SlideShare a Scribd company logo
1 of 52
1
ТЕХНОЛОГІЇ МІКРОБНОГО
СИНТЕЗУ ЛІКАРСЬКИХ
ЗАСОБІВ
ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. «Технології
отримання ферментних препаратів»
Тема 3. ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ЕТАПИ
ВИРОБНИЦТВА ФЕРМЕНТНИХ
ПРЕПАРАТІВ. Культивування м/о для
одержання ферментів. Екстрагування
ферментів з поверхневих культур.
Осадження ферментів.
2
Переваги мікробіологічного синтезу
ферментів:
• мікробні клітини продукують більше 2 тисяч
ферментів;
• використовується дешева сировина для
поживного середовища;
• короткий час отримання ферментів;
• великі обсяги виробництва.
Це робить виробництво економічно
доцільним та рентабельним.
3
Способи культивування м/о для отримання
ферментів:
• поверхневий ;
• глибинний;
• гетерофазний методи культивування.
Поверхневий – використовуються для
отримання амілолітичних, протеолітичних,
целолютичних ферментів. Продуценти –
мікроміцети Aspergillus orizae,
Asp.awamory, Asp.foetidus, Trichotecium
rozeum).
4
Переваги – простий, продукт
отримується у концентрованому вигляді.
Недоліки – обмеженість продуцентів
(переважно використовується для
мікроміцетів), неможливість проводити
оперативний контроль і втручання в процес
культивування.
Вихідна культура готується у вигляді
засівного матеріалу трьома способами: на
твердому середовищі; на рідкому
середовищі; у вигляді спор.
5
Твердофазне поживне середовище подрібнюють,
змішують, зволожують та стерилізують. Вологість ПС
після стерилізації 65-5%.
Для зволоження використовують слабкі
розчини соляної, сірчаної та молочної кислот. рН
культивування мікроміцетів - 4,5-5,0.
Найбільш розповсюджені складові поживного
середовища: соєве борошно, крохмаль, кукурудзяний
екстракт, меляса, солодові паростки, буряковий
жом, біомаса інших мікроорганізмів або
ферментолізати біомаси бактерій.
6
Охолоджене ПС засівають посівним
матеріалом і розкладають по кюветам шаром
20-30 мм, потім їх розміщують на етажерках
та поміщають у ростильні камери.
Температура культивування – 28-32 °С;
Час ферментації – до 5 діб;
7
Процес культивування проходить в 3 стадії:
• набухання конідій та їх проростання триває 12
годин. Аерація - 4-5 обсягів повітря на 1 обсяг
камери за годину.
• фаза активного росту міцелію триває 12-40 годин.
Відбувається інтенсивне споживання поживних
речовин, аерація становить 30-60 обсягів на 1
обсяг камери за 1 годину. Температура знижується
на 2-3ºС.
• фаза накопичення фермента. Температура
знижується на 3-4 ºС і повітрообмін в 5 разів
нижчий, ніж в попередній фазі.
8
Після закінчення культивування культуру
підсушують і з кювет вона надходить до
загального бункера, з якого поступає на
подрібнення. Після цього культура
надходить на стадію екстракції фермента.
Всі наступні операції пов’язані з
відділенням ферментного білка від
баластних речовин – це є залишки
поживного середовища (неутилізовані
джерела поживних речовин), продукти
метаболізму клітини, самі клітини (біомаса).
9
Гетерогенне культивування
відрізняється від глибинного наявністю
твердої фази в поживному середовищі. Ця
тверда фаза дозволяє підвищити
ефективність процесів завдяки роботі
продуцента в імобілізованому стані і
підвищити рівень масообмінних процесів.
Негативом є те, що наявність нерозчинної
фази призводить до неможливості
використання безперервного способу
стерилізації поживного середовища.
10
Глибинне культивування
Найбільш широко використовуємий спосіб
отримання БАР, в тому числі і ферментів.
Переваги – необмеженість в асортименті
продуцентів, можливість оперативного контролю
процесу культивування і при необхідності
можливість втручання в процес. Недоліки –
отримання дуже розбавленої системи
(концентрація цільового продукту незначна).
Приготування засівного матеріалу відбувається в
рідкому стані.
11
12
Засівний матеріалу готується в рідкому стані.
При використанні культури з великою питомою
швидкістю росту засів може здійснюватися з колб.
Якщо питома швидкість росту є невелика, а об’єм
поживного середовища значний, то
використовують інокулятори першого, другого та
третього ступенів. Поживні середовища для
інокуляції і ферментації дуже часто ідентичні.
При отриманні гідролітичних ферментів потрібно
мати на увазі, що більшість з них є
індуцибельними, тому до складу середовища
обов’язково включають речовину, яка є індуктором
синтезу ферменту.
13
Наприклад, для отримання галактозидази в
середовище вводять лактозу.
Поживне середовище має бути сбалансоване по
співвідношенню С та N. Дефіцит одного з цих
компонентів не може бути компенсовано за
рахунок іншого. Для більшості продуцентів
ферментів оптимальне значення співвідношення
C:N знаходиться в межах 18 – 34.
Для ауксотрофних мікроорганізмів необхідним є
введення в середовище ростових речовин та
вітамінів необхідних для його розвитку, а також
макро- та мікроелементів (іонів металів).
14
Потреба мікроорганізмів-продуцентів у макроеле-
ментах забезпечується введенням відповідних
солей, мікроелементів – водогінною водою,
рослинними відварами і інше.
В якості компонентів поживного середовища при
глибинному культивуванні доцільно
використовувати:
• відвари і гідролізати рослинних відходів (висівки,
солодові ростки, буряковий жом і інше), а також
фільтрати спиртової барди, гідролізати
мікробної маси. Речовини, які не містять
нерозчинних компо-нентів. Поживні середовища
готують на водогінній воді, вміст сухих речовин в
них коливається в межах 2,5 – 20,0%.
15
Приготовлене ПС обов’язково
стерилізують, як правило, гострою парою.
Для засіву виробничого середовища при
глибинному культивуванні засівний
матеріал готують також глибинним
способом
Засівний матеріал вносять в ферментер в
кількості від 1 до 15%, яка залежить від
питомої швидкості росту продуцента. Чим
вона менша , тим більше концентрація.
16
Процес ферментації передбачає здійснення
технологічного, хімічного та мікробіологічного
контролю.
• технологічний: дотримання всіх параметрів (тиск,
температура тощо), що прописані в регламенті.
