Питання для самоперевірки

1. Основні відмінності в технології світлого і темного солодів.

2. Режими ферментації і сушіння карамельного солоду.

3. Технологія житнього ферментованого солоду

4. Чому у спиртовому виробництві використовують суміш ячмінного і просяного солодів?

5. Утилізація відходів виробництва солоду.

6. Якими показниками характеризується ступінь забрудненості стічних вод?

7. Що таке біохімічне споживання кисню?

8. Способи очистки стічних вод.

Тема 8. Класифікація виробництв ферментних препаратів (ФП). Продуценти ФП і розмноження

засівної культури

План

1. Значення та властивості ферментних препаратів

2. Зберігання чистих культур продуцентів ФП і розмноження засівного матеріалу

3. Класифікація виробництв ФП

Значення ферментів у живій природі та багатьох галузях промисловості, сільському господарстві, медицині тощо важко переоцінити. Як каталізатори білкової природи вони в сотні тисяч разів прискорюють перебіг різноманітних біохімічних процесів, без них було б неможливе життя взагалі. Зокрема, коли йдеться про авітаміноз людського організму, то причина полягає в тому, що багато вітамінів є складовими частинами різних ферментів, недостатня кількість яких і сповільнює процеси метаболізму в організмі.

Ферменти синтезуються живими клітинами - рослинними, тваринними і мікробними. Однак, масштаб біосинтезу ферментів в макроорганізмі строго визначається його власними життєвими потребами і лише мікроорганізми здатні до зверхсинтезу ферментів. В даному розділі будуть розглянуті основні принципи одержання ферментних препаратів різного ступеню очистки і активності, які містять комплекси різноманітних ферментів, шляхом мікробного синтезу. Технологічні режими їх одержання розглядатимуться в узагальненому вигляді, без конкретизації щодо якогось певного штаму-продуцента чи ферментного препарату. В даний час використовують багато імпортних ФП. Про їх застосування, дозування тощо йтиметься у технологіях відповідних спеціалізацій.

1. Значення та властивості ферментних препаратів

В 1961р. на Міжнародному біохімічному конгресі прийнята класифікація ферментів, в основу якої покладено тип реакції, яку каталізує фермент. Збережено і їх тривіальні назви, що походять від назви субстрату, на який діє фермент, з закінченням на "-аза". Всі ферменти ділять на шість основних класів: 1) оксидоредуктази; 2) трансферази; 3) гідролази; 4) ліази; 5) ізомерази і 6) лігази.

Під ферментом розуміють речовини, які містять не менше 90% основної речовини, моноречовини, практично чисті.

Ферментні препарати (ФП) - це субстанція, що може містити різні ферменти від 0,1 до 80% залежно від ступеню очистки. Переважна кількість препаратів, які випускають різні фірми світу, є комплексними і містять крім основного ферменту значну кількість супутніх ферментів і білків. Тому ФП класифікують по назві основного ферменту в їх суміші в даному препараті: амілолітичні, протеолітичні тощо.

В Україні прийнята система назв ФП, в якій враховано назву основного ферменту, спосіб отримання і ступінь очистки. Перша половина слова -найменування препарату походить від скороченої назви основного ферменту, друга - від назви виду мікроорганізму - продуцента. Закінчується назва суфіксом “ін”. Наприклад, амілолітичні препарати, отримані з використанням культури Bacillus subtilis називають аміл-о-субтіл-ін (амілосубтілін). Далі пишеться індекс, який позначає спосіб виробництва і ступінь очистки ФП. При глибинному способі культивування продуценту ставиться буква Г, а при поверхневому - П. Якщо культура продуценту неочищена, то далі пишуть тільки букву X. Між буквами П, Г і X може стояти число, що означає ступінь очистки ФП. Індекс 2 означає рідкий неочищений концентрат вихідної культури; 3 - сухий ФП; 10 - сухі препарати, що отримані осадженням ферментів органічними розчинниками або солями. Індекси 15, 18 і 20 означають препарати, що частково звільнені не тільки від баластних речовин, а й від супутніх ферментів (з використанням ультрафільтрації, діалізу, зворотнього осмосу та інших складних і дорогих способів).

Продуцентами ФП можуть бути представники всіх таксономічних груп мікроорганізмів: бактерії, гриби, дріжджі та актиноміцети.

Переваги використання мікроорганізмів для одержання ферментів полягають в наступному:

- спектр ферментів, які вони синтезують, необмежений (до 1000 різних ферментів);

- виробництво не залежить від сезону, кліматичних умов;

- короткий цикл розвитку продуцентів (16-100 год.);

- як сировину використовують різні відходи або дешеві субстрати.

Застосування ФП дозволяє: прискорити протікання технологічних процесів, перевести їх на безперервний режим роботи; поліпшити якість продукції та здешевити її; поліпшити умови праці та підвищити її продуктивність.

Із загальної кількості ФП, що виробляються, 60 – 65 % приходиться на протеїнази (використовуються в синтетичних миючих засобах та ін.) та амілази (використовуються в процесах переробки крохмалевмістної сировини). По 5-8 % препаратів використовують в виробництвах хліба, пива, спирту, вина, сиру і біля 6 % - всі інші галузі.

Найбільш характерною властивістю ферментів є специфічність їх дії, яка означає, що кожен фермент розщеплює тільки якусь одну певну речовину або якийсь один тип хімічного зв’язку. Це дозволяє ціленаправлено діяти в складній суміші біополімерів тільки на необхідні сполуки. З другого боку, очевидна перспектива використання не тільки окремих ферментів, а і їх певних комбінацій, де була б представлена вся гама ферментів, необхідних для реалізації певної мети. Такі суміші ФП називають МЕК - мультиензимні комплекси (чи комбінації).

Активність дії ферментів залежить від багатьох факторів зовнішнього середовища. Найважливішими з них є температура і рН середовища, оскільки ферменти є білковими речовинами. Ферменти мікробного походження більш стійкі в порівнянні з ферментами солоду до низьких значень рН, що важливо для запобігання розвитку в середовищі сторонніх кислотоутворюючих бактерій. З підвищенням температури середовища оптимальне значення рН дії ферментів збільшується. Оптимальна температура для дії більшості гідролітичних ферментів – 30-70° С. При подальшому підвищенні температури відбувається теплова денатурація білкової частини ферменту. Іноземні фірми виробляють концентровані ФП, наприклад Termamyl, які відрізняються високою термостабільністю (до 90-95° С).

Швидкість більшості ферментативних реакцій прямо пропорційна концентрації ферменту. Активаторами ферментів є іони металів, що входять до складу їх простетичних груп, вітаміни, амінокислоти тощо. Усі ферменти інгібуються в результаті денатурації білка, осаджування солями важких металів, гідролізу лугами і кислотами. Інгібіторами є також продукти оксиметилфурфурольного розкладу цукрів, меланоїдини і карамелі.