Джерела отримання ферментів мікробного, тваринного та рослинного походження
Розглянемо виробництво ферментних препаратів з погляду джерел отримання ферментів. Промисловими джерелами для отримання ферментних препаратів можуть бути тканини тварин і рослин, і навіть мікроорганізми.
Ферменти тваринного походження
Ферменти тваринного походження були одними з перших ферментів, виділених у кристалічному стані, і саме вони стали об'єктами для розшифрування структури активного центру та механізму каталітичної активності. Сировиною для їх промислового виробництва можуть служити підшлункова залоза, що містить велику кількість різноманітних ферментів, зокрема хімотрипсин, колагеназу, еластин, трипсин, амілазу, ліпазу, слизові оболонки шлунків і тонких кишок свиней, сичуги великої рогатої худоби, сичужки молочних телят та ягнят, що містять ренін, та інші органи тварин.
Крім сировини, що збирається на м'ясокомбінатах, фахівцями Калінінградського державного технічного університету показано можливість отримання ферментів протеолітичної дії з двостулкових молюсків.
Ферменти рослинного походження
Як рослинні джерела для отримання ферментів може використовуватися пророщене зерно злакових культур – солод, який також може застосовуватися безпосередньо як неочищений ферментний препарат, в основному, амілолітичної дії.
У ДЕРЖНДІХП спільно з МГУПБ проводилися дослідження з використання у хлібопеченні пророщеної сої як джерела ферментів. Встановлено, що ліпоксигеназа, що входить до її складу, позитивно впливає на властивості тіста та якість хліба з борошна пшеничного вищого ґатунку.
У тропічних та субтропічних країнах для отримання ферментів, зокрема протеолітичноїгрупи використовують латекс динного дерева, латекс фікусових рослин, наприклад листя та пагони інжиру та сік зеленої маси ананаса.
Ферменти мікробного походження
Найперспективнішим джерелом ферментів є мікроорганізми. Як продуценти ферментних препаратів використовуються культури представників різних таксономічних груп – бактерій, актиноміцетів, мікроскопічних та вищих базидіальних грибів, серед яких можна знайти продуцента практично всіх ферментів, що беруть участь у кругообігу органічних речовин. Промисловістю налагоджено застосування як природних штамів мікроорганізмів, виділених із природних об'єктів, так і отриманих штучною селекцією із застосуванням мутагенів.
Перевагою використання мікроорганізмів для отримання ферментних препаратів є порівняно короткий цикл росту (16-100 год), невибагливість до складу живильного середовища, здатність легко перемикатися із синтезу одного ферменту на інший, а також генетична стабільність за ознакою синтезу ферменту.
Слід зазначити, що переважна кількість ферментних препаратів, що застосовуються в промисловості, є комплексними і містять, крім основного ферменту, значну кількість супутніх ферментів і білків, у зв'язку з чим у технології ферментів препарати часто класифікують за основним компонентом. Так, розрізняють амілолітичні, протеолітичні, ліполітичні, пектолітичні та інші види препаратів.
Як бактеріальні продуценти нейтральних і лужних протеолітичних ферментів у промисловості найчастіше використовуються різні штами бактерії роду Bacillus, зокрема Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus, Bacillus brevis, Bacillus cereus і Bacillus licheniformis.
Широко відомі якпродуценти протеолітичних ферментів мікроскопічні гриби роду Aspergillus, Rhizopus, Penicillium, Strepyomyces, Pseudomonas і Mycor, здатні синтезувати не тільки нейтральні та лужні, але й кислі протеази. Найбільш повно вивчені протеази у різних представників роду Aspergillus та Penicillium. Так, наприклад, встановлена молекулярна маса протеаз Penicillium wortmanii та визначені оптимальні умови їх дії, що знаходяться в температурному діапазоні 20-40 ° С та області рН від 6,0 до 9,0.
Значний інтерес викликають протеази, отримані з культур актиноміцетів, зокрема Actinomyces thermovulgaris, Actinomyces fradiae, Streptomyces griseus. Зазначені штами синтезують найбагатші комплекси протеаз з різною субстратною специфічністю та діють у широких діапазонах рН.
У літературі описано використання актиноміцетів як продуцентів кератинази, еластази, колагенази.
Однак дослідниками відзначається суттєвий недолік, що не дозволяє використовувати ферменти актиноміцетів у харчовій промисловості, суть якого полягає в тому, що ці мікроорганізми поряд з протеазами активно синтезують антибіотики.
Джерелами амілолітичних ферментів є бактеріальні та грибні культури. Найбільш активними продуцентами амілаз є гриби роду Aspergillus і Rhizopus, такі як Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Aspergillus awamory, Rhizopus delamar і Rhizopus niveus.
Мікробні продуценти амілолітичних ферментів активно вивчаються українськими вченими. Так, у ГУ ВНДІПАКК проведено розробку технології отримання комплексу амілолітичних ферментів грибної культури Aspergillus niger, які мають здатність зберігати активність у кислій ділянці рН при підвищених температурах.Максимальна активність зазначеного комплексу проявляється при температурі 55-60 ° С та рН 4,5-5,0.
Пектолітичні ферменти в промисловості отримують з використанням бактерії роду Clostridium і Bacillus, такі як Bacillus macerans, Bacillus polymyxa, Bacillus felseneus, Clostridium multifermentas, Clostridium felsineum і мікроскопічні гриби роду Aspergillus, Fusarium і Penici spergillus foetidus , Fusarium moliniforme , Penicillium digitatus , Penicillium е xpansum , Penicillium italicum .
Мікробними продуцентами ферментів, що руйнують целюлозу, є анаеробні бактерії роду Clostridium, а також мікроскопічні гриби роду Aspergillus, Trichoderma, Fusarium, Cellulomonas, Geotrichum, такі як Aspergillus amstelodamy, Aspergillus kongerus ma lignorum, Fusarium culmotum, Fusrium lini, Fusarium solani , Geotrichum candidum .
У літературі зустрічаються згадки про використання виробництва целюлаз мікроскопічного гриба Trichoderma viride, здатного також синтезувати ксиланазу, як супутній фермент. М.В. Гернет досліджено процес отримання целюлаз штаму Trichoderma longibranchiatum глибинним та поверхневим способом.
Найбільш перспективним методом отримання ферментів із джерел різного походження є сорбція на макропористих носіях – сорбентах, які не змінюють структуру ферментів.
В даний час з використанням тварин, рослинних та мікробних джерел світовою промисловістю випускається близько 250 найменувань ферментних препаратів.
Слід зазначити, що за статистичними даними за 2000 рік у нашій країні було випущено лише 7,5 тис. ум. т ферментів на рік, більшістьз яких поступаються за якістю та ціною світового рівня, за потреби близько 40 тис. т. Найбільшу питому вагу серед промислових ферментних препаратів займають препарати, що гідролізують білкові речовини – протеїнази.
Сподіваємося, виробництво ферментних препаратів стане зрозумілішим після прочитання цієї статті про джерела отримання ферментів.