• хімічний – контроль складу готових ПС на вміст
речовин, джерелом яких ця сировина є, визначен-
ня накопичення ферменту в процесі ферментації.
• мікробіологічний – контроль за ростом і
розвитком продуценту, а також визначення наяв-
ності сторонньої мікрофлори на всіх стадіях від
поживного середовища до закінчення ферментації.
17
Час культивування
Найбільш тривалим є культивування актиноміцетів
і мікроміцетів. Закінчення часу глибинного
культивування визначається за:
- накопиченням цільового продукту ;
- зміною рН (як правило);
- за закінченням регламентного часу.
Середній час культивування при біосинтезі
ферментів коливається від 48 годин до 6 діб в
залежності від виду продуцента.
18
19
Назва параметру
Значення параметрів
Поверхневе культивування Глибинне культивування
Основні продуценти
Мікроскопічні гриби родів
Aspergillus, Rhizopus, Penicillium,
Mucor, Fuzarium
Мікроскопічні гриби родів Aspergillus,
Rhizopus, Penicillium, Mucor, Fuzarium,
бактерії родів Bacillus, Clostridium
Компоненти
поживного
середовища
Пшеничні висівки, солодові ростки,
буряковий жом, (вологість 58-60%)
Кукурудзяне борошно, крохмаль,
патока, гідролізати рослинної сировини
і казеїну (вміст сухих речовин від 1,5 до
15,5%, рН 3,5 - 8,5)
Температура
культивування
30-32°С 28-30°С 26 - 32°С для грибів
32 - 37°С для бактерій
Режим аерації
Кондиціоноване повітря вологістю
99-92% і температурою 30-32°С,
витрата 0,1-0,2 м3
/кг*год
1-2 об’єми повітря на 1 об’ єм
культуральної рідини за хвилину
Тривалість
культивування
Від 36 до 52 год в залежності від
продуценту
Від 48 до 144 год в залежності від
продуценту
Основні параметри культивування продуцентів для одержання
ферментів
1. Виділення ферментів
Відповідно до технологічної схеми отримання
ферменту процесу його виділення визначається
як способом культивування (поверхневий або
глибинний), так і його типом: ендоферменти або
екзоферменти.
Оскільки ферменти представляють собою
спеціфічні білки, тому зразу після закінчення
процесу біосинтезу настає явище їх інактивації.
Це призводить до виробничих втрат готового
продукту, тому вибір методів виділення ферментів
є складним технологічним завданням від рішення
якого залежить економічність виробництва в
цілому.
20
Втрати, що виникають при виробництві
ферментів можуть відбуватися з двох причин:
• механічні (унос, усушка, налипання) втрати
білка;
• втрати, що відбуваються за рахунок
зниження активності фермента
(інактивації).
Зважаючи на те, що всі ферменти – лабільні
речовини, вони можуть втрачати свої
властивості до каталізу реакцій під впливом
найрізноманіт-ніших факторів – таких як
температура, рН та ін.
21
процедуру виділення і очистки
ферменту.
Залежно від ступеню очищення кінцевого
продукту сумарні втрати можуть складати
80% і вище. Наприклад, при отриманні
наступних ферментних препаратів втрати
складають:
• Г3Х і П3Х - 28-55%,
• Г10Х та П10Х – 40-63%,
• Г20Х і П20Х – 55-80%.
22
Для запобігання втрат використовують
охолодження на всіх стадіях, де це можливо,
наприклад, на стадії зберігання КР після
ферментації або після екстракції та фільтрування.
Окремою ефективною мірою запобігання
інактивації ферментів є дія речовин, що
стабілізують молекулу фермента. Це, як правило,
субстрати ферментів, наприклад, для
стабілізації амілолітичних ферментів
використовують крохмаль. Стабілізатори часто
служать водночас і наповнювачами, тобто
речовинами, які дозволяють випускати ферментні
препарати з певною активністю.
23
1.1.Екстрагування ендоферментів з поверхневих
культур
Всі ферменти є водорозчинними білками, тому
найкращим екстрагентом для них є вода. Для
видалення ферментів з дріжджових та
бактеріальних клітин їх необхідно зруйнувати
використовуючи механічні, хімічні або біологічні
методи, оскільки їхні клітинні стінки мають високий
дифузійний опір.
Оболонки міцеліальних клітин мають низький
дифузійний опір, тому дезінтеграція клітин грибів
непотрібна.
24
Серед небажаних процесів, що можуть
відбуватися після дезінтеграції клітин, – протеоліз
власними клітинними протеазами цільового
ферменту. Цей процес може відбуватися навіть
при підтриманні низької температури, особливо
при очищенні ферменту, оскільки після видалення
супутніх білків фермент стає єдиним субстратом
протеази. Інактивацію протеаз здійснюють
обробкою клітинного екстракту специфічними
інгібіторами-комплексонами (ЕДТА, о-фенантролін,
оксихінолін), солями ртуті або срібла. Протеази
можуть бути видалені також сорбцією на афінних
сорбентах.
25
1.2. Осадження ферментів
Переважна більшість промислово важливих
ферментів є водорозчинними білками. Розчинність
білка визначається розподілом гідрофобних і
гідрофільних залишків на поверхні молекули.
Змінюючи деякі властивості білкових розчинів
(температуру, іонну силу, рН, додавання
нейтральних солей, водорозчинних органічних
сполук або інших інертних речовин), можна
вплинути на гідратний або сольватний шар і
викликати агрегацію білкових молекул і випадання
їх в осад.
26
1.2.1.Осадження ферментів органічними
розчинниками
Ефект осадження білків пов'язаний з тим, що в
присутності органічного розчинника знижується
активність води. Діелектрична постійна
розчинника знижується, відбувається витіснення
молекул води з поверхні білкової молекули та їх
часткова імобілізація молекулою органічного
розчинника внаслідок гідратації білка. Молекули
води, розміщені на гідрофобних ділянках поверхні
білка, заміщюються на молекули органічного
розчинника. При цьому розчинність білків
знижується, відбувається агрегування і осадження
білкових молекул.
27
Органічний розчинник, який використовують для
осадження, повинен повністю змішуватися з водою
і не зв'язуватися з ферментом. Найбільш широко
для осадження ферментів використовуються
етиловий спирт, ацетон і ізопропіловий спирт.
Найбільш придатними для виробництва є етанол і
ізопропанол, менше – ацетон. Найбільш
перспектив-ним вважається осадження ферментів
ізопропано-лом при його концентрації (52 –53%).
Розчини деяких іонів може мати стабілізуючу дію
