Производство ферментов

Производство  ферментов

Основное большинство  используемых нами ферментов образуются отдельными видами микроорганизмов. Образуемые таким образов ферменты можно  получать практически в неограниченных количествах. Всё зависит от среды  содержания и обитания микроорганизмов, которое мы сами можем, при желании, контролировать.

Производство ферментов  в применении к широким нуждам людей было организовано в конце 19 века. Но только после середины 20 века с развитием биоинженерии стало  возможным реализовать все потребности  общества в ферментах и открыть  их массовое производство.

В прикладном применении для  проведения химической реакции фермент  берут в очень малых количествах.

В нашем организме за производство ферментов отвечает ДНК. Определённая последовательность структурных составляющих ДНК, встроенная в молекулу бактерии, позволит получить бактерии, которые  будут нам производить необходимый  фермент - как по строгой программе.

Производство ферментных препаратов осуществляется поверхностным  или глубинным способом. В основе поверхностного способа лежит выращивание  микроорганизмов на рыхлых питательных  средах. Этот способ используется для  культивирования микроскопических грибов. При глубинном способе  культивирования микроорганизмы выращиваются в толще жидких питательных сред. В этих условиях культивируют как  аэробные, так и анаэробные микроорганизмы. Из поверхностных культур труднее  получить высокоочищенные препараты, так как они содержат много  балластных веществ. Питательные среды  подбирают в зависимости от физиолого-биохимических  особенностей микроорганизма-продуцента и того фермента, который необходимо получить.

Получение ферментов с  помощью микроорганизмов более  выгодно, чем из растительных и животных источников. Микробные клетки продуцируют  более 2 тысяч ферментов, катализирующих биохимические реакции, связанные  с ростом, дыханием и образованием продуктов. Многие из этих ферментов  могут быть выделены и проявляют  свою активность независимо от клетки. Для получения ферментных препаратов используют как микроскопические грибы, так и бактерии и дрожжи. Иногда получение технического ферментного  препарата кончается проведением  процесса ферментации, однако активность ферментов в культуральной жидкости быстро снижается. Поэтому широко практикуют получение сухих технических  ферментных препаратов.

В мире производится около 20 ферментов в объеме 65 тыс. тонн (а  существует, как предполагают 25000 ферментов). Например, промышленным способом производят такие ферменты как амилаза, глюкоамилаза, протеаза, инвертаза, пектиназа, каталаза, стрептокиназа, целлюлаза и др.

Микробные ферменты активно  используют в клинической диагностике  при определении уровня холестерина  в крови и мочевой кислоты. Ферменты предлагают использовать для  очистки канализационных и водопроводных  труб и т.д. и т.п. Ферменты для  медицинских или аналитических  целей должны быть высокоочищенными.

В биологических объектах ферменты обычно находятся в фиксированном  состоянии на поверхности различных  клеточных структур - наиболее часто  на мембранах. Благодаря этому ферменты сохраняют свою активность длительное время. В технологии долгое время  применялись препараты свободных  ферментов; в таком состоянии  срок их использования был коротким - один производственный цикл. Для повышения  стабильности выделенных ферментов  используют технику иммобилизации, т.е. связывания ферментов на поверхности  нерастворимого в воде носителя, например, органических полимеров, стекла, минеральных  солей, силикатов и т.п. Иммобилизованные ферменты можно длительное время  использовать в биохимических реакторах  в условиях непрерывного процесса.

Иммобилизация и получение  связанных ферментных препаратов стала  возможным благодаря детальному изучению строения многих ферментов. Раскрыт  аминокислотный состав ряда ферментных белков, их пространственная конфигурация, выявлены активные центры, значение различных  функциональных групп в проявлении каталитической активности фермента и  т. д.

Познание роли ферментов  для всего живого на Земле послужило  основой для становления и  развития технологии ферментных препаратов как науки и для создания промышленного  производства наиболее широко используемых ферментных препаратов. Применение этих препаратов помогло существенно  изменить, интенсифицировать и усовершенствовать  многие существующие технологии или  даже создать принципиально новые  высокоэффективные процессы. Применение ферментных препаратов различной степени  очистки позволило не только улучшить показатели и выходы в различных  биотехнологических процессах, но позволило  усовершенствовать кормопроизводство, повысить усвояемость кормов, сделать  более целенаправленным и эффективным  действие синтетических моющих средств, улучшить качество косметических препаратов, создать целый арсенал специфических, чувствительных и точных аналитических  методов, наладить производство лекарственных  и профилактических средств для  медицинской промышленности и т. д.