WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 21 ] --

Помимо генетического фактора, огромное влияние на продукцию ферментов оказывают состав среды и условия культивирования микроорганизмов. При этом не только наличие индуктора в среде способно увеличить выход фермента. Чрезвычайно важным является качественный и количественный состав питательных сред. Например, большинство видов плесневых грибов рода Aspergillus хорошо растут на достаточно простой синтетической среде Чапека с сахарозой и нитратом. Для синтеза амилазы, однако, сахарозу следует заменить крахмалом и увеличить концентрацию углерода и азота в среде. После этого активность фермента возрастает в 3 раза. Добавление аминокислот в виде экстракта солодовых ростков выход фермента повышает дополнительно в 4–5 раз. Оптимизируя состав питательной среды, можно повысить активность амилазы более чем в 500 раз (табл. 3.3).

При подборе состава среды учитывают все факторы: вид и концентрацию источника углерода и энергии, факторы роста, минеральные элементы, индуцирующие субстраты. В качестве источников углерода и азота чаще всего применяют различное природное органическое сырье: крахмал, кукурузный экстракт, соевую муку, гидролизаты дрожжевых биомасс. Помимо источника углерода, азота и факторов роста, большое влияние на синтез ферментов оказывают минеральные соли магния, марганца, кальция, железа, цинка, меди и др., многие из которых входят в состав ферментов.

Биотехнологическое производство ферментов реализуется двумя способами – поверхностным и глубинным. Твердофазная поверхностная ферментация заключается в выращивании продуцента на поверхности тонкого слоя твердой сыпучей среды. Глубинная ферментация в жидкой среде может быть реализована как в условиях периодического процесса, так и с применением проточных систем.

При поверхностной ферментации для получения инокулята споровый материал размножают поверхностным способом или выращивают музейную культуру в условиях глубинной жидкой культуры. Далее посевной материал направляют на стадию ферментации, которая осуществляется на поверхности сыпучей среды в металлических лотках или вертикальных перфорированных с обеих сторон кюветах. Культура развивается на поверхности твердой рыхлой среды, основу которой составляют пшеничные отруби, зерновая шелуха, являющиеся источником ростовых веществ. Для разрыхления среды в отруби добавляют древесные опилки (5–10 %), овсяную шелуху. Смесь перед автоклавированием увлажняют до 20–40 % влажности и подкисляют для улучшения условий стерилизации. Прогрев сыпучей среды осуществляют острым паром в специальных стерилизаторах при непрерывном перемешивании среды; длительность процесса – 60–90 минут при 105–140°С. В охлажденную до 30°С среду вносят стерильные термолабильные компоненты, инокулят (0.02–0.1 % от массы среды), быстро перемешивают ручным Влияние состава среды на синтез -амилазы в глубинной культуре Aspergillus oryzae Концентрация компонентов (C, N, S, P) в 1.5 раза 1000– способом и раскладывают в лотки слоем 2–3 см, которые устанавливают в герметичные аэрируемые камеры, предварительно простерилизованные.

Исходная влажность среды – 58–60 %, температура культивирования 28– 32°, длительность ферментации около 36–48 ч.

В течение первых 10–12 ч происходит прорастание конидий при 28°. В последующие 14–18 ч реализуется быстрый рост мицелия, в этот период потребляется основное количество питательных веществ из среды при максимальном термогенезе. Аэрация становится максимальной (до объемов стерильного воздуха на объем камеры/ч). Для предотвращения высыхания конидий в результате повышения температуры влажность воздуха повышают практически до 100 %. Вследствие больших расходов воздуха принята его рециркуляция. Циркулирующий воздух проходит через систему охлаждения и используется повторно; отработанная часть после очистки на волокнистых фильтрах выбрасывается в атмосферу. В этот период скорость образования фермента достигает максимальных значений. В последующие 12–18 ч процессы метаболизма ослабевают, но синтез ферментов еще продолжается. Мицелий обволакивает и прочно скрепляет твердые частицы среды, поэтому для нормального транспорта и окисления веществ среда должна быть достаточно рыхлой и влажной.