на фермент. Так, іони Са+2
здатні до зберігання
активності α-амілази, протеїназ, глюкоамілаз;
захисною дією характеризую-ться іони магнію,
марганцю, кобальту.
28
1.2.2. Фракційне розділення ферментів
органічними розчинниками
Різна розчинність ферментів в органічних
розчинниках дозволила розробити способи їхнього
розділення.
При різних концентраціях органічного розчинника
виділяють різні ферменти. Наприклад, метод
фракційного осадження амілолітичних і
протеолітичних ферментів з екстрактів культури A.
oryzae за допомогою етилового спирту.
29
Суть метода: За концентрації спирту в розчині
50% осаджується 70 – 80% протеаз, а амілази
осаджуються лише на 5%. Підвищення
концентрацій спирту в розчині не приводить до
збільшення кількості осаджених протеаз, а амілази
майже на 100% осаджуються за концентрації
спирту 70%.
30
1.2.3. Осадження ферментів висококонцентро-
ваними розчинами солей (висолювання)
Процес висолювання ферментів в основному
залежить від ступеня гідрофобності білкової
молеку-ли. На гідрофобних ділянках молекули
білка при контакті з водою відбувається утворення
шару, що складається з орієнтованих молекул
води.
При імобілізації води молекулами небілкової приро-
ди вони починають взаємодіяти і відбувається їхня
агрегація. Відомо, що іони солей гідратуються, і
при додаванні значної кількості солі відбувається
зв’язу-вання води, при цьому білок частково
звільняється від води і створюються умови для
агрегації білкових молекул.
31
При осадженні ферментів зі складної суміші
різноманітних білків має місце явище
соосадження. Після дегідратації білкових молекул
в розчині солей молекули білка агрегують не з
ідентичним, а з будь-якими іншими клейкими
молекулами, що знаходяться поблизу. Це
приводить до отримання препаратів, збагачених
різними супутніми речовинами. Проте при
висолюванні можна досягти не лише осадження
всього комплексу ферментів, але і його фракціону-
вання. Для висолювання в основному використо-
вуються нейтральні солі лужних металів.
32
Висолюючий ефект різних іонів залежить від їх
іонної сили. Для висолювання можуть бути
використані сульфат амонію, сульфат натрію,
сульфат цинку і хлористий натрій. Найчастіше
використовують сульфат амонію, рідше -
хлористий натрій. Звичайно осадження ведуть
розчином з концентрацією солі 0,5 – 0,9 від
повного насичення, але і в цьому випадку в
препарати переходить від 20 до 80% солі від маси
осаду.
33
Суть процеса - сіль подрібнюють і поволі додають
невеликими порціями при постійному
перемішуванні, щоб уникнути локальних зон
підвищення концентра-ції солі в розчині. Після
введення останньої порції солі перемішування
необхідно продовжити ще 20 – 40 хв до досягнення
повної рівноваги між розчинени-ми і агрегованими
білками. Утворення осаду почи-нається із слабкого
помутніння яке поступово переходить у суспензію
із зваженими пластівцями. Процес формування
осаду залежить від температу-ри, об'єму рідини рН
середовища і може тривати від 20 – 40 хв. до
декількох годин.
34
1.2.4. Осадження ферментів органічними
полімерами
Білки можуть агрегуватися без денатурації під дією
різних високомолекулярних нейтральних
водорозчин-них полімерів. Для осадження і
виділення ферментів використовуються
декстрани і поліетіленгліколь двох типів з
молекулярними масами 6000 і 20000. Осадження
білків в розчинах ПЕГ схоже з їх осадженням в
органічних розчинниках.
Поліетіленгліколь можна додавати у вигляді (50%)
водного розчину до вмісту його в суміші 6 – 12%.
Процес можна проводити при кімнатній
температурі, оскільки ПЕГ має на білок
стабілізуючу дію.
35
1.2.5. Осадження ферментів шляхом вибіркової
денатурації
Цей спосіб виділення прийнятний лише для
стабільних ферментів, які зберігають стійкість за
екстремальних умов. Наприклад, глюкозоізомерази,
яка витримує температуру до 90-95°С. Для
проведен-ня вибіркової денатурації використовують
три фактора: високу температуру, рН і дію
органічних розчинників, які можна застосовувати
окремо або комбінувати їх. Вибіркова денатурація
під впливом рН – більш розповсюджений прийом
очищення і фракціонування ферментів, ніж термічна
денатурація. Суть методу полягає в тому, що за
екстремальних значень рН відбувається
денатурація нецільових білків, а цільовий фермент
залишається в розчині 36
1.3.Очищення ферментів методом адсорбції
Ферменти і інші білки здатні адсорбуватися на
різних нерозчинних речовинах. Ця властивість
використовується для розділення суміші білків і
очищення ферментів, особливо в лабораторній
практиці для отримання високоочищених і
гомогенних ферментів.
Найважливішими адсорбентами білків є різні
іонообмінники: гелі фосфату кальцію, гелі
гідроксиду алюмінію і різноманітні афінні
адсорбенти, які створюються для певного виду
ферментів.
37
Незалежно від механізму розділення білків –
адсорбції, іонного обміну, вибіркової спорідненості
до імобілізованих на носії лігандів – техніка
розділення і очищення ферментів майже однакова.
Розчин, який містить цільовий фермент,
наноситься на колонку, заздалегідь урівноважену
розчинником. Потім через колонку пропускають
буфер визначеного складу. Елюат, що виходить з
колонки, збирають по фракціях, які є початковим
матеріалом для отримання відповідного ферменту.
38
1.3.1. Іонообмінна хроматографія
В іонообмінниках білки зв’язуються за допомогою
електростатичних сил, що виникають між заряд-
женими поверхнями білків і щільними кластерами
заряджених груп самого іонообмінника. Типові
іоно-обмінники – диметиламіноетилцелюлоза,
карбоксиметилцелюлоза – в набряклому стані
маю-ть ступінь модифікації до 0,5 ммоль/смЗ
, що
відпові-дає 0,5 М концентрації заряджених груп.
Ці заряди в колонці нейтралізуються іонами
протилежного знаку (іони металів, іони хлору,
буфера і т. д.). Cумарний заряд білка має той же
знак, що і протиіон, і білок при проходженні через
колонку витісняє саме ці протиіони.
39
Після адсорбції потрібного білка на колонці
здійснюється його елюція. Крім того, теоретично
існує ще два методи елюції білків:
