Тема 1 Сущность налогов и их роль в

Классификацию и номенклатуру ферментов и ферментных препаратов.

Хромосомная теория наследственности.

Томас Морган и ученики предложили положения хромосомной теории наследственности.

Эта теория была основана на результатах гибридологического анализа, созданного Менделем, и использована Морганом в исследованиях на мушке-дрозофиле. Это удобный объект, так как имеет всего 4 пары хромосомм, быстро размножается.

Основные положения:

-Основная масса наследственного материала находится в хромосоме, которая располагается в ядре, но чась наследственного материала может располагаться в митохондриях(митохондриальные болезни), которые наследуются по материнской линии, в плазмидах бактерий, пластидах.

-Каждая хромосома содержит комплекс генов, образует группу сцепления. Число групп сцепления каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.

-Каждый ген занимает в хромосом определенный локус. Гены располагаются в линейной последовательности.

-Сцепление между генами может нарушаться в результате кроссинговера.

Кроссинговер -перекрест гомологичных ромосом и обмен генетическим материалом.

Условия выявления:

-Кроссинговер происходит на стадии пахинеи профазы первого мейоза.

-Кроссиновер обнаруживается только в том случае, если особь гетерозиготна.

-Выявляется между внутренними, не сестринскими хроматидами.

Для выявления кроссинговера проводится анализирующее скрещивание (с рецессивной гомозиготой).

Кросинговер не может быть больше 50%!!!!

По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов согласно иерархической классификации ферментов. Классификация была предложена Международным союзом биохимии и молекулярной биологии.

· Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза

· Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата.

· Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов.

· Лигазы, катализирующие образование химических связей между субстратами за счет гидролиза АТФ. Пример: ДНК-полимераза

· Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа

· Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ.

Будучи катализаторами, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакции, поэтому, например, лиазы способны катализировать и обратную реакцию — присоединение по двойным связям.

Номенклатура

Из более чем 2000 известных в настоящее время ферментов в промышленности используется около 30. Основная часть ферментов, поступающих на мировой рынок, приходится на долю гидролаз.

основным потребителем ферментов является пищевая промышленность. Главное место среди ферментов для пищевой промышленности занимают глюкоизомераза и глюкоамилаза, составляющие около 50 % рынка пищевых энзиматических препаратов.

Микроорганизмы - продуценты ферментов.

Для промышленного получения ферментных препаратов используют как природные штаммы микроорганизмов, выделенные из естественных объектов, так и мутантные штаммы. Продуцентами ферментов могут быть различные микроорганизмы: бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты. Микроорганизмы могут синтезировать одновременно целый комплекс ферментов, но есть и такие, особенно среди мутантных штаммов, которые являются моноферментными и образуют в больших количествах только один фермент.

Поскольку микробные ферменты являются малообъемными препаратами относительно невысокой стоимости, методы, применяемые для их производства, обычно осуществляются с использованием биореакторов. В большинстве случаев ферменты получаются при ферментации с одноразовой загрузкой, длящейся от 30 до 150 часов. В процессе выращивания продуцентов ферментов, последние могут

накапливаться внутри клеток или же секретироваться во внешнюю среду.

основными продуцентами ферментов в промышленных масштабах являются микроорганизмы относящиеся к роду Aspergillus и Bacillus.

АМИЛОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ

Амилазы находят применение почти во всех областях, где перерабатывается крахмалсодержащее сырье. Амилазы используют для осахаривания зернового и картофельного крахмала. Самым большим потребителем амилолитических ферментов является спиртовая и пивоваренная промышленности, где в настоящее время солод успешно заменяется амилолитическими ферментными препаратами. Эти препараты используются в хлебопечении, а также в крахмалопаточном производстве для получения различных видов паток и глюкозо-фруктозных сиропов. Высокоочищеииые амилазы применяются для аналитических целей в медицине. Амилолитические ферменты могут применяться в виде поверхностных и глубинных культур, жидких концентратов, сухих препаратов различной степени очистки.

ПЕКТОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ

Пектолитические ферменты широко используются в различных отраслях народного хозяйства. Процесс гидролиза пектиновых веществ имеет большое значение для переработки плодов, ягод и овощей. Использование пектолитических ферментов позволяет резко повысить сокоотделение при производстве осветленных соков из плодов и ягод, особенно из тех, которые не имеют собственных пектолитических ферментов и содержат повышенные количества пектина. Использование пектолитических ферментов позволяет на 5—25 % повысить выход сока с единицы перерабатываемого сырья, что дает очень высокий экономический эффект. При изготовлении фруктово-ягодных напитков с мякотью с помощью пектолитических ферментов можно сиять нежелательный желирующий эффект который не позволяет получать концентрированные жидкие соки из-за высокого содержания пектина. Пектолитические ферменты используются в виноделии для увеличения выхода сока из сырья и интенсивности окраски.

ЦЕЛЛЮЛОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ

Гидролиз целлюлозы дает глюкозу, которую можно использовать для производства пищевых и кормовых белковых препаратов, получать из нее спирт для энергетических целей, а также она может стать исходным продуктом для производства глюкозо-фруктозных сиропов. Целлюлолитические ферменты с успехом применяют в самых различных производствах (пивоваренная, пищеконцентратная промышленность, хлебопечение, кормопроизводство и др.), где сырьем являются растительные материалы или отходы переработки растений. Использование целлюлаз повышает выходы целевого продукта и позволяет подойти к созданию безотходных технологий.

ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ

Ферменты, обладающие способностью гидролизовать белки, широко используются в самых различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Протеиназы применяются в пищевой технологии, где идет процесс с использованием микроорганизмов. Введение в процесс протеиназ позволяет в результате гидролиза белков обрабатываемого сырья обеспечить дрожжам нормальные условия жизнедеятельности, что улучшает весь технологический процесс, особенно в пивоварении, спиртовой промышленности, виноделии. Внесение в тесто небольших количеств амилаз и протеиназ увеличивает газообразование, улучшает аромат, позволяет сократить процесс тестоведения. Широко применяются протеиназы для снятия различного рода белковых помутнений в пивоварении и виноделии и для ускорения фильтрационных процессов. В мясной, рыбной промышленности и в кулинарии используются не только микробные протеиназы, но и протеиназы, получаемые из растительного и животного сырья. Самая большая потребность в протеолитических ферментах связана с их использованием в составе синтетических моющих средств (СМС). Протеолитические препараты применяются для приготовления питательных и диагностических сред, для изготовления ряда лечебных сывороток и вакцин.

ПРЕПАРАТЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ГЛЮКОЗООКСИДАЗУ

Применение этих препаратов связано с необходимостью в ряде случаев удалять из продуктов глюкозу. При приготовлении яичного порошка или мясных изделий в высушенном состоянии происходит потемнение готового продукта в связи с образованием меланоидинов при высокой температуре (соединения глюкозы со свободными аминокислотами). Обработка продукта перед сушкой глюкозооксидазой позволяет перевести глюкозу в глюконовую кислоту, что исключает образование повышенной цветности в сухом продукте. Очищенные препараты глюкозооксидазы могут быть использованы как лекарственное средство при обработке наружных ран и ожогов.

ПРЕПАРАТЫ ГЛЮКОЗОИЗОМЕРАЗЫ

Полноценным заменителем сахарозы может служить инвертный сахар, который можно получить не только из сахарозы, ио и из крахмала путем последовательной обработки его ферментами. Наиболее часто в качестве источника глюкозоизомераз используют актиномицеты. В подавляющем числе случаев глюкозоизомераза является внутриклеточным ферментом, накопление которого в клетке совпадает с накоплением биомассы продуцентом и обычно соответствует 16—20 ч роста культуры. Буквально для нескольких продуцентов наблюдается выход глюкозоизомеразы во внешнюю среду, но он, как правило, совпадает с началом автолитических процессов в культуре и соответствует 3—7 сут роста микроорганизма.

