Технология получения ферментных препаратов

Производство ферментных препаратов осуществляется поверхностным или глубинным способом. В основе поверхностного способа лежит выращивание микроорганизмов на рыхлых питательных средах. Этот способ используется для культивирования микроскопических грибов. При глубинном способе культивирования микроорганизмы выращиваются в толще жидких питательных сред. В этих условиях культивируют как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы. Из поверхностных культур труднее получить высокоочищенные препараты, так как они содержат много балластных веществ. Питательные среды подбирают в зависимости от физиолого-биохимических особенностей микроорганизма-продуцента и того фермента, который необходимо получить.

Технологический процесс состоит из нескольких стадий:

Приготовление питательной среды. Основным компонентом питательной среды для выращивания при поверхностном способе культивирования являются пшеничные отруби, свекловичный жом, зерновая шелуха и солодовые ростки. Для получения рыхлой структуры к средам добавляют древесные опилки (5-10 %), солодовые ростки, овсяную шелуху (15-20 %). Для глубинного культивирования используются кукурузная мука, картофельный крахмал, кукурузный экстракт, свекловичный жом. В состав питательной среды должны входить минеральные вещества (фосфор, сера, цинк, железо, калий, кальций, магний и др.), источники азота (минеральные соли, азот органических соединений, гидролизаты дрожжей).

Подготовка питательной среды состоит в смешивании компонентов среды, увлажнении до 20-40 % (при поверхностном способе) и 90-98 % (при глубинном способе). Готовят среды на водопроводной воде. Стерилизация питательной среды проводится в течение 1,0-1,5 ч при температуре 110-120 0С при избыточном давлении 0,15 МПа. При непрерывной стерилизации используют более высокие температуры (140-145 0С) и меньшую продолжительность (1-10 мин).

Выращивание культуры-продуцента. При поверхностном способе в подготовленную среду с температурой 40 0С при непрерывном перемешивании вносят посевной материал и стерильную воду до достижения влажности 58-60 %. Питательную среду раскладывают слоем 2-3 см в кюветах или 4-5 см в вертикальных кассетах. Выращивание происходит в растильных камерах или механизированных установках при температуре 28-32 0С в течение 22-40 ч. В процессе выращивания культура продувается кондиционированным воздухом для поддержания температурно-влажностного режима, иначе культура подсыхает и снижается ферментативная активность. Одновременно удаляется избыток диоксида углерода, который накапливается в процессе дыхания.

Готовая культура представляет собой брикет влажностью 35-58 %, в котором частицы питательной среды связаны мицелием. Этот продукт неустойчивый. В результате дыхания и выделяющегося тепла ферменты могут инактивироваться в течение трех часов. Для сохранения активности культуры ее необходимо высушить до влажности 10-13 %. Для ускорения сушки культуру измельчают на дробилках до размера частиц 2-3 мм. Сушат на ленточных, шахтных сушилках. Основное условие сушки – продолжительность 5-8 мин, температура не выше 40-42 0С. Высушенную культуру фасуют в бумажные мешки с полиэтиленовыми вкладышами. Полученная культура имеет маркировку Пх.

Выращивание культуры глубинным способом осуществляется в ферментаторах. Это вертикальная емкость с мешалкой, подогревом и аэрирующим устройством. Ферментатор заполняется подготовленной средой на 65-75 % в зависимости от степени пенообразования при росте культуры, вносится посевной материал и производится культивирование. Гашение пены производится с помощью пеногасителя (жиры, масла). В процессе культивирования растущая культура аэрируется стерильным воздухом. Продолжительность культивирования зависит от вида получаемого препарата: амилазы – 21-30 ч, цитолитических ферментов – от 2-х до 10 суток. Температура культивирования для амилолитических, пектолитических и протеолитических ферментов 30-38 0С, для протеолитических – 25 0С. рН для грибов 3,8-5,6; для бактерий 6,2-7,4. Готовая культуральная жидкость содержит отдельные микробные клетки или мицелий, продукты биосинтеза и остатки питательной среды, сухих веществ от 1 до 5 %. Она представляет собой неочищенный ферментный препарат с индексом Гх.

Очищенные ферментные препараты имеют ряд преимуществ по сравнению с исходной культурой. Они содержат ферменты в концентрированном виде, долго сохраняют свою активность, не содержат спор микроорганизмов-продуцентов ферментов. Очищенные препараты получают из водных растворов.

Схема очистки фермента от балластных веществ сводится к освобождению его от нерастворимых, сопутствующих растворимых веществ и других ферментов. Принципиальная схема получения и очистки ферментных препаратов приведена на рисунке.