• зміна рН буфера до величини, при якій зв'язок з
білком слабшає;
• підвищення іонної сили, що спричинює ослаблення
електростатичної взаємодії між адсорбентом і
білком.
Недоліки першого метода - при недостатньо
високій буферній місткості різка зміна рН в процесі
елюції приводить до поганого розділення суміші
білків і інших речовин.
40
Для елюції ферментів другим методом достатньо
широко використовують сольові градієнти,
звичайно хлориди калію або натрію. У присутності
іонів солі сила притяжіння між вільним білком і
адсорбентом послаблюється і білки починають
рухатися до виходу з колонки.
Афінная елюція здійснюється шляхом введення
в колонку з ферментом специфічного ліганда, який
вибірково зв'язується з адсорбованим білком. При
цьому коефіцієнт розподілу різко знижується і
білок разом з лігандом видаляється з колонки.
Найбільша складність - це знайти ліганд, який би
міг впізнати потрібний фермент і зняти його з
сорбенту.
41
1.3.2. Афінна адсорбційна хроматографія
Її суть полягає в тому, що багато БАР, зокрема
ферменти, мають виняткову здатність специфічно і
оборотньо зв’язуватись з іншими речовинами, які
прийнято називати афінними лігандами. Якщо
такий ліганд ковалентно з'єднати з нерозчинною
інертною матрицею, то вийде специфічний
адсорбент, на якому будуть адсорбуватися лише
ферменти, що мають спорідненість до даного
ліганду. Решта речовин і білки будуть транзитом
проходити через колонку.
42
Абсолютно специфічним адсорбентом для будь-
якого ферменту або білка є антитіла до цього
білка, які зв'язані з нерозчинною матрицею.
Антитіла характеризуються високою вибірковістю
лише до тих білків, проти яких вони були одержані.
При викори-станні іммуноадсорбента можна
одержати препарати ферменту чистіші порівняно з
іншими типами афінних адсорбентів.
Іммуноадсорбенти - це спеціалізовані
біоспецифічні адсорбенти. Складність отримання
антитіл затримує широке впровадження цього
способу очищення і виділення ферментів, але
технологія отримання моноклональних антитіл
може в найближчий час дати розвиток цьому
способу очищення ферментів.
43
1.4. Мембранні методи очищення ферментів
До мембранних методів очистки належать діаліз,
електродіаліз, до баромембранних методів –
зворотній осмос, ультрафільтрація,
мікрофільтрація.
1.4.1.Діаліз - процес очищення розчинів високо-
молекулярних речовин (ферментів, білків) від
розчинених в них низькомолекулярних речовин за
допомогою напівпроникної мембрани. Мембрани
для діалізу виготовляють з пергаменту,
армованого целофану і інших матеріалів.
З одного боку мембрани знаходиться початковий
розчин, з іншої – чиста вода. Присутні в розчині
низь-комолекулярні речовини шляхом дифузії
проходять через мембрану і віддаляються разом з
водою.
44
Білки або інші високомолекулярні речовини,
молекули яких більше отворів мембрани,
залишаю-ться в розчині, і, таким чином, їх розчин
очищається від низькомолекулярних домішок.
Ступінь очищення залежить від співвідношення
кількостей води і діалізуємого розчину, тривалості
діалізу і коефіцієнта дифузії. Так, при діалізі
ферментного розчину протягом 24 год і співвідно-
шення розчину і води 1:50 кількість домішок
(вуглеводів, амінокислот, зольних елементів і ін.)
зменшується в 3,5—4 рази, а активність ферменту
на 1 г сухих речовин зростає в 2,7—3,0 разу.
45
Швидкість процесу дифузійного перенесення
речовин при діалізі невелика. Вона значно вище
тоді, коли домішки, що видаляються, заряджені.
Для заряджених частинок застосовують
електродіаліз. Він полягає в пропусканні
постійного електричного струму через діалізуємий
розчин. При цьому позитивно заряджені іони
рухаються через одну мембрану до катода, а
негативні іони — через іншу мембрану до анода.
Щоб уникнути зворотної дифузії при електродіалізі
використовують селективні мембрани, проникні
тільки або для аніонів, або для катіонів.
електродіаліз не можливо використати при
виділенні ферментів, що містять іони металів (α-
амі-лази, β-галактозідази), бо втрачають активність
при електродіалізі.
46
47
Електродіаліз
Електродіаліз використовують для знесолювання. Наприклад, для знесолення
морскої води.
Баромембранні процеси – процеси розділення
високомолекулярних речовин від
низькомолекуляр-них через напівпроникні мебрани
під дією різниці тисків. Зворотній осмос і
ультрафільтрація – це перенос молекул під
тиском вище осмотичного, при якому розчинник
(вода) проходить крізь мембрану, а розчинена
речовина в залежності від її молекулярної маси
частково або повністю затримується. Швидкість
цих процесів буде тим вищою, чим вища різниця
між робочим тиском і осмотичним тиском.
Баромембранні методи класифікуються за
розміром пор мембран: зворотній осмос (<0,001
мкм); ультрафільтрація (від 0,01 до 0,1 мкм);
мікрофіль-трація (від 0,1 до 1 мкм); тонка
фільтрація (<10 мкм). 48
.
49
Загальний вигляд ультрафільтраційної установки з порожніми волокнами
2. Стабілізація та стандартизація ферментних
препаратів
З метою зберігання і подальшого використання
ферментних препаратів в процесах їхнього вироб-
ництва проводять стандартизацію і стабілізацію.
Стандартизація - це процес отримання
препаратів із заданою ферментативною активністю
шляхом доведення активності ферменту до
стандартів, відповідно вимогам ДСТУ, ТУ. Для
цього використо-вують різні нейтральні
наповнювачі – крохмаль, лактоза. Важливо, щоб
наповнювач був стосовно ферменту
стабілізатором, а не просто інертною речовиною.
50
При змішуванні готового сухого препарату з напов-
нювачем необхідно, щоб вони мали однаковий сту-
пінь подрібнення і вологість не більше 10 – 12%.
Кількість наповнювача можна розрахувати за
формулою: S= a ·b / (c – b),
де S – кількість наповнювача, необхідна для отри-
мання стандартного за активністю препарату, кг; a
– активність вихідного препарату, од.ФА/г; b –
кількість вихідного препарату, кг; c – стандартна
активність препарату, од.ФА/г.
Стандартизація препарату хлористим натрієм і
крохмалем в рівних кількостях дозволяє зберігати
його без втрат до двох років.
51
52
Далі буде!

