Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы промышленной биотехнологии. Учебное пособие
.pdf
ГЛАВА 5. ПРОДУКТЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Спектр продуктов, образующихся методами биотехнологии, необычайно
широк и разнообразен. Продуктами биотехнологических производств
являются природные макромолекулы - белки, ферменты, полисахариды,
полиэфиры, выделенные из клеток микроорганизмов, тканей и органов
растений и животных.
По отношению к процессу роста низкомолекулярные продукты
метаболизма живых клеток делятся на первичные и вторичные метаболиты.
Первичные метаболиты необходимы для роста клеток. К ним относятся
структурные единицы биополимеров - аминокислоты, нуклеотиды,
моносахариды, а также витамины, коферменты, органические кислоты и
другие соединения. Вторичные метаболиты (антибиотики, пигменты,
токсины) - низкомолекулярные соединения, не требующиеся для выживания
клеток и образующиеся по завершении фазы их роста.
5.1 Аминокислоты.
Аминокислоты – органические вещества, сочетающие свойства кислот и
оснований (являются основным элементом построения всех белков животных
и растительных организмов). Аминокисло тыкласс органических соединений,
содержащих карбоксильные (—СООН) и аминогруппы (—NH
свойствами и кислот, и оснований. Участвуют в обмене азотистых веществ
всех организмов (исходное соединение при биосинтезе гормонов, витаминов,
медиаторов, пигментов, пуриновых и пиримидиновых оснований, алкалоидов
и др.). Природных аминокислот свыше 150. Около 20 важнейших
аминокислот служат мономерными звеньями, из которых построены все
белки (порядок включения аминокислот в них определяется генетическим
кодом). Большинство микроорганизмов и растения синтезируют
необходимые им аминокислоты; животные и человек не способны к
образованию так называемых незаменимых аминокислот, получаемых с
пищей. Освоен промышленный синтез (химический и микробиологический)
ряда аминокислот, используемых для обогащения пищи, кормов, как
исходные продукты для производства полиамидов, красителей и
лекарственных препаратов.
В современной мировой практике с помощью микробиологического
синтеза получают около 60% производимых аминокислот. В результате
химического синтеза всегда образуются рацематы - равновесные смеси L- и
D-форм аминокислот, требующие в дальнейшем дорогостоящей очистки.
Присутствие D -формы в продукте представляет собой балласт, поскольку не
усваиваются организмом человека и животного, а у некоторых амиинокислот
обладает токсическими свойствами. Очевидное преимущество микробиологического синтеза получения аминокислот состоит в том, что используемые
); обладают
2
41
микроорганизмы образуют аминокислоты лишь в биологически активной L-
форме.
Из 20 аминокислот, составляющих белки, восемь не могут синтези-
роваться в организме человека и животных; эти незаменимые аминокислоты
(изолицин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин) должны содержаться в пище или кормах. Особенно важны лизин и
метионин. Метионин производится синтетически, тогда как 80% лизина биосинтетически. Микроорганизмы обычно синтезируют каждую из аминокислот в определенных количествах, обеспечивая тем самым синтез специфических белков. Это объясняется тем, что контроль за скоростью биосинтеза каждой аминокислоты осуществляется на уровне генов. Такой контроль исключает перепроизводство аминокислот. При микробиологическом
синтезе специально подобранные, селекционированные, а иногда и сконструированные методами генетической инженерии штаммы-продуценты в
процессе жизнедеятельности осуществляют сверх синтез аминокислот, т.е.
производят их в количествах, намного превышающих потребности самих
клеток. Пути биосинтеза отдельных аминокислот были изучены с применением метода изотопных меток. Метод изотопной метки основан на том,
что к растущей культуре микроорганизма добавляют меченную амиинокислоту, которая включается в синтез белка. Затем, выделяя белок на разных
этапах, обнаруживают метку.
