Ферменттік препараттарды алу биотехнологиясы

Биокатализаторлар сияқты ферменттер бірқатар бірегей қасиеттерге ие, мысалы, жоғары каталитикалық белсенділік және әрекет таңдау сияқты. Бірқатар жағдайларда ферменттер тек бір заттың айналуын катализдей отырып, абсолютті ерекшелікке ие. Әрбір фермент үшін өзінің РН оптимумы бар, онда оның каталитикалық әсері барынша. РН күрт өзгергенде ферменттер қайтымсыз денатурация салдарынан белсендіріледі. Температураның жоғарылауы кезінде реакцияның үдеуі белгілі бір шектерге де шектеледі, өйткені 40-50оС температурада көптеген ферменттер денатурацияланады. Ферменттердің бұл қасиеттерін жаңа препарат технологиясын жасау кезінде ескеру керек.

Ферменттер — ақуыздық заттар болғандықтан, басқа ақуыздармен бірге олардың санын анықтау мүмкін емес. Препаратта ферменттің болуы ферментті катализациялайтын реакцияның ағуы бойынша ғана белгіленуі мүмкін. Бұл ретте ферменттің құрамын сандық бағалауды пайда болған реакция өнімдерінің санын немесе жұмсалған субстраттың санын анықтап беруге болады. Ферменттің белсенділігінің бір бірлігі үшін оның санын қабылдайды, ол берілген стандартты жағдайларда бір микромоль субстраттың 1 минутқа айналуын катализдейді-белсенділіктің стандартты бірлігі.

Халықаралық биохимиялық одақтың шешімі бойынша белсенділікті реакцияның бастапқы жылдамдығы бойынша t = 30оС кезінде анықтау шешілді, онда ферменттің қанығу концентрациясы және уақытша тәуелділік нөлдік ретті реакцияның кинетикасына жақын. Басқа реакция параметрлері әр ферментке жеке. Ферменттік препараттың белсенділігі 1 мл ферменттік ерітіндінің әсерімен немесе 1 минут үшін оңтайлы жағдайларда 1 грамм препараттың әсерімен әсер еткен субстраттың микромолдарында көрінеді. Егер ферменттік препаратта балласт болмаса, онда оның белсенділігі ферменттің 1 мг стандартты бірліктерінде көрінеді. Егер балласт болса, онда белсенділік ферменттік препараттағы ақуыз 1 мг болып саналады. Шығарылатын препараттың белсенділігі-сапаның маңызды нормаланатын көрсеткіші.

Өнеркәсіптік тәсілмен алынатын ферменттердің негізгі бөлігін гидролаздар құрайды. Оларға бірінші кезекте амилолитикалық ферменттер жатады: α-амилаза, β-амилаза, глюкоамилаза. Олардың негізгі функциясы — крахмал мен гликоген гидролизі. Крахмал гидролиз кезінде декстриндерге, содан кейін глюкозаға дейін ыдырайды. Бұл ферменттер спирт өнеркәсібінде, нан пісіруде қолданылады.

Пектолитикалық ферменттер молекулалық массаны азайтады және пектинді заттардың тұтқырлығын төмендетеді. Пектиназа екі топқа бөлінеді — гидролаза және трансэлиминаза. Гидралазы отщепляют метильные қалдықтары немесе разрывают гликозидные. Трансэлиминазы тездетеді негидролитическое расщепление пектиндік заттар білімі бар қос байланыстар. Тоқыма өнеркәсібінде (өңдеу алдында зығыр жібіту), шарап жасауда — шараптарды жарықтандыру, сондай-ақ жеміс шырындарын консервілеу кезінде қолданылады.

Целлюлолитикалық ферменттер өте ерекше, олардың әсері целлюлоза молекулаларының деполимеризациясында байқалады. Әдетте целлюлоза гидролизін глюкозаға (гидролиз өнеркәсібінде) жеткізетін кешен түрінде қолданылады. Медициналық өнеркәсіпте оларды өсімдіктерден стероидтар бөлу үшін, тағамда — Өсімдік майларының сапасын жақсарту үшін, ауыл шаруашылығында — күйіс жануарларға арналған құрама жем ретінде қолданылады.