More Related Content

What's hot

Биосенсор
БиосенсорБиосенсор
Биосенсорpetrushaoo
 
тема 3 переодичне культивування
тема 3 переодичне культивуваннятема 3 переодичне культивування
тема 3 переодичне культивуванняViktor Stabnikov
 
Topic 11 microorganisms of soil, water and air
Topic 11 microorganisms of soil, water and airTopic 11 microorganisms of soil, water and air
Topic 11 microorganisms of soil, water and airViktor Stabnikov
 
морф.грибів, актиноміц
морф.грибів, актиноміцморф.грибів, актиноміц
морф.грибів, актиноміцolgazelik
 
фізіолог 2 ч.
фізіолог 2 ч.фізіолог 2 ч.
фізіолог 2 ч.olgazelik
 
асептика, дезинфекц
асептика, дезинфекцасептика, дезинфекц
асептика, дезинфекцolgazelik
 
презентація до заняття 2
презентація до заняття 2презентація до заняття 2
презентація до заняття 2lynne4013762
 
Topic 9 influence of environmental factors on microorganisms
Topic 9 influence of environmental factors on microorganismsTopic 9 influence of environmental factors on microorganisms
Topic 9 influence of environmental factors on microorganismsViktor Stabnikov
 
презентация2
презентация2презентация2
презентация2Yuri Penchuk
 
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminova
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminovaKaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminova
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminovaLiudmila Sidorenko
 
імунітет 2 ч.
імунітет 2 ч.імунітет 2 ч.
імунітет 2 ч.olgazelik
 
презентация1
презентация1презентация1
презентация1Yuri Penchuk
 
норм. микрофлора
норм. микрофлоранорм. микрофлора
норм. микрофлораnatali67
 
Тема лекції "Мокротиння"
Тема лекції "Мокротиння"Тема лекції "Мокротиння"
Тема лекції "Мокротиння"fktirf27
 

What's hot (20)

Биосенсор
БиосенсорБиосенсор
Биосенсор
 
практична №2
практична №2практична №2
практична №2
 
тема 3 переодичне культивування
тема 3 переодичне культивуваннятема 3 переодичне культивування
тема 3 переодичне культивування
 
Topic 11 microorganisms of soil, water and air
Topic 11 microorganisms of soil, water and airTopic 11 microorganisms of soil, water and air
Topic 11 microorganisms of soil, water and air
 
морф.грибів, актиноміц
морф.грибів, актиноміцморф.грибів, актиноміц
морф.грибів, актиноміц
 
Topic 13 bioremediation
Topic 13 bioremediationTopic 13 bioremediation
Topic 13 bioremediation
 
М.Прилуцький. Біосенсори: використання в медицині
М.Прилуцький. Біосенсори: використання в медициніМ.Прилуцький. Біосенсори: використання в медицині
М.Прилуцький. Біосенсори: використання в медицині
 
лабораторна робота №1 (частина 1)
лабораторна робота №1 (частина 1)лабораторна робота №1 (частина 1)
лабораторна робота №1 (частина 1)
 
фізіолог 2 ч.
фізіолог 2 ч.фізіолог 2 ч.
фізіолог 2 ч.
 