ПРЕПАРАТЫ β-ФРУКТОФУРАНОЗИДАЗЫ

Препараты β-фруктофуранозидазы применяются в технологических процессах, где необходима инверсия сахарозы. Наиболее широко фермент используется в кондитерской промышленности. Эти изделия быстро черствеют при хранении, так как с потерей влаги наблюдается явление кристаллизации сахарозы. Если в рецептуру добавлять β –фруктофуранозидазу, то будет происходить медленный гидролиз сахарозы уже в готовой конфете. Есть данные по применению фермента в хлебопечении. Использование препарата улучшает аромат, пористость и внешний вид хлеба. Препараты фермента используются при приготовлении иивертных сиропов в ликероводочной и особенно в безалкогольной промышленности с концентрацией сахара до 72—73 %. Сиропы такой концентрации можно приготовить, не инвертируя сахарозу, но они очень быстро кристаллизуются, что затрудняет работу с ними. Фермент может использоваться как аитикристаллизатор при изготовлении сгущенного молока, искусственного меда, плодово-ягодных морсов, соков, экстрактов и варенья.

Технологические схемы получения ферментов.

Производство ферментных препаратов микробного происхождения может осуществляться поверхностным и глубинным методами.

Поверхностный метод заключается в культивировании микроорганизмов на поверхности увлажненной стерилизованной сыпучей питательной среды, размещенной в кюветах. Инкубацию микроорганизмов ведут в специальном термостатируемом цехе при постоянном контроле в нем температуры, влажности и расхода воздуха. Основные параметры поверхностного способа получения ферментов приведены на слайде.

Для выращивания продуцентов ферментов глубинным методом в промышленных условиях используют ферментаторы из нержавеющей стали, снабженные устройствами для перемешивания и подачи в жидкую питательную среду стерильного воздуха.

Глубинный способ ведения процесса имеет ряд существенных преимуществ перед поверхностным культивированием, т. к. позволяет существенно автоматизировать процесс, в ряде случаев значительно сократить объёмы отходов, проводить процесс непрерывно, сократить в 2 – 4 раза площади цехов, а также позволяет использовать анаэробных продуцентов.

Сначала ферментатор заполняют питательной средой, стерилизуют ее, затем засевают чистой культурой, подаваемой из специального генератора. Для предотвращения инфицирования в ферментере поддерживают повышенное давление наряду с оптимальными значениями рН, температуры, окислительно-восстановительного потенциала и другими условиями культивирования. Основные параметры глубинного способа получения ферментов приведены на слайде.

Культура микроорганизмов, выращенная поверхностным способом, и культуральная жидкость после глубинного культивирования содержат большое количество балластных веществ. Выделение и очистка ферментов – трудоёмкий и дорогостоящий процесс поэтому, если ферментный препарат можно использовать в виде неочищенной культуры микроорганизмов, его очистку не проводят. В таких отраслях, как спиртовая и кожевенная, целесообразнее использовать именно неочищенную культуру микроорганизма; то же самое можно сказать и об использовании культур микроорганизмов в сельском хозяйстве при приготовлении комбикормов и при непосредственной обработке кормов на фермах.

В большинстве отраслей пищевой промышленности (хлебопекарной, пивоварении, виноделии, сыроделии, крахмало-паточном и сокоэкстрактном производствах), а также в микробиологической промышленности и особенно медицине можно использовать только очищенные препараты ферментов, частич­но или полностью освобожденные от балластных веществ.

Исходным материалом для получения очищенных ферментных препаратов может служить фильтрат культуральной жидкости, реже – биомасса продуцента или водный экстракт из поверхностной культуры продуцента. Ферментные препараты могут быть получены в виде порошков или жидких концентратов. В процессе выделения происходит повышение доли активного белка в общей массе препарата, т. е. увеличивается его удельная активность.

Например, в таблице представлены основные этапы выделения высокоочищенной протеиназы из технического препарата Г3х. Эта схема позволяет получить с высоким выходом (до 22 %) очищенный препарат внеклеточной нейтральной протеиназы из В. subtilis, которая относится к металлопротеиназам.

Блок-схему получения ферментных препаратов.