Ферменттердің биосинтезіне әсер ететін бірқатар факторлар бар. Ең алдымен, оларға генетикалық жатады. Синтезделген ферменттердің құрамы мен саны тұқым қуалайтын детерминацияланған. Мутагендерді қолдану арқылы микроорганизмдердің генетикалық қасиеттерін өзгертуге және өнеркәсіп үшін құнды қасиеттері бар штаммдар алуға болады. Мутагендік факторларға иондаушы және иондамайтын сәулелену, изотоптар, антибиотиктер, жасушаның тұқым қуалайтын элементтерін өзгертетін басқа да химиялық қосылыстар жатады. Ферменттердің биосинтезіндегі генетикалық фактордың анықтаушы рөліне қарамастан, биотехнологиялық процестердің өнімділігі қоректік ортаның құрамына да байланысты. Бұл ретте негізгі қоректік заттар көздерінің болуы ғана емес, сондай-ақ осы нақты ферменттің немесе олардың топтарының биосинтезінің индукторлары мен репрессорларының рөлін атқаратын заттардың болуы маңызды. Бұл құбылыстың механизмі әлі толық зерттелмеген, бірақ факт технологияны таңдау кезінде ескерілуі тиіс.

Бірнеше мысалдарды қарастырайық. Липаз ферменті Индукторсыз ортада Aspergillus awamori саңырауқұлақ синтезделмейді, жөтел майының қосылуы ферменттің биосинтезін жүздеген есе күшейтеді. Ортаға крахмал қосылған кезде және минералды фосфорды толық алып тастағанда фосфатаза қарқынды синтезделеді. Индуктордың болуы ғана емес, ферменттің шығуын арттырады. Қоректік ортаның құрамы мен өсіру жағдайлары маңызды рөл атқарады. A-амилазаның биосинтез процесін Aspergillus oryzae дақылымен жасау кезінде сахарозаны (көміртегі көзі ретінде) крахмалға ауыстыру ферменттің белсенділігін 3 есе, мия сығындысын қосу (дәнді дақылдардың өскен тұқымдарынан) тағы 10 есе, ал қоректік ортаның негізгі элементтерінің концентрациясын 50% — ға арттыру-тағы 2 есе артты.

Ферменттердің өсу және синтездеу процесін қарқындату үшін әртүрлі өсу факторлары, мысалы, аминқышқылдары, пуриндік негіздер және олардың туындылары, РНК және оның гидролиз өнімдері қосылады. Көміртегі көзі ретінде крахмал, жүгері сығындысы, соя ұны, ашытқы биомассасының гидролизаттары қолданылады. Микроорганизмдер азоттың минералды көздерін де кәдеге жарата алады. Қоректік ортаның құрамына Mg, Mn, Zn, Fe, Cu және т.б. металдар иондары да кіреді. Олардың көпшілігінің әсер ету механизмі белгісіз. Кейбір ферменттің құрамына кіреді. Ca иондары a-амилазаның тұрақтылығын арттырады, Fe және Mg иондары протеолиттік ферменттерді белсендіреді және тұрақтандырады.

Әрбір продуцент үшін қоректік ортаның оңтайлы құрамы екі тәсілмен анықталуы мүмкін: эмпирикалық және компьютерді пайдалана отырып математикалық модель құру. Соңғы, әрине, жақсырақ. Өсіру сипаты бойынша ферментті препараттар өндірісінің барлық технологиялық процестері екі үлкен топқа бөлінеді: тереңдік және беттік әдістер.

Микроорганизмдерді-продуценттерді беттік өсіру кезінде ферментті препараттарды өндірудің технологиялық процесі мынадай негізгі кезеңдерден тұрады: себу материалын алу, қоректік ортаны дайындау, микроорганизмдердің дақылдарын өсіру, дақылдарды кептіру немесе дақылдардан тазартылған ферменттердің препараттарын бөліп алу.

Егіс материалын алу. Жер үсті жағдайларында өсірілген микроорганизмдерден ферменттік препараттарды өнеркәсіптік алу үшін егістік материал ретінде қатты қоректік ортада өсірілген микроскопиялық саңырауқұлақтар дақылдарын, сондай-ақ сұйық қоректік ортада терең жағдайларда өсірілген даулар (конидиялар) мен продуценттің мицелиалды массасын пайдаланады.

Қатты қоректік ортада егіс дақылдарын алу үшін ылғалданған бидай кебектері пайдаланылады. Сәрсенбі тиіс шприцтер. Осы мақсатта бидай кебекіне 5-10% ағаш үгінділері немесе 15-20% мия өскіндері қосылады. Стерильдеуден кейін бір сағат ішінде 0,15 МПа кезінде қоректік ортаның ылғалдылығы 35-60% құрауы тиіс.

35 °С-қа дейін салқындатылған қоректік ортаны конидий суспензиясымен (10-15 г кебекке 1 мл 500-600 мың конидий) себеді,содан кейін стерильді себетін кюветтер бойынша 10-15 см қабатпен жайады. Ортасы бар жабық кюветтерді белгілі бір ылғалдылық пен температураны ұстап тұратын өсімдік камераларына орналастырады. Микроскопиялық саңырауқұлақтардың көпшілігі үшін өсудің алғашқы тәуліктерінде 28-32 °С температура, ылғалдылығы 70-95%; екінші — 26-30 °С, ылғалдылығы 60-85%, үшінші — 24-26 °С, ылғалдылығы 55-64% сақталады. Конидияның ең көп пайда болуы әдетте 72-85-ші өсу сағатына келеді. Содан кейін егіс кюветтері 8-10 °С температурада 72-96 сағат ұстайды.