асептика, дезинфекц
асептика, дезинфекцасептика, дезинфекц
асептика, дезинфекц
 
Lex tmsl 13v1
Lex tmsl 13v1Lex tmsl 13v1
Lex tmsl 13v1
 
презентація до заняття 2
презентація до заняття 2презентація до заняття 2
презентація до заняття 2
 
Topic 9 influence of environmental factors on microorganisms
Topic 9 influence of environmental factors on microorganismsTopic 9 influence of environmental factors on microorganisms
Topic 9 influence of environmental factors on microorganisms
 
презентация2
презентация2презентация2
презентация2
 
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminova
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminovaKaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminova
Kaltsiu gliukonas. Kyslota gliutaminova
 
імунітет 2 ч.
імунітет 2 ч.імунітет 2 ч.
імунітет 2 ч.
 
презентация1
презентация1презентация1
презентация1
 
Lex tmsl 02
Lex tmsl 02Lex tmsl 02
Lex tmsl 02
 
норм. микрофлора
норм. микрофлоранорм. микрофлора
норм. микрофлора
 
Тема лекції "Мокротиння"
Тема лекції "Мокротиння"Тема лекції "Мокротиння"
Тема лекції "Мокротиння"
 

Similar to Lex tmsl 11v1

тзппр лекція 2
тзппр лекція 2тзппр лекція 2
тзппр лекція 2galushko29
 
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберіганняDepartment of Mycology and Plant Resistance
 
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochivженя лоза
 
тпзпр лекція 29
тпзпр лекція 29тпзпр лекція 29
тпзпр лекція 29galushko29
 
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»tetiana1958
 
презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1Ірина Мельник
 
презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1Ірина Мельник
 
Puninska diplom
Puninska diplomPuninska diplom
Puninska diplomMariaPun94
 
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...nadeh
 
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробства
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробстваБіорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробства
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробстваagrobiotech
 

Similar to Lex tmsl 11v1 (17)

Lex tmsl 08v1
Lex tmsl 08v1Lex tmsl 08v1
Lex tmsl 08v1
 
тзппр лекція 2
тзппр лекція 2тзппр лекція 2
тзппр лекція 2
 
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання
6_Загальна та сільськогосподарська фітопатологія. Хвороби зберігання
 
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv
0452256 989 bf_tehnologiya_konservuvannya_fruktiv_ta_ovochiv
 
Lex tmsl 10v1
Lex tmsl 10v1Lex tmsl 10v1
Lex tmsl 10v1
 
тпзпр лекція 29
тпзпр лекція 29тпзпр лекція 29
тпзпр лекція 29
 
Lex tmsl 12v1
Lex tmsl 12v1Lex tmsl 12v1
Lex tmsl 12v1
 
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»
Відкрита лекція на тему «Біологічний захист рослин у теплицях»
 
Lex tmsl 09v1
Lex tmsl 09v1Lex tmsl 09v1
Lex tmsl 09v1
 
презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1
 
презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1презентація вирощування овочів 1
презентація вирощування овочів 1
 
Lex tmsl 05
Lex tmsl 05Lex tmsl 05
Lex tmsl 05
 
Лекція 7
Лекція 7Лекція 7
Лекція 7
 
Puninska diplom
Puninska diplomPuninska diplom
Puninska diplom
 
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...
Практика проведення експертизи заявок на винаходи та корисні моделі у світлі ...
 
Агрохімікати
АгрохімікатиАгрохімікати
Агрохімікати
 
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробства
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробстваБіорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробства
Біорегулятори росту і захисту рослин для органічного землеробства
 

More from Yuri Penchuk

презентация1
презентация1презентация1
презентация1Yuri Penchuk
 
презентация5
презентация5презентация5
презентация5Yuri Penchuk
 
презентация4
презентация4презентация4
презентация4Yuri Penchuk
 
презентация3
презентация3презентация3
презентация3Yuri Penchuk
 

More from Yuri Penchuk (7)