Основной путь селекции продуцентов аминокислот - получение ауксотрофных мутантов, которых отбирают на селективных средах. После воздействия на суспензии бактериальных культур физическими (УФЛ или ренгеновские лучи) и химическими (этиленамин, диэтилсулфат) факторами. У
таких мутантов появляется дефектный ген, детерминирующий фермент, без
которого не может осуществляться биосинтез определенной аминокисло-ты
(нарушение процесса регуляции синтеза фермента).
Лизин - конечный продукт разветвленного метаболического пути Bre-
vibacteriumflavum, который также ведет к синтезу метионина и треонина.
Лизин и треонин регулируют этот путь, взаимодействуя с его первым ферментом - аспартаткиназой; накопление обеих аминокислот ингибирует активность этого фермента. Посредством мутации в гене, кодирующем гомосериндегидрогеназу, нарушают активность этого фермента и блокируют синтез треонина и метионина; в результате удаляется одиниз ингибиторов фермента аспартаткиназы (треонин). Затем такой ауксотрофный
мутант выращивают в среде, содержащей достаточно треонина и метионина
для поддержания роста, однако имеющегося треонина мало для прекращения биосинтеза лизина, который продолжается с нормальной ско-ростью,
что приводит к его накоплению. У ауксотрофных мутантов избы-ток одной
аминокислоты при дефиците другой не приводит к подавлению активности
фермента.
Глютаминовая кислота - первая аминокислота, полученная на осно-ве
промышленного микробиологического - синтеза, синтезируется Coryne-
42
bacteriumglutamicum. В условиях, обеспечивающих нормальный рост культур, сверхсинтеза этой аминокислоты не происходит. «Перепроизводство»
этого продукта штаммами коринебактерии наблюдается в среде, с меньшей,
чем оптимальная, концентрацией биотина (1-5мкг/л), в результате которо-го
нарушается синтез мембранных фосфолипидов и глутамат натрия про-ходит
через клеточную мембрану и накапливается в среде.
Аминокислоты — это не только питательные вещества, но также аро-
матические и вкусовые агенты, и потому они широко используются в пищевой промышленности. Как питательную добавку в пищу чаще всего
вносят лизин иметионин. Глутамат натрия и глицин употребляют как ароматические вещества для усиления и улучшения вкуса пищи. У глицина
освежающий, сладкий вкус. Его вводят в сладкие напитки, и кроме того, он
проявляет там бактериостатическое действие.
Цистеин предотвращает подгорание пищи, улучшает пекарские про-
цессы и качество хлеба.
Аминокислоты в большом количестве применяют как добавку к
растительным кормам, которые дефицитны по метионину, треонину,
триптофану и особенно по лизину. Если в животных белках содержится 7 —
9% лизина, то в белках пшеницы — только около 3%. Внесение в корма
лизина до содержания 0,3% позволяет сократить их расход больше чем на
20%.
Во многих странах метионин добавляют к соевой муке — белковой
добавке кормов. Главная область практического применения аминокислот —
обогащение кормов. Около 66% общего количества аминокислот, получаемых в промышленности, используют в кормах, 31% — в пище и 4% — в
медицине, косметике и как химические реактивы.
В медицине применяют аргинин. В сочетании с аспартатом или глутаматом он помогает при заболевании печени. K-Na-аспартат снимает усталость и облегчает боли в сердце, его рекомендуют при заболевании пе-чени
и диабете. Цистеин защищает SH-ферменты впечени и других тканях от
окисления и оказывает детоксицирующее действие. Он проявляет так-же
защитное действие от повреждений, вызываемых облучением. Дигидроксифе-нилаланин и D-фенилаланин эффективны при болезни Паркинсона.
Его аналог — 5-гидрокси-Ь-триптофан — используют как психотерапевтическое средство. Из полиаминокислот получают хороший материал для
хирургии.
На основе аминокислот готовят искусственный подсластитель — ме-
тиловый эфир Ь-аспартил-Ь-фенилаланина, который в 150 раз слаще, чем
глюкоза.
Аминокислоты применяют также в косметике. Для поддержания
нормальной функции кожи в кремы добававляют аргинин, глицин, валин,
цистеин, метионин, треонин, аспарагиновую и глутаминовую кислоты.
