Выделение и очистка продуктов биотехнологии (стр. 7 )

Если фермент содержит характерную простетическую группу или несколько каталитических центров, которые поддаются измерению, его активность можно выразить в величинах активности каталитического центра. Такая активность будет соответствовать молекулярной активности, если молекула фермента имеет один активный центр; если же число каталитических центров n, то активность одного центра будет в n раз меньше молекулярной.

Активность условного препарата. В технологии ферментов помимо общепринятых понятий об активности ферментных препаратов принято пользоваться понятием активности условного ферментного препарата. Это необходимо для оценки работы предприятия, сравнения его с другими аналогичными заводами, т. е. для сопоставления показателей по всем видам выпускаемой продукции. Для осуществления этого пересчета предполагают, что предприятие выпускает товарную продукцию в виде стандартного препарата с точно определенной активностью, измеряемой по основному ферменту в стандартных единицах в препарате на единицу массы препарата. Активность основного фермента в таком стандартном условном препарате устанавливается нормативами и называется активностью условного препарата.

За 1 усл. т ферментного препарата принимается 1 т препарата со стандартной активностью. Для пересчета выработанной товарной продукции в условные тонны можно пользоваться формулой

Qусл=QтовАф / Aусл ,

где Qусл - количество условного препарата, т; Qтов - количество товарного препарата, т; Аф - фактическая активность товарного препарата, ед./г; Aусл - активность условного препарата, ед./г.

ПОЛУЧЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ ИЗ КУЛЬТУР МИКРООРГАНИЗМОВ

Культура микроорганизмов, выращенная поверхностным способом, и культуральная жидкость после глубинного культивирования содержат большое количество балластных веществ. Выделение и очистка ферментов - трудоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому, если ферментный препарат можно использовать в виде неочищенной культуры микроорганизмов, его очистку не проводят. В таких отраслях, как спиртовая и кожевенная, целесообразнее использовать именно неочищенную культуру микроорганизма; то же самое можно сказать и об использовании культур микроорганизмов в сельском хозяйстве при приготовлении комбикормов и при непосредственной обработке кормов на фермах.

В большинстве отраслей пищевой промышленности (хлебопекарной, пивоварении, виноделии, сыроделии, крахмало-паточном и соковом, концентратном, мясоперерабатывающем производствах), а также в текстильной, меховой, микробиологической промышленности и особенно медицине можно использовать только очищенные препараты ферментов, частично или полностью освобожденные от балластных веществ.

Исходным материалом для получения очищенных ферментных препаратов может служить фильтрат культуральной жидкости, реже – биомасса продуцента или водный экстракт из поверхностной культуры продуцента. Ферментные препараты могут быть получены в виде порошков или жидких концентратов. В процессе выделения происходит повышение доли активного белка в общей массе препарата, т. е. увеличивается его удельная активность. В табл. 1.10 показаны стадии очистки от сопутствующих ферментов и балластных веществ культуры Endomycopsis sp. 20-9.

Анализ табл. 1.10 показывает, что чистота глюкоамилазы в препарате возросла в 37 раз, в препарате не определялась гликозилтрансферазная активность, а следовые количества α-амилазной активности могут быть отнесены за счет действия глюкоамилазы, так как использовался колориметрический метод определения активности α - амилазы.

1.6.1. Принципиальная схема получения ферментных препаратов

Схема очистки фермента от балластных веществ сводится к освобождению его от нерастворимых веществ, сопутствующих растворимых веществ и других ферментов. Процессы получения очищенных препаратов из поверхностных и глубинных культур несколько различны. Из поверхностных культур труднее получить высокоочищенные препараты из-за большого количества балластных веществ. Из глубинных культур получить очищенные препараты несколько легче, но при этом приходится вести выделение из разбавленных растворов, если выделение ферментов проводится из жидкой части культуры. Выделение осложняется, если фермент внутриклеточный, и тогда необходимо разрушать клетки микроорганизмов.

Принципиальную схему выделения и очистки ферментов из глубинных и поверхностных культур микроорганизмов можно изобразить в виде представленной на странице 90 схемы.

Из схемы ясно, что экстракт из поверхностной культуры или фильтрат культуральной жидкости является исходным материалом для получения препаратов ферментов различной степени очистки. На первом этапе выделения отходом процесса является нерастворимая часть культуры - биошрот, содержащий нерастворимые включения среды и биомассу продуцента.