презентация1
презентация1презентация1
презентация1
 
лекция 7
лекция 7лекция 7
лекция 7
 
презентация5
презентация5презентация5
презентация5
 
презентация4
презентация4презентация4
презентация4
 
презентация3
презентация3презентация3
презентация3
 
Lex tmsl 15v1
Lex tmsl 15v1Lex tmsl 15v1
Lex tmsl 15v1
 
Lex tmsl 14v1
Lex tmsl 14v1Lex tmsl 14v1
Lex tmsl 14v1
 

Lex tmsl 11v1

  • 2. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. «Технології отримання ферментних препаратів» Тема 3. ОСНОВНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ЕТАПИ ВИРОБНИЦТВА ФЕРМЕНТНИХ ПРЕПАРАТІВ. Культивування м/о для одержання ферментів. Екстрагування ферментів з поверхневих культур. Осадження ферментів. 2
  • 3. Переваги мікробіологічного синтезу ферментів: • мікробні клітини продукують більше 2 тисяч ферментів; • використовується дешева сировина для поживного середовища; • короткий час отримання ферментів; • великі обсяги виробництва. Це робить виробництво економічно доцільним та рентабельним. 3
  • 4. Способи культивування м/о для отримання ферментів: • поверхневий ; • глибинний; • гетерофазний методи культивування. Поверхневий – використовуються для отримання амілолітичних, протеолітичних, целолютичних ферментів. Продуценти – мікроміцети Aspergillus orizae, Asp.awamory, Asp.foetidus, Trichotecium rozeum). 4
  • 5. Переваги – простий, продукт отримується у концентрованому вигляді. Недоліки – обмеженість продуцентів (переважно використовується для мікроміцетів), неможливість проводити оперативний контроль і втручання в процес культивування. Вихідна культура готується у вигляді засівного матеріалу трьома способами: на твердому середовищі; на рідкому середовищі; у вигляді спор. 5
  • 6. Твердофазне поживне середовище подрібнюють, змішують, зволожують та стерилізують. Вологість ПС після стерилізації 65-5%. Для зволоження використовують слабкі розчини соляної, сірчаної та молочної кислот. рН культивування мікроміцетів - 4,5-5,0. Найбільш розповсюджені складові поживного середовища: соєве борошно, крохмаль, кукурудзяний екстракт, меляса, солодові паростки, буряковий жом, біомаса інших мікроорганізмів або ферментолізати біомаси бактерій. 6
  • 7. Охолоджене ПС засівають посівним матеріалом і розкладають по кюветам шаром 20-30 мм, потім їх розміщують на етажерках та поміщають у ростильні камери. Температура культивування – 28-32 °С; Час ферментації – до 5 діб; 7
  • 8. Процес культивування проходить в 3 стадії: • набухання конідій та їх проростання триває 12 годин. Аерація - 4-5 обсягів повітря на 1 обсяг камери за годину. • фаза активного росту міцелію триває 12-40 годин. Відбувається інтенсивне споживання поживних речовин, аерація становить 30-60 обсягів на 1 обсяг камери за 1 годину. Температура знижується на 2-3ºС. • фаза накопичення фермента. Температура знижується на 3-4 ºС і повітрообмін в 5 разів нижчий, ніж в попередній фазі. 8
  • 9. Після закінчення культивування культуру підсушують і з кювет вона надходить до загального бункера, з якого поступає на подрібнення. Після цього культура надходить на стадію екстракції фермента. Всі наступні операції пов’язані з відділенням ферментного білка від баластних речовин – це є залишки поживного середовища (неутилізовані джерела поживних речовин), продукти метаболізму клітини, самі клітини (біомаса). 9
  • 10. Гетерогенне культивування відрізняється від глибинного наявністю твердої фази в поживному середовищі. Ця тверда фаза дозволяє підвищити ефективність процесів завдяки роботі продуцента в імобілізованому стані і підвищити рівень масообмінних процесів. Негативом є те, що наявність нерозчинної фази призводить до неможливості використання безперервного способу стерилізації поживного середовища. 10
  • 11. Глибинне культивування Найбільш широко використовуємий спосіб отримання БАР, в тому числі і ферментів. Переваги – необмеженість в асортименті продуцентів, можливість оперативного контролю процесу культивування і при необхідності можливість втручання в процес. Недоліки – отримання дуже розбавленої системи (концентрація цільового продукту незначна). Приготування засівного матеріалу відбувається в рідкому стані. 11
  • 12. 12
  • 13. Засівний матеріалу готується в рідкому стані. При використанні культури з великою питомою швидкістю росту засів може здійснюватися з колб. Якщо питома швидкість росту є невелика, а об’єм поживного середовища значний, то використовують інокулятори першого, другого та третього ступенів. Поживні середовища для інокуляції і ферментації дуже часто ідентичні. При отриманні гідролітичних ферментів потрібно мати на увазі, що більшість з них є індуцибельними, тому до складу середовища обов’язково включають речовину, яка є індуктором синтезу ферменту. 13
  • 14. Наприклад, для отримання галактозидази в середовище вводять лактозу. Поживне середовище має бути сбалансоване по співвідношенню С та N. Дефіцит одного з цих компонентів не може бути компенсовано за рахунок іншого. Для більшості продуцентів ферментів оптимальне значення співвідношення C:N знаходиться в межах 18 – 34. Для ауксотрофних мікроорганізмів необхідним є введення в середовище ростових речовин та вітамінів необхідних для його розвитку, а також макро- та мікроелементів (іонів металів). 14
  • 15. Потреба мікроорганізмів-продуцентів у макроеле- ментах забезпечується введенням відповідних солей, мікроелементів – водогінною водою, рослинними відварами і інше. В якості компонентів поживного середовища при глибинному культивуванні доцільно використовувати: • відвари і гідролізати рослинних відходів (висівки, солодові ростки, буряковий жом і інше), а також фільтрати спиртової барди, гідролізати мікробної маси. Речовини, які не містять нерозчинних компо-нентів. Поживні середовища готують на водогінній воді, вміст сухих речовин в них коливається в межах 2,5 – 20,0%. 15