Схема очистки фермента от балластных веществ сводится к освобождению его от нерастворимых веществ, сопутствующих растворимых веществ и других ферментов. Процессы получения очищенных препаратов из поверхностных и глубинных культур несколько различны. Из поверхностных культур труднее получить высокоочищенные препараты из-за большого количества балластных веществ. Из глубинных культур получить очищенные препараты несколько легче, но при этом приходится вести выделение из разбавленных растворов, если выделение ферментов проводится из жидкой части культуры. Выделение осложняется, если фермент внутриклеточный, и тогда необходимо разрушать клетки микроорганизмов.

Принципиальную схему выделения и очистки ферментов из глубинных и поверхностных культур микроорганизмов можно представить в виде следующей схемы.

Из нее ясно, что экстракт из поверхностной культуры или фильтрат культуральной жидкости является исходным материалом для получения препаратов ферментов различной степени очистки. На первом этапе выделения отходом процесса является нерастворимая часть культуры – биошрот, содержащий нерастворимые включения среды и биомассу продуцента.

- Далее в зависимости от свойств выделяемого фермента и сопутствующих ему балластных веществ при получении очищенных ферментных препаратов комбинируют различные приемы и методы, такие, как термическое фракционирование,осаждение органическими растворителями и солями, очистка на молекулярных ситах, ионообменная хроматография, электрофорез и др.

Технологическая схема получения очищенных ферментных препаратов

еще одна технологическая схема получения препаратов из поверхностной и глубинной культур в виде жидких концентратов, сухих технических препаратов, получаемых сушкой распылением, и препаратов, осажденных органическими растворителями.

Фильтрат охлажденной культуральной жидкости собирается в основном сборнике и по мере надобности передается в сборник небольшой вместимости перед поступлением в подогреватель вакуум-выпарной установки пленочного типа. Концентрат культуральной жидкости с содержанием сухого вещества 6 – 10 % поступает в сборник концентрата. Для получения сухого технического препарата концентрат направляют в башню распылительной сушилки 8. Сухой препарат через циклон 10,бункер 11 и шнек 12 попадает на стадию стандартизации, фасования и упаковывания.

Для получения более очищенного препарата концентрат из сборника подается на осаждение органическим растворителем. Предварительно концентрат охлаждают в теплообменнике до температуры 2 – 3 °С и подают через дозатор в осадитель. Одновременно в осадитель дозируется охлажденный растворитель. Образовавшийся осадок отделяют на сепараторе 16. Надосадочную жидкость направляют на регенерацию, а осадок – на промывку спиртом и повторное сепарирование. Промытый осадок высушивают в вакууме, измельчают, взвешивают, смешивают с наполнителем и направляют на фасование и упаковывание.

При получении ферментных препаратов из культур микроорганизмов, выращенных поверхностным способом, процесс очистки начинается с экстракции ферментов водой. Нерастворимый осадок высушивают и в виде сухого биошрота утилизируют на корм скоту.

Экстракт с содержанием сухого вещества 7 – 14 % при получении из него сухих препаратов не нуждается в дополнительном концентрировании и поэтому может быть сразу направлен на распылительную сушку с целью получения технического препарата, или же экстракт направляется в охладитель, а затем на осаждение органическими растворителями или солевыми растворами. Из экстракта можно получать стабильный жидкий концентрат с содержанием сухого вещества 50%, для чего экстракт направляют в сборник, затем в подогреватель и на вакуум-выпарную установку. Готовый жидкий концентрат фасуют в специальные емкости и направляют на склад готовой продукции. Из глубинной культуры можно также получать жидкие концентраты, например, методом ультрафильтрации.

Существуют многочисленные схемы получения ферментных препаратов различной степени очистки, вплоть до кристаллических и гомогенных препаратов. Такие схемы, созданные в различных странах мира, в большинстве своём очень сложны и сочетают в себе самые различные комбинации технологических приёмов. Поэтому давать какие-то общие рекомендации крайне трудно, и в каждом конкретном случае необходимо проводить кропотливые исследования на всех стадиях выделения фермента из данной культуры продуцента. Только в результате такой работы можно придти к практическим рекомендациям, которые будут справедливы только для данного фермента, данной культуры микроорганизма и для данной среды.

Дата добавления: 2013-12-13