Эффективный транспорт кислорода из газовой фазы и растворение в среде происходит при условии хорошей аэрируемости довольно тонкого слоя твердой сыпучей среды. Это приводит к необходимости использования больших объемов производственных площадей. Поверхностный метод ферментации является экстенсивным методом с большой долей ручного труда. При этом, однако, он не энергоемок и обеспечивает более высокий выход продукта на единицу массы среды по сравнению с глубинной ферментацией.

Поверхностная ферментация с использованием вместо лотков кювет более совершенна. Конструкция обеспечивает более эффективную аэрацию и позволяет частично механизировать процесс. Применяемые в промышленности колонные аппараты объемной аэрации еще более улучшают процесс твердофазной ферментации. Такой аппарат разделен на секции перфорированными пластинами, закрепленными на поворотных осях.

Среда в ходе ферментации разрыхляется с помощью вращающихся перемешиваюших устройств. Это позволяет увеличить высоту слоя до 30 см.

Режим перегрузки среды на тарелках задается автоматически. Производительность аппарата достигает 1 т культуры в сутки.

После завершения стадии ферментации выросшая культура представляет собой корж (пек) из набухших частиц среды, плотно связанных разросшимся мицелием. Данную массу измельчают с помощью дробилок различного типа (барабанно-зубчатых, шнековых, молотковых) до частиц размером 5–6 мм. Для предотвращения инактивации ферментов массу подсушивают до остаточной влажности около 10–12 %. Технические препараты ферментов, используемые к текстильной, кожевенной промышленности, упаковывают в бумажные многослойные крафт-мешки и отправляют потребителю. Процедура получения очищенных активных препаратов ферментов сложна и многоэтапна.



Важнейшим нормируемым показателем выпускаемых ферментных препаратов является активность, которая выражается в микромолях субстрата, прореагировавшего под действием 1 мл ферментного раствора или 1 г препарата в оптимальных для протекания ферментативной реакции условиях за 1 минуту. Существует также понятие активности условного ферментного препарата. Данная единица рассчитывается по активности основного фермента в стандартном условном препарате. За активность условного стандартного препарата принимают его среднюю устойчивую активность, достигаемую в производственных условиях.

Глубинный способ микробиологического получения ферментов имеет преимущества по сравнению с поверхностным, так как проходит в контролируемых условиях ферментации, исключает ручной труд, позволяет автоматизировать процесс. Питательная среда для ферментации готовится, исходя из физиологических потребностей используемой микробной культуры, а также из типа целевого фермента. Основным углеродным сырьем служат различные сорта крахмала (кукурузный, пшеничный, картофельный), кукурузный экстракт, свекловичный жом, а также глюкоза, мальтоза, декстрины. В качестве источника азота применяют органические соединения (гидролизаты казеина или микробных биомасс), а также минеральные соли (NaNO3, NH4NO3, NH4HPO4, (NH4)2SO4). Для биосинтеза целлюлолитических ферментов источником углерода служит хлопок, солома, целлюлоза; липолитических – липиды.

На предферментационной стадии технологическое оборудование и питательная среда подвергаются стерилизации. После охлаждения среды до 30° в нее вносят выращенный инокулят (2–5 % от объема производственной культуры). Процесс проводят в цилиндрических аппаратах объемом до 100 м3. Синтез фермента в глубинной культуре протекает в течение 3– суток при непрерывной подаче стерильного воздуха, стабилизации рН и температуры среды на строго определенных уровнях. Незначительные изменения значений данных параметров могут вызвать многократное снижение ферментативной активности.

Динамика образования биомассы и выхода фермента -амилазы на основе культуры Aspergillus показаны на рис. 3.1. В течение первого периода (24–30 ч) мицелий бурно развивается и идет быстрое потребление легкоусвояемого субстрата. Далее в среду вносят индуктор. После этого начинается интенсивный синтез целевого фермента. Периодически в среду вносят стерильный пеногаситель, добавку углеродного субстрата, раствор для коррекции и стабилизации рН.