Даулы егіс материалы кептірілген дақылдардан алынуы мүмкін. Бұл үшін саңырауқұлақтың мәдениеті даулар (конидиялар) бөлінетін вибросепараторға беріледі. Вакуум көмегімен олар алдын ала торлы сүзгі арқылы қабылдағышқа түседі. Егістік материалдарын өсіру, мысалы Aspergillus terricola, терең тәсілмен 8-10 л ферментаторларда жүргізіледі, олар 3 л қоректік ортаны толтырады, 30 °С температурада 24-30 сағат бойы. Алынған егіс материалы-саңырауқұлақтың тереңдік дақылдарын-стерилденген, 33-34 °температураға дейін салқындатылған, ылғалданған кебекті ауа-құрғақ кебектердің массасына бастапқы тереңдік егіс материалының 1-2% есебінен стерилизаторға енгізеді. Егістік дақылдарды енгізгеннен кейін қоректік ортаның ылғалдылығы 58-60% — дан төмен болмауы тиіс.

Қоректік ортаны дайындау. Aspergillus текті микроскопиялық саңырауқұлақтарды өсіру үшін қоректік ортаның негізгі компоненті TR үшін бидай кебектері болып табылады. roseum — продуцента цитолитических ферменттер — астық қауызы және уытты өсіндісі. Asp штаммы үшін. awamori 16 пектолит ферменттерін алу кезінде қызылша сығындысы қажет. 70% қызылша сығындысынан (пектин көзі) және 30% бидай кебегінен тұратын қоспа пайдаланылады. Жиі картоп мезгі мен сыра ұнтақтары — тамақ өнеркәсібі кәсіпорындарының қалдықтары қолданылады. Борпылдақ құрылымды алу үшін ортаға емен, мия өскіндерін (15-20%), сұлы қабығын қоспағанда ағаш үгінділері (5-10%) қосылады. Бидай кебекінде микроорганизмдердің өсуі мен дамуы үшін қажетті қоректік заттар, оның ішінде алмастырылмайтын аминқышқылдары метионин (19%), триптофан (0,3%) және лизин (0,6%), 16-20% крахмал, 10-12% ақуыз, 4% дейін май, түрлі фосфор қосылыстары, минералды тұздар, микроэлементтер және басқа да заттар бар.

Микроорганизмдерді өсіруге арналған қатты қоректік орталарды дайындау бидай кебектері, мия өскіндері, үгінділер әдетте стерилизаторда араласады (көлемі бойынша 50-60%) және алынған қоспаны стерилдеу алдында 20-40% ылғалдылыққа дейін ылғалдандырады. Стерилизаторлар 0,03 МПа-ға дейінгі артық қысым кезінде 104-ден 140 °С-қа дейінгі температурада жұмыс істеу үшін есептелген. Стерилизаторлардың сыйымдылығы 300-ден 500 кг-ға дейін ауытқиды.

Жоғары белсенді дақылдарды алу үшін қоректік ортаның бастапқы ылғалдылығы елеулі мәнге ие. Ол әдетте 58-60% шегінде ауытқиды. Ортаның ылғалдылығы жоғарылаған кезде өсіп келе жатқан дақылдың аэрациясы нашарлайды, ал төмендегенде мицелийдің өсуі баяулайды және синтезделген ферменттердің белсенділігі төмендейді. Өндірістік жағдайларда өсіру циклінің соңына қарай ылғалдық ауаның салыстырмалы ылғалдылығын 100% — ға жақын ұстап тұруға қарамастан 35-40% — ға дейін төмендейді.

Өндірістік жағдайда өсіндіні-продуцентті өсіру. 40 °С температураға дейін стерилденген және салқындатылған қоректік ортаға үздіксіз араластыру кезінде дайындалған ортаның соңғы ылғалдылығы 58-60% болатындай есеппен егіс материалы мен стерилденген суды енгізеді. Саңырауқұлақтардың таза өсінділерінің немесе терең егіс дақылдарының конидияларымен себілген қоректік ортаны 2-3 см қалыңдықта кюветтерге немесе 4-5 см қалыңдықта тік кассеталарға орналастырады. Кюветтердегі дайын дақыл ұсақтағышқа беріледі.

