Технология производства ферментов для промышленных целей. Требования, предъявляемые к продуцентам ферментов.

Поверхностный метод выращивания продуцентов – культивирование м-орг. на поверхности увлажненных стерелизованных отрубей, размещенных в кюветах, которым иногда добавляют солодовые ростки, древесные опилки, свекловичнвй жом. Инкубацию ведут в специальном термостатируемом цехе при постоянном контроле температуры, влажности, подачи воздуха.

Глубинный метод более экономный, применяют ферментеры, сеабженные приспособлениями для перемешивания и подачи в жидкую питательную среду стерильного воздуха. Сначала ферментер заполняют питательной средой, автоклавируют, затем засевают чистой культурой, подаваемой из специального генератора. Для предотвращения инфекции в ферментере поддерживают повышенное давление наряду с оптимальными значениями рН, температуры, редокс-потенциала и др.

Проточный метод обеспечивает непрерывную подачу в ферментер как питательной среды так и посевного материала.Размножение м-орг. и биосинтез фермента регулируют при использовании этого метода по мере поступления питательной смеси в ферментер. Основное достоинство- возможность длительное время поддерживать в автоматическом режиме рост культуры микроорганизма.

Несмотря на то что многие весьма полезные и ценные ферменты продуцируются клетками животных и растений, все же предполагается, что большая часть промышленных разработок в области ферментной технологии будет основываться на ферментах, получаемых из микроорганизмов.

Использование микроорганизмов в качестве источников производства ферментов стимулируется следующими основными факторами:

· высокой степенью специфической активности в пересчете на единицу сухого веса продукта;

· сезонными колебаниями количества и качества сырьевых материалов и возможностью их длительного сохранения в зависимости от климатических изменений;

· возможностью выбора нужного фермента из широкого спектра микробных катализаторов, характеризующихся различной степенью устойчивости к повышенным температурам рН среды;

· возможностями промышленной генетики оптимизировать количества выхода ферментов и способов селекции штаммов-продуцентов путем мутагенеза, изменения условий культивирования, а также (в последнее время) применения практически неограниченных возможностей методов генетической инженерии.

Приемы селекции различных микроорганизмов довольно сложны и включают многие факторы, такие, как стоимость культивирования, способность секретировать фермент во внешнюю среду или накапливать его внутри клетки, а также способность противостоять неблагоприятным воздействиям внешней среды, повреждающим ферменты, и т. п. В зависимости от происхождения ферменты существенно различаются между собой по термостабильности и по отношению к экстремальным значениям рН.При селекции продуцентов ферментов генетики промышленных микроорганизмов стремятся улучшить желаемые их свойства: высокий выход фермента, стабильность фермента, независимость синтеза фермента от индуктора, легкое его извлечение из среды и т. п., тогда как нежелательные качества стараются устранить или ингибировать. К числу последних относятся наличие вредных побочных метаболитов, неприятный запах, нежелательный цвет препарата и т. п.. Общим недостатком большинства промышленных микроорганизмов является их малая генетическая изученность, что, естественно, снижает возможности улучшения полезных свойств продуцентов ферментов за относительно короткий период времени. Поскольку микробные ферменты являются малообъемными препаратами относительно невысокой стоимости, методы, применяемые для их производства, обычно осуществляются с использованием биореакторов (ферментеров), аналогичных по конструкции и функциях таковым, которые применяются при производстве антибиотиков. Выбор культуральной среды является весьма важным моментом в процессе производства, так как она обеспечивает растущий микроорганизм энергией, а также является источником необходимых элементов (углерода, азота и т. д.). Стоимость сырьевого материала непосредственно связана с ценой конечного продукта.В процессе выращивания продуцентов ферментов, последние могут накапливаться внутри клеток или же секретироваться во внешнюю среду. Коммерческие препараты ферментов могут выпускаться в продажу либо в жидкой, либо в кристаллической форме; очищенными или же в виде " грубых" препаратов. Например, в препаратах, используемых для гидролиза крахмала, целлюлозы, основным критерием является высокая активность основного фермента в препарате, а наличие других активностей зачастую не принимают во внимание. В то же время в препаратах ферментов, используемых в молекулярной биологии, медицине, основным критерием качества является отсутствие дополнительных ферментативных активностей и просто белковых загрязнений.

Концентрирование и очистка ферментов зачастую представляет собой весьма сложные процессы. И естественно, что стоимость препаратов ферментов зависит от всех перечисленных выше моментов.

Ферментные препараты, предназначенные для использования в пищевой промышленности или в медицинской практике, подлежат строгому контролю на токсичность для животных, мутагенную активность, тератогенность и канцерогенность, а также проверяются в различных фармакологических тестах.Ответственность за безопасность выпускаемых ферментных препаратов ложится на фирму, их производящую. Практически, безопасный ферментный препарат должен обладать низкими аллергическими свойствами и быть свободным от токсических веществ, а также вредоносных микроорганизмов.