Технологические процессы производства ферментных препаратов

1) Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов в жидкой питательной среде. Проводят в строго асептических условиях:

· получение посевного материала: исходная культура продуцента → маточная культура, выращенная в колбах на качалке → посевная культура, выращенная в инокуляторе → посевная культура, выращенная в посевном аппарате. Объем посевного аппарата – до 10% от объема промышленного ферментатора;

· приготовление питательных сред;

· стерилизация питательных сред с помощью мембран или высоких температур;

· очистка воздуха до и после аэрирования;

· производственное культивирование с учетом увеличения биомассы, накопления ферментов, изменения состава питательной среды, её кислотности, аэрации и т.д.

Этот метод более совершенен, чем поверхностный, т.к. легко поддается механизации и автоматизации, легче и проще осуществляется переход к большим масштабам производства. Концентрация ферментов в среде обычно значительно ниже, чем в водных экстрактах поверхностной культуры.

2) Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов на рыхлой и увлажненной питательной среде. При этом культура растет на поверхности твердой увлажненной питательной среды в неасептических условиях.

Недостатки метода: большая поверхность контакта рыхлой среды с воздухом, что снижает интенсивность процесса; большие затраты ручного труда для мойки, стерилизации, перемещения кювет с небольшой высотой слоя, их заполнение и освобождение.

Преимущества метода: конечная концентрация фермента на единицу массы среды более высокая, чем при глубинном методе выращивания; культуры легко выращивать и приводить в товарную форму; снижена потребность в электроэнергии и т.д.

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 для поверхностных культур составляет около 1%, для глубинных – не более 0,1%.

Выделение и очистка ферментов – трудоемкий и дорогой процесс. Некоторые микроорганизмы выделяют ферменты из клеток в окружающую среду (гидролазы, амилазы, протеазы, целлюлазы и др.). Это облегчает их выделение и очистку.

Выделение ферментов из биомассы – сложный процесс. Для превращения растворенного фермента в форму нерастворимых частиц используют высаливание, осаждение путем изменения температуры и рН, осаждение растворителями, при помощи высокомолекулярных полимеров, ионами металлов. Например, для осаждения a-амилазы в биореактор добавляют этанол. Затем осадок уплотняют в фильтр-прессе и сушат в вакумной сушилке. При этом из 5000 л среды получают 73,5 кг препарата с высокой активностью. Затем его стандартизируют гипсом до получения нужной активности.

Так, в кожевенной и спиртовой промышленности, для введения в корма животных применяют ферментные препараты в неочищенном виде. В пищевой промышленности, в текстильных и микробиологических производствах, в медицине используют только высокоочищенные ферменты. В результате очистки происходит повышение удельной активности препарата.

Технология получения очищенных ферментов включает следующие этапы: экстракция из поверхностной культуры; отделение твердой фазы; концентрирование ферментных растворов; ультрафильтрация; осаждение органическими растворителями; высаливание; сорбционная очистка; сушка; стандартизация ферментных препаратов.

Вопросы для самоконтроля

1) Общие сведения о биотехнологии производства вторичных метаболитов.

2) Общие сведения и биотрансформации.

3) Типы процессов микробиологической трансформации органических соединений.

4) Общие сведения о биотехнологии производства ферментов.

5) Глубинный метод культивирования продуцентов ферментов в жидкой питательной среде.

6) Поверхностный метод культивирования продуцентов ферментов на рыхлой и увлажненной питательной среде.

7) Технология получения очищенных ферментов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Безбородов, А.М. Микробиологический синтез / А.М. Безбородов, Г.И. Квеситадзе. – СПб: Проспект Науки, 2011. – 144 с. – ISBN 978-5-903090-52-5

2. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

3. Блинов, В.А. Общая биотехнология: Курс лекций. В 2-х частях. Ч. 2. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2004. – 144 с. – ISBN 5-7011-0436-2

4. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

5. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

6. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

Дополнительная

1. Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года / утверждено председателем правительства Российской Федерации В. Путиным 24 апреля 2012 г. № 1853п-П8. – М., 2012. – 76 с.

2. Общая биотехнология в таблицах, рисунках и схемах: учебно-методическое пособие / сост.: Блинов В.А. – Саратов: 410005, Саратов, Пугачевская, 161, офис 320, 2008. – 102 с.

3. Общая и фармацевтическая биотехнология: учебное пособие. − Самара: НОУ ВПО СМИ «РЕАВИЗ», 2012. − 118 с.

4. Рабочие материалы к стратегии развития биотехнологической отрасли промышленности до 2020 года / Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова. Союз предприятий биотехнологической отрасли. – М., 2009. – 85 с.

5. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6

6. Тенденции развития промышленного применения биотехнологий в Российской Федерации / Институт биохимии им. Н.А. Баха РАН. – М., 2011. – 323 с.

7. Журналы: Биотехнология, Вестник СГАУ, Прикладная биохимия и микробиология, Журнал микробиологии, эпидемиологии, иммунологии, Фармацевтическая промышленность, Кондитерское и хлебопекарное производство, Масложировая промышленность, Молочная промышленность, Переработка молока, Мясные технологии, Сыроделие и маслоделие, Пиво и напитки, Пищевая технология.

8. http://www.biotechnolog.ru

9. Биотехнологический портат Bio-X (ссылка доступа - http://bio-x.ru)

10. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» (ссылка доступа – http://cbio.ru)

11. Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)

Лекция 7

основные типы биотехнологических процессов – III