активность -амлазы, ед./1 мл Процесс образования биомассы продуцента не совпадает во времени с максимумом продукции фермента, при этом условия для образования фермента могут существенно отличаться от условий для оптимального режима синтеза биомассы. Поэтому условия среды в ходе протекания процесса ферментации контролируются и изменяются. Известны стадийные процессы в двух последовательных аппаратах. В первом создают условия для развития мицелия; во втором – для синтеза и накопления фермента.

На промышленном уровне реализованы также проточные режимы, например, для получения глюкозоизомеразы с использованием бактериальной культуры Bacillus coagulans. Ферментацию проводят при дефиците глюкозы и кислорода в среде (глюкозоизомераза ингибируется кислородом);

максимальная продуктивность сохраняется длительное время, до 200 ч.

После завершения ферментации для предотвращения инактивации ферментов культуральную жидкость охлаждают до 3–5°С и направляют на обработку. После отделения мицелия культуральную среду освобождают от грубых взвешенных частиц и концентрируют под вакуумом или подвергают ультрафильтрации. В связи с термолабильностью многих ферментов процессы обработки ведут при контролируемых, часто пониженных температурах. Глубокая очистка ферментов приводит к существенной потере активности препаратов и также очень дорогостояща. Более того, высокоочищенные белки менее стабильны по сравнению с неочищенными. Поэтому при использовании растворимых ферментов редко пользуются полной очисткой. Тем более что в зависимости от сферы применения требования к чистоте ферментных препаратов различны. Так, ряд ферментных препаратов, получаемых при поверхностной ферментации, выпускают в виде высушенных отрубей с остатками мицелия, а также высушенных осадков белков или высушенных растворов. Товарные формы таких препаратов известны в виде сухих препаратов или растворов ферментов. Последние хранят при отрицательных температурах, с применением стабилизаторов (соли кальция или магния, а также хлорид натрия, сорбит, бензоат и др.). Для получения очищенных препаратов ферментов применяют различные методы (осаждение солями или органическими растворителями, высаливание, сорбционную и хроматографическую очистку с использованием высокоселективных ионитов). Процесс завершается стадией высушивания на распылительных или вакуумных аппаратах в щадящем температурном режиме, не допускающем больших потерь активности ферментов. После стандартизации продукт направляется потребителю.

3.2. ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ Широкие перспективы открылись перед инженерной энзимологией в результате создания нового типа биоорганических катализаторов, так называемых иммобилизованных ферментов. Термин «иммобилизованные ферменты» узаконен сравнительно недавно, в 1974 г. Сандэремом и Реем, хотя еще в 1916 г. Нельсон и Гриффи показали, что инвертаза, адсорбированная на угле или алюмогеле, сохраняет свою каталитическую активность. Однако начало целенаправленных исследований, ориентированных на создание такого рода стабилизированных ферментных катализаторов, относится к середине XX века, при этом широкий фронт работ и ощутимые успехи достигнуты в последние 20–25 лет. Иммобилизация – это процесс прикрепления ферментов к поверхности природных или синтетических материалов, включение их в полимерные материалы, полые волокна и мембранные капсулы, поперечная химическая сшивка. Иммобилизацию также можно характеризовать как физическое разделение катализатора и растворителя, в ходе которого молекулы субстрата и продукта легко обмениваются между фазами.



Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«Корректор функционального состояния революционное открытие российских учёных в области оздоровления и омоложения человека Аксельрод Александр Ефимович, директор Центра паранаучных практических исследований, президент Международного фонда признания гениев при жизни, директор Школы духовного роста. Более пятнадцати лет занимается продвижением на рынке новых передовых технологий, связанных с оздоровлением и омоложением человеческого организма. Является специалистом по раскрутке, пример бальзам...»

«4.1. гОсударственнЫе кОмплекснЫе ЦелевЫе науЧнО-техниЧеские прОграммЫ В 2011 г. в Республике Беларусь началась реализация нового цикла государственных комплексных целевых научно-технических программ (ГКЦНТП), формируемых в целях научного и научно-технического обеспечения реализации приоритетов социально-экономического развития Республики Беларусь и повышения эффективности использования в народном хозяйстве результатов научных исследований и научно-технических разработок (см. таблицу). Согласно...»

