4. Промислові методи культивування продуцентів ферментів

Існує два методи: поверхневий і глибинний.

Поверхневий метод культивування

При поверхневому методі мікроорганізми розвиваються на поверхні твердого зволоженого поживного середовища, частіше це природний матеріал (пшеничні висівки, буряковий жом, кукурудзяні кочережки, та їх суміші). Для деяких спеціальних цілей мікроорганізми вирощують на поверхні розпарених зерен рису, сої та ін. Мікроорганізми потребують відповідних умов: t⁰ O₂, тому середовище рихле, шаром 2—5 см. Цей метод вимагає великих площ і багато ручних операцій.

Його переваги:

1. концентрація ферментів набагато більша (у декілька разів),

2. більша активність ферментів (для гідролізу 100 кг крохмалю необхідно 5 кг поверхневої культури і 100 л глибинної),

3. якщо не потрібне очищення ферментів — легко висушити і транспортувати (це спиртове виробництво, силосування трав),

4. менш енергоємне виробництво.

Найчастіше застосовують пшеничні висівки додаючи наповнювачі (індуктори), такі як солі N, P, солодові ростки, картопляний сік, кукурудзяний екстракт, дріжджовий гідролізат.

Технологічні етапи одержання ферментів поверхневим методом

1.Стерилізація суміші поживного середовища паром (0,2 — 0,3 атм, 45 — 60 хв.) у стерилізаторах. Для кращої стерилізації додають розчини H₂SO₄, HCl або формалін.

2.Тут же проводять зволоження, охолодження до t 38 — 40 °С і засів конідіями чистої культури штаму грибів. Охолодження здійснюють продуванням холодного повітря або кожухом (водою). Засівають сухою культурою спор, або зависсю у воді не відділеною від поживного середовища.

3.Засіяні висівки на спеціальному столі розкладають у простерилізовані кювети, які ставлять на етажерки, і на 36 — 48 год., у деяких випадках 48 — 56 год. направляють їх у камери пророщування, в яких t =30 — 32⁰С, 12% вологості.

4.Далі — подрібнення культури, висушування, упаковка. Забруднення конідіями — основна небезпека виробництва. Тому обладнання, вентиляція герметичні і стерильні.

Якщо необхідно очищати препарат ферментів то подрібнену культуру екстрагують водою і далі проводять операції як і при глибинному культивуванні мікроорганізмів.

Глибинний метод культивування

Механізований, автоматизований процес.

Розробка оптимального складу поживного середовища і співвідношення його складових, вибір найкращого і доступного індуктора— самий основний етап роботи. Джерело вуглецю: крохмаль, різні борошна, жом і дуже рідко — глюкоза, сахароза та ін вуглеводи. Часто проводять попереднє оцукрювання крохмалю, борошна до мальтози (клейстер з борошна). Як джерело органічних азотистих сполук використовують кукурудзяний екстракт, солодовий, дріжджовий автолізат і т. п. + мінеральні солі.

Етапи виробництва:

1. Стерилізація середовища (t 118 — 125 °C, 45 —60 хв.). Охолодження.

2. Посів культури при 30 °С. Посівний матеріал вирощують у посівних ферментерах об’ємом 5 — 10% від виробничих, на оптимальному поживному середовищі.

3. Біосинтез ферментів у глибинних культурах пліснявих грибів протікає 2 — 4 доби при безперервній подачі повітря і перемішуванні. Для гасіння піни застосовується стерильна олеїнова кислота та ін.

4. У випадку екзоферментів міцелій або бактеріальні клітини відділяють фільтруванням. Якщо внутрішньоклітинні ферменти, то проводиться спеціальна обробка. Наприклад, глюкозооксидозу Aspergillus niger виділяють після подрібнення міцелію і дії ферментів, які гідролізують стінки міцелію.

Технологічна схема глибинного культивування мікроорганізмів при виробництві ферментів за своїми принципами не відрізняється від схем виробництва антибіотиків, органічних кислот, амінокислот та ін. продуктів. Відмінні продуценти, поживні середовища, умови культивування. Послідовність операцій і обладнання схожі.