Технологический процесс получения микробных ферментных препаратов

1.

БИОТЕХНОЛОГИЯ ФЕРМЕНТНЫХ
ПРЕПАРАТОВ: ПОВЕРХНОСТНОЕ
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
К.Х.Н. ДОЦЕНТ СЕДЯКИНА Н.Е.

2.

ТЕХНОЛОГИЯ
ПОЛУЧЕНИЯ
ФЕРМЕНТНЫХ
ПРЕПАРАТОВ ИЗ КУЛЬТУР МИКРООРГАНИЗМОВ
• Биотехнологическое
препаратов
производство
реализуется
поверхностным и глубинным.
двумя
ферментных
способами
–

3.

Технологический процесс получения микробных
ферментных препаратов включает три этапа:
• получение посевной культуры продуцента;
• производственное
культивирование
продуцента
глубинным или поверхностным способом при
параметрах, обеспечивающих максимальный выход
целевого продукта или продуктов ферментации;
• получение технических или очищенных ферментных
препаратов
из
культур
микроорганизмов
или
культуральной жидкости.

4.

ПОЛУЧЕНИЕ ПОСЕВНОГО
МАТЕРИАЛА
Производство ферментных препаратов на основе
поверхностного культивирования продуцентов

5.

ПОЛУЧЕНИЕ ПОСЕВНОГО МАТЕРИАЛА
Производство ферментных препаратов на основе
глубинного культивирования продуцентов

6.

Посевная доза продуцента
• Для
производственного
культивирования
микроскопических грибов в асептических условиях
достаточной является доза внесения спорового материала
0,02-0,05 %, при культивировании в неасептических
условиях – 0,2-1,0 % от массы питательной среды.
• При использовании мицелиальной массы посевную
дозу увеличивают до 1,5-2,5 %.

7.

ПРИ
ГЛУБИННОМ
КУЛЬТИВИРОВАНИИ
ПРОДУЦЕНТОВ
ПОСЕВНУЮ
ДОЗУ
УСТАНАВЛИВАЮТ:
для спорового материала 0,2-1,0 %,
для мицелиальной массы микромицетов и
для дрожжевых культур – 1,0-2,5 %;
для культур актиномицетов и бактерий – 5-6
%, а в отдельных случаях – до 15-20 %.

8.

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
ПРОДУЦЕНТА
Данный
этап
технологического
процесса
включает основные операции, характерные для
большинства биотехнологических производств.

9.

При
подборе
питательных
требованиями являются:
сред
основными
полноценность состава среды для роста продуцента и
синтеза целевого продукта;
дешевизна и доступность сырья, используемого в качестве
источников углерода, азота и минеральных веществ;
потребность
культивируемых
микроорганизмов
в
специфических индукторах синтеза того или иного
фермента.

10.

БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОБНЫХ
ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
ПОВЕРХНОСТНЫМ СПОСОБОМ
Особенности состава питательных сред для
поверхностного культивирования
Посевной материал может быть трёх видов:
- культура, выросшая на твердой питательной среде;
- споровый материал;
- мицелиальная
способом.
культура,
выращенная
глубинным

11.

БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОБНЫХ
ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ
ПОВЕРХНОСТНЫМ СПОСОБОМ
• В качестве основы питательной среды может быть
использован нерастворимый остаток культуры после
экстракции ферментов (биошрот) при условии его
обогащения крахмалом и другими ростовыми веществами.
• Среды
для
поверхностного
культивирования
стандартизуют по содержанию крахмала (16 – 20 %).

12.

Примеры производственного культивирования
продуцентов ферментов поверхностным способом
Фермент
Продуцент
Состав среды
α-амилаза
Aspergillus oryzae
Пшеничные отруби
с добавлением до
25%
солодовых
ростков; влажность
среды (40-50) %
Aspergillus
awamori
пектолитические ферменты
Aspergillus niger
Aspergillus
awamori
Параметры
ферментации
t = (40-45) оС
τ = (36-48) час.
рНнач. = 4,0-5,0
Жом свекловичный
t = 30 оС первые
(66-70%),
отруби 40 час., затем 24 оС
(30-35%),
добавки
τ = (36-48) час.
Aspergillus foetidus (NH4)2SO4, NH4Cl,
рН нач. = 4,0-5,0
(NH4)2HPO4; влажность среды (55-60)
%

13.

Примеры производственного культивирования
продуцентов ферментов поверхностным способом
целлюлазы
Trichoderma
reesеi
Trichoderma
lignorum
Trichoderma
longibrachiatum
гемицеллюлазы
Aspergillus
foetidus
Trichoderma
roseum
протеиназы
Aspergillus oryzae
Aspergillus flavus
Rhizopus oryzae
Пшеничные отруби
(60-80%), солодовые
ростки
(20%),
добавки
свекловичного жома;
лузги
зерновых;
соломы
и
др.;
влажность среды (6065) %
Зерновая
шелуха
(45%),
солодовые
ростки
(45%),
дрожжевой автолизат
(10%);
влажность
среды (55-60) %
Пшеничные отруби с
добавлением
до
солодовых ростков,
соевой муки и др.;
влажность среды (6265)%
t = (35-40) оС
τ = (55-65) час.
рНнач. = 4,0-4,5
t = (23-25) оС
τ = (50-65) час.
рНнач. = 5,0-5,5
t = (40-45) оС
τ = (36-48) час.
рНнач. = 5,6-6,2

14.

ПОВЕРХНОСТНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
• Ферментация 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.

15.

Преимущества поверхностной культуры:
- значительно более высокая конечная концентрация
фермента на единицу массу среды (при осахаривании
крахмала 5 кг поверхностной культуры заменяют 100 кг
культуральной жидкости),
поверхностная
культура
относительно
легко
высушивается, легко переводится в товарную форму.

16.

ПОВЕРХНОСТНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
• Рост делится на три периода, примерно равных по
времени.
• Для создания благоприятных условий роста и
развития
продуцента
необходима
аэрация
и
поддержание оптимальной влажности (55-70%).
• Выросшая в неподвижном слое при поверхностном
культивировании культура представляет корж из
набухших частиц среды, плотно связанных сросшимся
мицелием.

17.

ПОВЕРХНОСТНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
• Применяемые в промышленности колонные аппараты
объемной аэрации еще более улучшают процесс
твердофазной ферментации. Такой аппарат разделен на
секции перфорированными пластинами, закрепленными
на поворотных осях.
• Дробление и сушка завершают обработку препарата.

18.

19.

ПОВЕРХНОСТНОЕ КУЛЬТИВИРОВАНИЕ
• Порошок
упаковывают
в
крафт-мешки
с
полиэтиленовой прокладкой по 15—30 кг, снабжают
этикеткой с указанием препарата и его активности и
отправляют потребителю.
• В основном ферментные препараты выпускаются в
очищенном виде, после соответствующих операций,
повышающих удельную активность и потребительские
свойства продукта.
• Операции очистки мало связаны со способом
культивирования продуцента и одинаковы для ферментов,
полученных поверхностным и глубинным способом.

20.

ВЫДЕЛЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫМ СПОСОБОМ
Ферментные препараты, полученные
способом, выделяют из коржа.
поверхностным
Процесс проходит в несколько стадий:
1. Дробление.
2. Экстракция.
3. Очистка фермента после экстракции.
4. Сушка готового ферментного препарата.

21.

ВЫДЕЛЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫМ СПОСОБОМ
• Ферменты,
полученные
путем
твердофазной
ферментации в основном имеют невысокий уровень
очистки и используются в сельском хозяйстве и пищевой
промышленности.