«Ежемесячное издание Выпуск №3, июнь 2013 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ Выпуск №3, июнь 2013 Содержание выпуска Вступительный комментарий 3 Ключевая статистика 4 По теме выпуска Угольная промышленность в России: перспективы 10 Рост угольной генерации в Европе 14 Обсуждение Тернистый путь газомоторного топлива в России 18 Саудовская Аравия на пути к ВИЭ 23 Обзор новостей 27 Выпуск подготовлен авторским коллективом под руководством Леонида Григорьева Виктория Гимади Александр Курдин Татьяна Радченко...»

«5.1. О тепловых машинах и Perpetuum moвile За долго до наступления новой эры своё отношение к проблеме вечного движения и к проблеме неисчерпаемых источников энергии высказывали своё отношение древние мыслители. За пятьсот лет до рождества Христова греческий философ Анаксагор был уверен что: Ничто не может стать чем-то иным, и ничто не может быть уничтожено. Были и более агрессивные высказывания, например, Эмпедокл из Акраганта (490 430 гг. до н.э.) считал, что только сумасшедшие могут...»

«В настоящее время значительно увеличилось мировое нефтяное потребление. По данным международного энергетического агентства доля нефти в общем потреблении энергоресурсов составляет 43% (данные 2006 г.). Большая доля нефти в мировой энергетике и постоянный рост нефтяного потребления неизбежно ведет к увеличению производства, который подчиняется закону спроса и предложения. Добыча нефти сейчас и особенно в будущем все больше переходит на шельф, что неизбежно приводит к загрязнению морских...»

«Санкт-Петербург 2011 С 1991 года ЦНИИ КМ Прометей и Санкт-Петербургское общество научнотехнических знаний каждые 2 года проводят Международную конференцию Проблемы материаловедения при проектировании, изготовлении и эксплуатации оборудования АЭС, целью которой является возможность представить и обсудить материаловедческие проблемы, связанные с поддержанием безопасности эксплуатации оборудования в течение всего срока службы. К этому времени ЦНИИ КМ Прометей уже разработал стали с высоким...»

«1 Юрий Бялый. Управляемый хаос. Глобальный радикальный ислам в энергетических и транспортных войнах XXI века / Сборник статей Радикальный ислам: взгляд из Индии и России. – М.: МОФ-ЭТЦ, 2010, с. 87-130. Юрий Бялый УПРАВЛЯЕМЫЙ ХАОС Глобальный радикальный ислам в энергетических и транспортных войнах XXI века 1. Концепция управляемого хаоса Концепция управляемого хаоса, видимо, возникла в глубокой древности. В частности, ее элементы можно увидеть в стратегии Римской империи эпохи завоеваний...»

«Баку­2011 РОССИЙСКО-АЗЕРБАЙДЖАНСКИЕ ОТНОШЕНИЯ ЗА 20 ЛЕТ. ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ Настоящая книга является совместным изданием Российского Института Стратегических Исследований (РИСИ) и Центра Стратегических Исследований при Президенте Азербайджанской Республики (ЦСИ) и посвящена анализу развития отношений между независимыми Россией и Азербайджаном, начиная с 1992 года. С точки зрения исторической перспективы в книге раскрываются различные аспекты политического, гуманитарного, экономического и...»

«Составители : Ю.В. Арбузов, О.А. Бондин, А.И. Евсеев, В.Н. Кулешов, Б.Р. Липай, С.И. Маслов, В.Ф. Очков, А.И. Тихонов Информатизация инженерного образования: электронные И 741 образовательные ресурсы МЭИ. Выпуск 2 / сост.: Ю.В. Арбузов, О.А. Бондин, А.И. Евсеев и др.; под общ. ред. С.И. Маслова. — М. : Издательский дом МЭИ, 2007. — 314 с.: ил. ISBN 975-5-383-00123-3 Справочное издание содержит описания электронных образовательных ресурсов, разработанных в МЭИ (ТУ), включая электронные...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.