Источники получения ферментов микробного, животного и растительного происхождения
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 е xpansum , 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.
что такое фермент ферменты что такое
Источник