Өсірудің жалпы ұзақтығы, мысалы, Asp үшін. oryzae 30-36 сағат, Asp үшін. awamori (амилаза продуценті) — 36-42 сағат, Asp үшін. awamori (пектиназа продуценті) — 46-48 сағ, Asp үшін. terricola — 44-48 сағ, Asp үшін. foetidus — 48-52 сағ.

Ауаға кететін ауаны кондиционерлеу кондиционерлерде жүзеге асырылады. Шәкәрім кондиционере ауа, забираемый атмосферадан, подогревают немесе салқындатады, жыл мезгіліне дейін температура 22-24 °С содан Кейін біртіндеп ішінара ауа обеспложивается арналған висциновом және ватном сүзгілерде түседі, жеке кондиционерлер. Оларда тазартылған ауа калориферде 30 °С температураға дейін қыздырылады және 100% — ға жақын ылғалдылыққа дейін бумен ылғалданады.

Рециркулирующий жүйесінде ауа өтіп, келесі өңдеуге: забранное ауамен жылу арқылы өту кезінде камераға (орнатуды өсіру үшін) алынады воздухоохладителе, содан кейін ауа бас кондиционер араластырылады 10% таза ауаның жеткізіледі талап етілетін параметрлерді және жаңадан түседі камераға немесе орнату үшін өсіру. Пайдаланылған ауа алдын ала майлы және бактериялық сүзгілерден өтіп, атмосфераға шығарылады. Еритін камераны қоспаған ауаның кіруінен сақтау үшін онда аздаған артық қысым жасалады.

Өсу процесінде микроскопиялық саңырауқұлақтар ортаның 25-35% құрғақ заттарын тұтынады және диссимиляция нәтижесінде қоршаған ортаға көп мөлшерде жылу және көміртегі диоксидін бөледі. Егер артық жылу өсімдік камераларынан шығарылмаса, дақыл кебеді, оның ферментативті белсенділігі төмендейді және тіпті дамуы тоқтатылады. Өсіп келе жатқан дақылдың максималды жылу бөлінуі 1-2 сағатқа созылады және 335-377 кДж/кг бастапқы Кебек массасына тең.

Мұндай көп жылуды шығару үшін өсімдік камераларын салқындатылған ауамен қарқынды желдету жүргізіледі. Ауаны кондиционерлеу бірнеше мақсаттарды көздейді: шаңнан және бөгде микрофлорадан тазарту, белгілі бір температураны сақтау, 100% — ға жақын ылғалмен қанығу. Өсімдік камералары арқылы өтіп, ауа саңырауқұлақтың өсіп келе жатқан мәдениетімен байланыста болады, бұл ретте 2-3°С қызады және ылғал аз қаныққан болады, сондықтан ол қоректік ортаның құрғауын тудыра отырып, өсіп келе жатқан дақылдың қыздырылған массасынан суды сіңіре алады.

Мәдениетті кептіру. Өсімдік камерасынан немесе өсіруге арналған қондырғылардан түсірілетін микроскопиялық саңырауқұлақтардың дайын дақылы ылғалдылығы 35-тен 58% — ға дейінгі брикет (корж) болып табылады, онда қоректік ортаның бөлшектері (Кебек, дән қабығы) мицелиямен байланысты. Дақылдарды ұзақ уақыт бойы белсенді күйде сақтау үшін оны 10-13% ылғалдылыққа дейін кептіру қажет. Кептіру процесін қарқындату үшін саңырауқұлақ дақылдарын әр түрлі ұсатқыштарда, дезинтеграторларда мөлшері 2-3 мм бөлшектерге дейін ұсақтайды. Ұнтақтау кезінде саңырауқұлақ дақылы ферменттердің инактивациялануын болдырмау үшін қызбауы тиіс, оны бүрку барынша аз болуы тиіс және алынатын түйіршіктер белгілі бір шамаға ие болуы тиіс.

Дақылдарды кептіру үшін таспалы, шахталық, дірілді, тура ағынды үздіксіз жұмыс істейтін кептіргіштерді және т.б. пайдаланады кептіру жылдамдығы көптеген факторларға байланысты: ортаның химиялық құрамына, ылғалдылыққа, температураға, кептіру агентінің қозғалыс жылдамдығына (әдетте ауа), кептіргішке кіру және шығу температурасының әртүрлілігіне және т. б. табысты кептірудің негізгі шарты өнім температурасы 40-42°С-тан жоғары емес кезде саңырауқұлақ дақылының кептіргіште болу ұзақтығын 5-8 минутқа дейін барынша қысқарту болып табылады. Кептірілген саңырауқұлақтың дақылын крафт-қаптарға 18-30 кг-нан орайды.

Басқа да ұқсас мәліметтер

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *