Geum.ru

Федеральное агентство по образованию бийский технологический институт (филиал)

Вид материалаУчебное пособие
5 БИОИНДУСТРИЯ ФЕРМЕНТОВ 5.1 Область применения и источники ферментов
5.2 Выбор штамма и условий культивирования
Подобный материал:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   19

5 БИОИНДУСТРИЯ ФЕРМЕНТОВ




5.1 Область применения и источники ферментов



Производство ферментных препаратов занимает одно из ведущих мест в современной биотехнологии. Постоянно увеличивается объем их выпуска и расширяется сфера применения. Ферменты являются высокоактивными нетоксичными биокатализаторами белкового происхождения. Их преимуществом перед химическими катализаторами является действие при нормальном давлении, температуре от 20 до 70 ºС, рН от 4 до 9. Они имеют высокую субстратную специфичность, что позволяет в сложной смеси субстратов направленно воздействовать только на определенные соединения.

Согласно принятой классификации и номенклатуре сейчас идентифицировано около 2000 ферментов. Промышленно выпускается около 250 наименований, причем 99 % общей суммы реализации ферментных препаратов приходится только на 18 ферментов.

Наибольший удельный вес среди выпускаемых препаратов занимают протеиназы, широко используемые в синтетических моющих средствах, и амилазы для переработки крахмала. Эти два вида препаратов составляют 60 % общего объема выпуска ферментных препаратов за рубежом.

Другими крупными отраслями – потребителями ферментов, являются

– производство вин и соков 10 %;

– производство спирта 8 %;

– сыроделие   5 %;

– хлебопечение 5 %;

– пивоварение 6 %;

– прочие отрасли   6 %.

В России, кроме того, ферменты внедряются в кормопроизводство.

Особое место в общем объеме производства ферментов занимают высокоочищенные ферментные препараты. Их доля в общем объеме очень мала, так как технология сложна, требует больших материальных затрат и времени. Эти препараты очень важны для медицины, аналитических целей и научных исследований.

Ферменты присущи всем живым существам, однако для их выделения используют только те природные объекты, в которых содержание используемого энзима составляет не менее 1 %.

Источниками ферментов могут быть:

1) проросшее зерно различных злаков (солод) – для получения амилаз, латекс фикусовых, дынного дерева – для получения протеиназ;

2) отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, слизистые оболочки желудков и тонких кишок, сырный сычуг крупного рогатого скота);

3) микроорганизмы. В специфических условиях микроорганизмы способны синтезировать огромное количество ферментов. Они легко переключаются с синтеза одного фермента на другой, имеют короткий цикл роста (от 16 до 100 ч). Для промышленного получения ферментов используют как естественные штаммы, так и полученные с помощью мутагенеза, селекции и индукции биосинтеза.

Ферменты способны синтезировать бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты; микроорганизмы могут быть моно- или полиферментами.

5.2 Выбор штамма и условий культивирования



Целесообразность применения микроорганизмов для производства ферментов заключается в следующем:

1) генетическими манипуляциями удаётся в тысячу и более раз увеличить уровень катаболитных и в несколько сот раз уровень биосинтетических ферментов;

2) энергетически оправдано выращивание микробных клеток в больших масштабах в связи с применением недорогих сред и быстрого роста микроорганизмов;

3) огромное разнообразие реакций, к которым способны микроорганизмы. Это особенно касается вторичного метаболизма;

4) микроорганизмы служат источником не только таких ферментов, которые встречаются у животных и растений, но и ряда уникальных ферментов, нигде более не обнаруженных. Например, целлюлоза, танназа, гидрогеназа и др. Среди микроорганизмов есть виды, развивающиеся при экстремально высоких температурах (87 ºС), в связи с чем потенциально возможно создание термостабильных штаммов;

5) способность микроорганизмов адаптироваться к различным окружающим условиям, что позволяет переносить культуру на производство, где она растет на дешевых субстратах.

Промышленное производство и применение ферментов основано на двух важных факторах: во-первых, ферменты образуются в живых клетках; во-вторых, они могут проявлять свое специфическое действие в среде независимо от живых клеток.

При первоначальном выделении штамма исходят из того, что микроорганизмы адаптируются к утилизации субстрата, находящегося в изобилии в местах их обитания, и, следовательно, образуют ферменты, реагирующие с этим субстратом.

Поэтому продуценты целлюлаз и лигнолитических ферментов выделяются из лесных почв, продуценты пектиназ – из фруктов и растений, деструкторы мочевой кислоты – из птичьего загона и т.д.

Ферменты близкородственных штаммов имеют сходные свойства, а у дальнеродственных – могут сильно отличаться. Первая ступень производства ферментов состоит в селекции организма, образующего желаемый фермент в наибольшем количестве. При этом учитывают следующие общие требования к продуценту:

1) желательно образование внеклеточных ферментов, так как их легче выделить;

2) высокий выход фермента за короткое время;

3) очистка фермента от культуральной жидкости должна быть легкой;

4) штаммы не должны продуцировать антибиотики, токсичные вещества и не должны быть родственниками штаммов, образующих токсины.

Чтобы вызвать сверхсинтез ферментов используют ряд методов, связанных с изменением окружающих условий роста и ведущих к изменению генетики организма.