На основе производных аминокислот готовят гербициды. Некоторые из
производных обладают фунгицидным действием. Таким образом, при-
43
менение аминокислот многообразно, но пока ограничено уровнем производства и высокой себестоимостью.
Существуют три способа получения аминокислот: 1) выделение из
гидролизатов природных материалов; 2) химический синтез; 3)
микробиологический, или энзиматический, синтез.
Первый и третий способы дают оптически активные изомеры (обычно L-
формы), химический синтез — рацемическую (оптически недеятельную)
смесь и требуется ее последующее разделение. Получение аминокислот из
гидролизатов связано с многоступенчатой очисткой и экстракцией. В качестве гидролизуемых субстратов используют куриный белок, кровь, кормовые
дрожжи, кератин, растительное сырье. Микробиологические способы включают в себя так называемую прямую ферментацию и микробный синтез из
биосинтетических предшественников, полученных химическим путем.
Под прямой ферментацией понимают получение микробной продукции
в процессе ферментирования углеводсодержащих субстратов. Преимущество
способа в возможности утилизации дешевого сырья (чаще всего меласс),
недостаток — в длительности процесса, поскольку требуется время для выращивания клеток, их сепарирования и т. д. Отходы этой промышленности
могут загрязнять окружающую среду. Последний недостаток отсутствует,
если аминокислоту получают из биосинтетического предшественника или
энзиматическим путем. Для энзиматического пути чаще всего используют
микробные ферменты, которые работают вне клетки или в составе неживой
микробной клетки. Энзиматический путь дорог, ибо требует дорогих исходных субстратов и ферментов; если ферменты не стабильны, себестоимость продукта возрастает.
Аминокислоты относятся к важнейшим компонентам клетки, синтезируются в нужном клетке количестве, и их биосинтез находится под
строгим генетическим контролем.
5.2 Витамины.
Витамины (лат. vita-жизнь)- группа низкомолекулярных органических
соединений, необходимых для жизнедеятельности организма. Требуются
организму в ничтожных количествах (по сравнению с белками, жирами,
углеводами). Ввиду незначительного содержания витаминов в природных
источниках, производство их в промышленном масштабе осуществляют
методом химического синтеза, который длителен и сложен. В настоящее
время весьма перспективен микробиологический синтез витаминов.
Так, плесневый гриб Blakesleatrispora продуцирует провитамин А (бетакаротин), из которого в организме животных (печень) образуется витамин А.
Природным источником каротина являются морковь и бобовые травы.
Однако если сравнить содержание бета-каротина в моркови (0,08-0,25 мг/г
веса) с тем, что могут давать плесневые грибы (100 мг/100 мл среды), то
безусловное преимущество будет на стороне последних. При микробиологическом синтезе бетакаротина отпадают и недостатки, связанные с
использованием растительного сырья: сезонность, потребность в посевных
44
площадях, потери при длительном хранении. Микробиологическое
получение бета-каротина весьма рентабельно, т.к. стоимость препарата очень
низка вследствие использования промышленных отходов в процессе
ферментации продуцента. Было установлена возможность синтеза бета-каротина грибом Blakesleatrispora на средах на основе отходов жирообрабатывающей и спиртовой промышленности (зерновая барда) с конечным
содержанием бета-каротина 75 мг/100 мл среды. Брожение осу-ществляется 3
дня при 25°С, после чего мицелий гриба отделяется филь-трацией или
сепарированием. Затем он подвергается сушке в вакууме и расфасовывается.
Препарат представляет собой мелкопесчанную массу красного цвета.
