Share Button

Рассмотрим производство ферментных препаратов с точки зрения источников получения ферментов. Промышленными источниками для получения ферментных препаратов могут служить ткани животных и растений, а также микроорганизмы.

Ферменты животного происхождения

Ферменты животного происхождения были одними из первых ферментов, выделенных в кристаллическом состоянии, и именно они стали объектами для расшифровки структуры активного центра и механизма каталитической активности. Сырьем для их промышленного производства могут служить поджелудочная железа, содержащая большое количество разнообразных ферментов, в частности химотрипсин, коллагеназу, эластин, трипсин, амилазу, липазу, слизистые оболочки желудков и тонких кишок свиней, сычуги крупного рогатого скота, из которых выделяют пепсин и липазу, сычужки молочных телят и ягнят, содержащие реннин, и другие органы животных.

Помимо сырья, собираемого на мясокомбинатах, специалистами Калининградского государственного технического университета показана возможность получения ферментов протеолитического действия из двустворчатых моллюсков.

Ферменты растительного происхождения

В качестве растительных источников для получения ферментов может использоваться проращенное зерно злаковых культур – солод, который также может применяться непосредственно как неочищенный ферментный препарат, в основном, амилолитического действия.

В ГОСНИИХП совместно с МГУПБ проводились исследования по использованию в хлебопечении проращенной сои как источника ферментов. Установлено, что липоксигеназа, входящая в ее состав, положительно влияет на свойства теста и качество хлеба из пшеничной муки высшего сорта.

В тропических и субтропических странах для получения ферментов, в частности протеолитической группы используют латекс дынного дерева, латекс фикусовых растений, например листья и побеги инжира и сок зеленой массы ананаса.

Ферменты микробного происхождения

Наиболее перспективным источником ферментов являются микроорганизмы. В качестве продуцентов ферментных препаратов используются культуры представителей различных таксономических групп – бактерий, актиномицетов, микроскопических и высших базидиальных грибов, среди которых можно найти продуцента практически всех ферментов, участвующих в круговороте органических веществ. Промышленностью налажено применение как природных штаммов микроорганизмов, выделенных из естественных объектов, так и полученных искусственной селекцией с применением мутагенов.

Преимуществом использования микроорганизмов для получения ферментных препаратов является сравнительно короткий цикл роста (16-100 ч), неприхотливость к составу питательной среды, способность легко переключаться с синтеза одного фермента на другой, а также генетическая стабильность по признаку синтеза фермента.

Следует отметить, что подавляющее количество применяемых в промышленности ферментных препаратов являются комплексными и содержат помимо основного фермента значительное количество сопутствующих ферментов и белков, в связи с чем в технологии ферментов препараты часто классифицируют по основному компоненту. Так, различают амилолитические, протеолитические, липолитические, пектолитические и другие виды препаратов.

В качестве бактериальных продуцентов нейтральных и щелочных протеолитических ферментов в промышленности наиболее часто используются различные штаммы бактерии рода Bacillus, в частности Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus brevis, Bacillus cereus и Bacillus licheniformis.

Широко известны как продуценты протеолитических ферментов микроскопические грибы рода Aspergillus, Rhizopus, Penicillium, Strepyomyces, Pseudomonas и Mycor, способные синтезировать не только нейтральные и щелочные, но и кислые протеазы. Наиболее полно изучены протеазы у различных представителей рода Aspergillus и Penicillium. Так, например, установлена молекулярная масса протеаз Penicillium wortmanii и определены оптимальные условия их действия, находящиеся в температурном диапазоне 20-40 °С и области рН от 6,0 до 9,0.

Значительный интерес вызывают протеазы, полученные из культур актиномицетов, в частности Actinomyces thermovulgaris, Actinomyces fradiae, Streptomyces griseus. Указанные штаммы синтезируют богатейшие комплексы протеаз с различной субстратной специфичностью и действующие в широких диапазонах рН.

В литературе описано использование актиномицетов в качестве продуцентов кератиназы, эластазы, коллагеназы.

Однако исследователями отмечается существенный недостаток, не позволяющий использовать ферменты актиномицетов в пищевой промышленности, суть которого в состоит том, что эти микроорганизмы наряду с протеазами активно синтезируют антибиотики.

Источниками амилолитических ферментов являются бактериальные и грибные культуры. Наиболее активными продуцентами амилаз являются грибы рода Aspergillus и Rhizopus, такие как Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus awamory, Rhizopus delamar и Rhizopus niveus.

Микробные продуценты амилолитических ферментов активно изучаются российскими учеными. Так, в ГУ ВНИИПАКК проведена разработка технологии получения комплекса амилолитических ферментов грибной культуры Aspergillus niger, обладающих способностью сохранять активность в кислой области рН при повышенных температурах. Максимальная активность указанного комплекса проявляется при температуре 55-60 °С и рН 4,5-5,0.

Пектолитические ферменты в промышленности получают с использованием бактерии рода Clostridium и Bacillus, такие как Bacillus macerans, Bacillus polymyxa, Bacillus felseneus, Clostridium multifermentas, Clostridium felsineum и микроскопические грибы рода Aspergillus, Fusarium и Penicillium: Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Aspergillus foetidus, Fusarium moliniforme, Penicillium digitatus, Penicillium еxpansum, Penicillium italicum.

Микробными продуцентами ферментов разрушающих целлюлозу являются анаэробные бактерии рода Clostridium, а также микроскопические грибы рода Aspergillus, Trichoderma, Fusarium, Cellulomonas, Geotrichum такие как Aspergillus amstelodamy, Aspergillus fumigatus, Aspergillus oryzae, Trichoderma koningii, Trichoderma lignorum, Fusarium culmotum, Fusrium lini, Fusarium solani, Geotrichum candidum.

В литературе встречаются упоминания об использовании для производства целюлаз микроскопического гриба Trichoderma viride, способного также синтезировать ксиланазу, как сопутствующий фермент. М.В. Гернет исследован процесс получения целлюлаз штамма Trichoderma longibranchiatum глубинным и поверхностным способом.

Наиболее перспективным методом получения ферментов из источников различного происхождения является сорбция на макропористых носителях – сорбентах, не изменяющих структуру ферментов.

В настоящее время с использованием животных, растительных и микробных источников мировой промышленностью выпускается около 250 наименований ферментных препаратов.

Следует отметить, что по статистическим данным за 2000 год в нашей стране было выпущено всего 7,5 тыс. усл. т ферментов в год, большинство из которых уступают по качеству и цене мировому уровню, при потребности порядка 40 тыс. т. Наибольший удельный вес среди промышленных ферментных препаратов занимают препараты, гидролизующие белковые вещества – протеиназы.

Надеемся, производство ферментных препаратов станет понятнее после прочтения этой статьи о источниках получения ферментов.