снижает активность ферментов, поэтому по возможности стараются сохранить “естественную” форму фермента, сохраняя его в природной форме при низких температурах.

Для получения очищенных препаратов ферментов применяют различные методы (осаждение солями или органическими растворителями, высаливание и тд.). После проверки продукт отправляется к потребителю.