Используя плесневой гриб Eremotheciumashbyi, можно получать
препарат витамина В
(рибофлавина). Как субстрат для производства
2
рекомендуется питательная среда из соевой муки, кукурузного экстракта и
мелассы. Ферментация идет около трех суток при 28°С. Культуральная
жидкость сгущается в вакуум-аппарате при температуре 80°С, а затем
высушивается на вальцовой сушилке. Конечная концентрация рибофлавина
составляет 80 мг/100 мл среды. Во время ацетонбутилового брожения,
вызываемого Clostridiumacetobutilicum при сбраживании зерновых культур, в
среде накапливается много витамина В
(цианкобаламин). Ранее был разра-
12
ботан способ получения витамина B12 из ацетонбутиловой барды (отход
бродильного производства) после отделения органических растворителей
(ацетона и бутанола). Для этого барду десятикратно концентрируют в вакуумвыпарных аппаратах и высушивают в распылительных сушилках. Сухой
концентрат содержит 60-100 мкг/г витамина B
ды получения витамина В
. Можно, например, использовать пропионово-
12
. Существуют и другие мето-
]2
кислые бактерии, которые в анаэробных условиях образуют при сбраживании
спиртовой барды значительное количество витамина В. Не представляет
сложности получение витамина D, дефицит которого в кормах сельскохозяйственных животных наблюдается наиболее часто. Основным источником
витамина D являются облученные кормовые дрожжи (концентрат дрожжей
облученных УФЛ).
5.3Ферменты.
Ферменты-органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реак-ции,
не подвергаясь при этом химическим превращениям. Вещества, оказывающие подобное действие, существуют и в неживой природе и называются
катализаторами. Ферменты (от лат. fermentum-брожение, закваска) иногда
называют энзимами (от греч. en - внутри, zyme - закваска). Все живые клетки
содержат очень большой набор ферментов, от каталитической активности
которых зависит функционирование клеток. Практически каждая из множества разнообразных реакций, протекающих в клетке, требует участия
специфического фермента. Изучением химических свойств ферментов и
катализируемых ими реакций занимается особая, очень важная область
биохимии-энзимология. Многие ферменты находятся в клетке в свободном
45
состоянии, будучи просто растворены в цитоплазме; другие связаны со
сложными высокоорганизованными структурами.
Есть и ферменты, в норме находящиеся вне клетки; так, ферменты,
катали-зирующие расщепление крахмала и белков, секретируются поджелудочной железой в кишечник. Секретируют ферменты и многие микроорганизмы. Первые данные о ферментах были получены при изучении
процессов брожения и пищеварения. Большой вклад в исследование брожения внес Л. Пастер, однако он полагал, что соответствующие реакции
могут осуществлять только живые клетки. В начале 20 в. Э. Бухнер показал,
что сбраживание сахарозы с образованием диоксида углерода и этилового
спирта может катализироваться бесклеточным дрожжевым экстрактом. Это
ваное открытие послужило стимулом к выделению и изучению клеточных
ферментов. В 1926 Дж. Самнер и Ж.Нортон из Корнеллского университета
(США) выделили уреазу; это был первый фермент, полученный в практически чистом виде. В 1946 году они получили Нобелевскую премию за
выделение первого фермента - уреазы в чистом (кристаллическом) виде. С
тех пор обнаружено и выделено более 700 ферментов, но в живых
организмах их существует гораздо больше. Идентификация, выделение и
изучение свойств отдельных ферментов занимают центральное место в
современной энзимологии. Ферменты, участвующие в фундаментальных
процессах превращения энергии, таких, как расщепление сахаров, образование и гидролиз высокоэнергетического соединения аденозинтрифосфата
(АТФ), присутствуют в клетках всех типов - животных, растительных, бактериальных. Однако есть ферменты, которые образуются только в тканях
определенных организмов. Так, ферменты, участвующие в синтезе целюлозы, обнаруживаются в растительных, но не в животных клетках. Таким
образом, важно различать "универсальные" ферменты и ферменты, специфичные для тех или иных типов клеток. Вообще говоря, чем более клетка
специализирована, тем больше вероятность, что она будет синтезировать
набор ферментов, необходимый для выполнения конкретной клеточной
функции. Все ферменты являются белками, простыми или сложными (т.е.
содержащими наряду с белковым компонентом небелковую часть).