Далее в зависимости от свойств выделяемого фермента и сопутствующего ему балласта схема очистки и получения ферментного препарата может включать различные приемы и методы, такие как концентрирование, диализ, осаждение органическими растворителями, солями, гель-фильтрование, афинная хроматография, иммобилизация, сушка термолабильных материалов и т. д. Поэтому первоначально рассмотрим получение технических ферментных препаратов, а затем без особого акцента на поверхностный или глубинный способ культивирования более сложные способы очистки и выделения ферментов.

Принципиальная схема получения очищенных ферментных препаратов из культур микроорганизмов

……????????????????????…………………..

Таблица 1 .10

Стадия очистки	Объем, мл	Общее количество белка, мг	Глюкозамилазная активность	Амилолитическая активность	Трансглюко-зидазная активность*
общая, ед	удельная, ед/мг белка	выход, %	степень очистки	общая, ед	выход, %
Исходная культуральная жидкость	1200	13600	28500	2,1	100,0	1,0	9500	100	Глюкоза, изомальтоза, паноза
Отделение биомассы, концентрирование, отделение балласта	560	11100	25600	2,3	90,0	1,1	8500	89,00	То же
Осаждение ацетоном, растворение в воде	350	2040	19800	9,7	69,5	4,6	1050	11,30	»
Ультрафильтрация	55	1610	18200	11,3	64,0	5,4	860	9,10	»
Хроматография на ДЭАЭ-целлюлозе	555	298	15000	50,4	52,5	245	30,0	0,35	Нет
Ультрафильтрация	16	250	13450	54,0	47,2	25,7	27,5	0,29	»
Гель-фильтрование через акрилекс П-100	100	140	11400	76,5	40,5	36,5	22,8	0,24	»
Обессоливание, лиофилизация	0,1**	92	7150	77,0	25,0	37,0	14,3	0,15	»

* Характеризуется хроматографически по наличию изосахаров.

** Выражено в г.

1.6.2. Получение неочищенных ферментных препаратов

Неочищенные ферментные препараты представляют собой культуру микроорганизма вместе с остатками питательной среды, высушенную при мягком режиме до влажности не более 8-12 %.

Неочищенный ферментный препарат может быть получен на основе поверхностной или глубинной культуры. Глубинная культура может быть перед сушкой очищена от нерастворимой части (твердая взвесь среды и биомассы продуцента) или высушена вместе с ней.

Получение сухой поверхностной культуры. Поверхностная культура микроорганизма имеет влажность от 35 до 58 %. Это низкостабильный продукт, который следует либо немедленно использовать в производстве, либо высушивать до равновесной влажности (10-12 %). Перед высушиванием культура, выгруженная из растильной камеры, измельчается до определен­ной величины частиц и далее поступает на высушивание.

Для сушки культуры микроорганизма могут быть использованы ленточные, тоннельные, шахтные, барабанные, шкафные и вибрационные сушилки. Сравнительно часто для сушки культур микроорганизмов используют барабанные сушилки прямоточного типа. Влажная культура поступает в сушилку одновременно с теплоносителем, имеющим температуру 80-85°С. Такую высокую температуру допустимо применять потому, что высушиваемый материал содержит большое количество влаги, а при ее испарении частицы культуры почти не нагреваются, и активность ферментов сохраняется почти полностью. У большинства барабанных сушилок на внутренней поверхности есть насадка в виде лопаток или крестовины. Барабан вращается медленно с частотой от 3 до 8 мин-1. Высушиваемый материал с помощью лопаток поднимается, пересыпается и передвигается вдоль барабана. Происходит некоторая дифференциация частиц культуры по размерам - более крупные частицы падают почти вертикально вниз и вновь подхватываются лопатками, а мелкие подхватываются теплоносителем, траектория их падения несколько смещается, и они быстрее перемещаются по барабану. Поэтому высушенный в такой сушилке продукт имеет равномерную влажность по всей массе. Длительность пребывания высушиваемой частицы в сушилке 3-7 мин, скорость движения подаваемого теплоносим/с, температура воздуха на входе 80-85°С, на выходе 60-65°С, температура высушенного материала 40°С. Потери активности в процессе сушки составляют 3-10% .