В 1963 году была расшифрована первичная структура лизоцима –
фермента животного происхождения. Было бесспорно доказано, что ферменты как биологические катализаторы представляют собой белки. Ферменты
представляют собой белки с молекулярной массой от 10 000 до миллионов
дальтон. Название ферменту дается по веществу, на которое он действуют с
окончанием - аза. Например, целлюлоза катализирует гидролиз целлюлозы,
уреаза - гидролиз мочевины и т.д.
Классификация ферментов также строится с учетом природы катали-
зируемых ими реакции и включает 6 классов:
1. Оксидоредуктазы - ферменты, катализирующие окислительно-
восстановительные реакции;
2. трансферазы - ферменты, катализирующие реакции переноса хи-
46
мических групп;
3. гидролазы - ферменты, катализирующие реакции гидролиза;
4. лиазы - ферменты, катализирующие присоединение или отщепление
химических групп;
5. изомеразы - ферменты, катализирующие реакции изомеризации
(внутримолекулярное перемещения атомов, радикалов и т.д);
6. лигазы (синтетазы) - ферменты, катализирующие синтез сложных
органических соединений из простых.
Обычно ферменты, участвующие в метаболизме, содержатся в клетке
организма и поэтому называются внутриклеточными ферментами эндоферментами. Некоторые ферменты выделяются клетками микроорганизмов в окружающую среду и называются внеклеточными – экзоферментами. Как правило, во внешнюю среду выделяются гидролитические
ферменты, разлагающие соединения с большой молекулярной массой, которые не могут проникнуть в клетку микроорганизма. Обычно биотехнологи
предпочитают использовать внеклеточные ферменты. Они проще поддаются
превращениям в промышленные препараты, поскольку не надо разрушать
стенки микробных клеток.
Ферменты животного происхождения преимущественно выделяют из
органов, в которых протекают интенсивные биохимические процессы. Из
слизистой желудка свиней и КРС получают - пепсин. Из поджелудочной
железы свиней получают - трипсин, химотрипсин. Из желудка телят
выделяют сычужный фермент, используемый в сыроделии. Для нужд
медицины и биохимии, ферменты выделяют из мышц, сердца, печени,
селезенки, тонкого кишечника (фермент гиалуронидазу из семенников быч-ков,
каталазу из печени, фумаразу из сердца). На крупных мясокомбинатах
имеются цехи по получению биохимических препаратов из органов убойных
животных.
Из ферментов растительного происхождения наиболее широко используют амилазы и папаин. Папаин - растительная протеза - содержится в
плодах дынного дерева. Только в США ежегодно расходуют около 100 тонн
папаина для размягчения мяса. Папаин при контакте с мясом в течение 2 часов
при комнатной температуре расщепляет белки соединительной ткани коллаген и эластин. Источником фермента амилазы является ячмень. Из
растительного сырья также получают фосфатазы, пероксидазы, уреазы.
гемицеллюлазы и т.д. В связи с все увеличивающимися потребностями в
ферментных препаратах растительное и животное сырье не устра-ивает
производителей. Содержание ферментов в растениях, как правило, низкое.
Кроме того, получение ферментов из растений носит сезонный характер.
Органы животных можно получить только на мясокомбинатах, при этом
возникает проблема с консервированием и хранением этого сырья.
Совершенно иная ситуация с получением ферментов микробиологическим путем. Технологически важно то, что микроорганизмы выделяют ряд
ферментов из клеток в окружающую среду, что существенно отмечает их
47
выделение и очистку. Поскольку ферменты представляют собой
макромолекулы, активность которых зависит от их первичной структуры, то
есть от последовательности аминокислот, крупномасштабный химии-ческий
синтез не всегда возможен и желателен. Микроорганизмы - очень удобные
источники ферментов, так как концентрация ферментов в микробной клетке
может быть значительно повышена в результате воздействий на условия их
роста или генетических манипуляций. Среди других преимуществ
микроорганизмов необходимо отметить скорость роста, способность расти на
недорогих средах и т.д. Микробные ферменты все активнее заменяют
растительные и животные ферменты. Так, амилазы из Bacillus заменили
аналогичные ферменты из пшеничного и ячменного солода в пивоварении и
хлебопечении; протеазы Aspergillus заменили панкреатические протеазы в
процессе дубления (размягчения) кожи; реннины из Мисоr - сычужный
фермент из желудка телят в сыроварении и.т.д.
Среди микроорганизмов к интенсивному синтезу ферментов способны
плесневые грибы рода Aspergillus, Trichoderma, а также представители
бактерии рода Bacillusи актиномицеты. Микробиологическим синтезом в
наибольших количествах производится четыре типа ферментов: амилазы,
протеазы, пектиназы, глюкоизомеразы. Амилазы применяются в хлебопечении, спиртовой промышленности (гидролиз крахмала и гликогена), протеазы - для умягчения шкур, в парфюмерии (создание добавок в зубную
пасту, крема, лосьоны), в качестве добавок в слнтетических моющих средствах, а также в медицине для лечения воспалительных процессов, ожогов,
тромбозов; пектиназы - для снижения вязкости пектиновых веществ (полисахаридов), в виноделии - для осветления вин, уничтожения их мутности, при
консервировании фруктовых соков; глюкозоизомеразы - для изомеризации
глюкозы во фруктозу (производство безалкогольных напитков типа кокакола).
Состав и количество синтезируемых клетками ферментов зависит
главным образом от наследственных свойств микроорганизма, так как структура каждого образующегося в клетке белка определяется соответствующим
геном. Несмотря на определяющую роль генетического фактора в биосинтезе
ферментов, производительность существующих технологических процессов
по каждому ферменту не в последнюю очередь зависит от состава питательной среды наличие в ней не только источников углерода, азота, фосфора и
других элементов, но и веществ, играющих роль индукторов или репрессоров
биосинтеза данного конкретного фермента. Так, фермент липаза не синтезируется грибом Asp.cnvamori, однако внесение кашалотового жира в
качестве добавки к питательной среде усилило биосинтез фермента в сотни
раз. Культивирование продуцентов ферментов может осуществляться двумя
методами: 1)глубинным методом (на жидкой питательной среде) и 2)
поверхностным методом (на твердой питательной среде).
Глубинный метод культивирования проводится в строго асептических
условиях, поскольку малейшее нарушение асептики приводит к полному
48
прекращению образования фермента. В качестве питательных сред для
культивирования продуцентов-ферментов чаще всего используют
различные сорта крахмала (картофельный, кукурузный, ячменный, рисовый),
кукурузный экстракт, соевую муку, гидролизаты дрожжей и т.д.
Вид посевного материала зависит от продуцента: для грибов и
актинмицетов - мицелиальная вегетативная масса, для бактерий - молодая
растущая культура. Объем посевного материала зависит от физиологических особенностей продуцента и составляет до 10% от объема промышленного ферментера. Существенное влияние на ход производственного
культивирования оказывает возраст посевного материала. При использовании слишком молодой посевной культуры процесс затягивается, а старая
культура приводит к нерациональному потреблению субстрата. При
культивировании продуцента протекают два неразрывно связанных процесса - увеличение биомассы микроорганизмов и накопление в среде ферментов.
Биосинтез ферментов протекает 2-4 сутки при непрерывной подаче
воздуха и перемешивании. Если ферменты являются экстрацеллюлярными
продуктами и выделяются в жидкую среду, то в этом случае препараты
ферментов выделяют после отделения биомассы. Иногда ферменты не
выделяются в окружающую среду и будучи связанными с клеточными
органеллами могут быть извлечены из клеток лишь после их разрушения и
соответствующей обработки. Оптимальное значение рН среды при биосинтезе ферментов -7,2 -7,5 хотя оптимум рН действия самих ферментов различен (от рН 2,0 - до рН 11). Большинство продуцентов ферментов является
мезофильными микроорганизмами и оптимум их развития находятся при
температуре 22-35°С. Обычно культивирование проводится в ферментерах
J
M
объемом до 100
. Важнейшим условием эффективной работы ферментеров
является контроль и автоматическое поддерживание оптимального уровня
основных параметров процесса.
При поверхностном методе культивирования культура растет на
поверхности твердой питательной среды. Мицелий плесневого гриба
полностью обволакивают твердые частицы, клетки получают питание за счет
содержащихся в твердых частицах веществ и используют для дыхания
кислород воздуха, поэтому для их нормального обеспечения кислородом
применяют рыхлые по своей структуре среды с очень небольшой высотой
слоя. Так, например, для завода вырабатывающего 1т поверхностной
культуры плесневых грибов на пшеничных отрубях, при двухсу-точном
росте требуется около 1000 отдельных кювет, на которых тонким слоем
раскладывается засеянная конидиями гриба питательная среда. Преимущества поверхностного метода - более высокая конечная концентрация фермента
на единицу массы среды (5 кг поверхностной культуры плесневых грибов
приблизительно соответствует 100 кг культуральной жидкости). Поверхностные культуры легче выделить и очистить. Основой твердой среды
являются пшеничные отруби как источник необходимых питательных
49
веществ. В увлажненном состоянии отруби создают требуемую структуры
среды.
Иногда к отрубям добавляют свекловичный жом, как материал богатый
углеводами, соевой шрот, соевую муку (содержащие много белков). Процесс
выращивания поверхностной культуры длится 36-48 часов и состоит из трех
периодов: 1) первые 10-12 часов - прорастание спор; 2) следующие 14-18
часов - рост мицелия в виде пушистого налета серовато-белого цвета; 3)
последние 12-18 часов - ферментация. По технологии выращивание культур
происходит в кюветах. Они изготавливаются из оцинкованной жести с
перфорированным днищем. Размер их обычно 600x900x30 мм с перфорацией
в виде щелей 2x20 мм. Загруженные кюветы размещают в многоярусных
подвижных камерах (1 камера вмещает 700 кг среды). Выросшая культура
представляет собой пласт из набухших частиц среды, плотно связанных
сросшимся мицелием. Эту массу размельчают до гранул размером 5-6 мм на
специальных дезинтеграторах. После дробления культуру, имеющую
влажность 40-50%, высушивают до 10-12% на специальных конвективных
сушилках.
Культура микроорганизмов, выращенная поверхностным методом, и
культуральная жидкость после глубинного культивирования содержат
большое количество балластных веществ (биомассу продуцента, непотребленные компоненты среды, продукты метаболизма). Доля собственно ферментов составляет 1% - для поверхностных и 0,1% - для глубинных куль-тур.
Выделение и очистка ферментов - трудоемкий и дорогой процесс. Поэтому в
некоторых случаях ферментные препараты применяют в неочищенном виде (в
кожевенной промышленности). В то же время в пищевой промышленности и
в медицине могут использоваться ферменты только высокой степени очистки.
Заключительным этапом является стандартизация ферментных препаратов доведение активности препарата до стандарта, определяемого ГОСТ с
использованием различного рода наполнителей (крахмал, лактоза).
Иммобилизованные ферменты. Ферменты традиционно применяются
в самых различных отраслях практической деятельности человека: в пищевой,
фармацевтической, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности, в медицине, в сельском хозяйстве, органическом синтезе, химиическом анализе и т.д. Тем не менее, развитие прикладной энзимологии долгое
время сдерживалось дороговизной или полным отсутствием на мировом рынке
нужных ферментов, особенно их чистых препаратов.
Возможности широкого применения ферментов были осложнены двумя
причинами. Во-первых, ферменты неустойчивы при хранении, а также при
различных воздействиях, особенно тепловых. Во-вторых, многократное
использование ферментов было затруднено из-засложности их отделения от
реагентов и продуктов реакции. Принципиально новые перспективы
открылись перед прикладной энзимологией в результате создания иммобилизованных ферментов. Иммобилизация - ограничение подвижности
молекул ферментов, их конформационных перестроек - основана на физико-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]