  • 16. Приготовлене ПС обов’язково стерилізують, як правило, гострою парою. Для засіву виробничого середовища при глибинному культивуванні засівний матеріал готують також глибинним способом Засівний матеріал вносять в ферментер в кількості від 1 до 15%, яка залежить від питомої швидкості росту продуцента. Чим вона менша , тим більше концентрація. 16
  • 17. Процес ферментації передбачає здійснення технологічного, хімічного та мікробіологічного контролю. • технологічний: дотримання всіх параметрів (тиск, температура тощо), що прописані в регламенті. • хімічний – контроль складу готових ПС на вміст речовин, джерелом яких ця сировина є, визначен- ня накопичення ферменту в процесі ферментації. • мікробіологічний – контроль за ростом і розвитком продуценту, а також визначення наяв- ності сторонньої мікрофлори на всіх стадіях від поживного середовища до закінчення ферментації. 17
  • 18. Час культивування Найбільш тривалим є культивування актиноміцетів і мікроміцетів. Закінчення часу глибинного культивування визначається за: - накопиченням цільового продукту ; - зміною рН (як правило); - за закінченням регламентного часу. Середній час культивування при біосинтезі ферментів коливається від 48 годин до 6 діб в залежності від виду продуцента. 18
  • 19. 19 Назва параметру Значення параметрів Поверхневе культивування Глибинне культивування Основні продуценти Мікроскопічні гриби родів Aspergillus, Rhizopus, Penicillium, Mucor, Fuzarium Мікроскопічні гриби родів Aspergillus, Rhizopus, Penicillium, Mucor, Fuzarium, бактерії родів Bacillus, Clostridium Компоненти поживного середовища Пшеничні висівки, солодові ростки, буряковий жом, (вологість 58-60%) Кукурудзяне борошно, крохмаль, патока, гідролізати рослинної сировини і казеїну (вміст сухих речовин від 1,5 до 15,5%, рН 3,5 - 8,5) Температура культивування 30-32°С 28-30°С 26 - 32°С для грибів 32 - 37°С для бактерій Режим аерації Кондиціоноване повітря вологістю 99-92% і температурою 30-32°С, витрата 0,1-0,2 м3 /кг*год 1-2 об’єми повітря на 1 об’ єм культуральної рідини за хвилину Тривалість культивування Від 36 до 52 год в залежності від продуценту Від 48 до 144 год в залежності від продуценту Основні параметри культивування продуцентів для одержання ферментів
  • 20. 1. Виділення ферментів Відповідно до технологічної схеми отримання ферменту процесу його виділення визначається як способом культивування (поверхневий або глибинний), так і його типом: ендоферменти або екзоферменти. Оскільки ферменти представляють собою спеціфічні білки, тому зразу після закінчення процесу біосинтезу настає явище їх інактивації. Це призводить до виробничих втрат готового продукту, тому вибір методів виділення ферментів є складним технологічним завданням від рішення якого залежить економічність виробництва в цілому. 20
  • 21. Втрати, що виникають при виробництві ферментів можуть відбуватися з двох причин: • механічні (унос, усушка, налипання) втрати білка; • втрати, що відбуваються за рахунок зниження активності фермента (інактивації). Зважаючи на те, що всі ферменти – лабільні речовини, вони можуть втрачати свої властивості до каталізу реакцій під впливом найрізноманіт-ніших факторів – таких як температура, рН та ін. 21 процедуру виділення і очистки ферменту.
  • 22. Залежно від ступеню очищення кінцевого продукту сумарні втрати можуть складати 80% і вище. Наприклад, при отриманні наступних ферментних препаратів втрати складають: • Г3Х і П3Х - 28-55%, • Г10Х та П10Х – 40-63%, • Г20Х і П20Х – 55-80%. 22
  • 23. Для запобігання втрат використовують охолодження на всіх стадіях, де це можливо, наприклад, на стадії зберігання КР після ферментації або після екстракції та фільтрування. Окремою ефективною мірою запобігання інактивації ферментів є дія речовин, що стабілізують молекулу фермента. Це, як правило, субстрати ферментів, наприклад, для стабілізації амілолітичних ферментів використовують крохмаль. Стабілізатори часто служать водночас і наповнювачами, тобто речовинами, які дозволяють випускати ферментні препарати з певною активністю. 23
  • 24. 1.1.Екстрагування ендоферментів з поверхневих культур Всі ферменти є водорозчинними білками, тому найкращим екстрагентом для них є вода. Для видалення ферментів з дріжджових та бактеріальних клітин їх необхідно зруйнувати використовуючи механічні, хімічні або біологічні методи, оскільки їхні клітинні стінки мають високий дифузійний опір. Оболонки міцеліальних клітин мають низький дифузійний опір, тому дезінтеграція клітин грибів непотрібна. 24
  • 25. Серед небажаних процесів, що можуть відбуватися після дезінтеграції клітин, – протеоліз власними клітинними протеазами цільового ферменту. Цей процес може відбуватися навіть при підтриманні низької температури, особливо при очищенні ферменту, оскільки після видалення супутніх білків фермент стає єдиним субстратом протеази. Інактивацію протеаз здійснюють обробкою клітинного екстракту специфічними інгібіторами-комплексонами (ЕДТА, о-фенантролін, оксихінолін), солями ртуті або срібла. Протеази можуть бути видалені також сорбцією на афінних сорбентах. 25
  • 26. 1.2. Осадження ферментів Переважна більшість промислово важливих ферментів є водорозчинними білками. Розчинність білка визначається розподілом гідрофобних і гідрофільних залишків на поверхні молекули. Змінюючи деякі властивості білкових розчинів (температуру, іонну силу, рН, додавання нейтральних солей, водорозчинних органічних сполук або інших інертних речовин), можна вплинути на гідратний або сольватний шар і викликати агрегацію білкових молекул і випадання їх в осад. 26
  • 27. 1.2.1.Осадження ферментів органічними розчинниками Ефект осадження білків пов'язаний з тим, що в присутності органічного розчинника знижується активність води. Діелектрична постійна розчинника знижується, відбувається витіснення молекул води з поверхні білкової молекули та їх часткова імобілізація молекулою органічного розчинника внаслідок гідратації білка. Молекули води, розміщені на гідрофобних ділянках поверхні білка, заміщюються на молекули органічного розчинника. При цьому розчинність білків знижується, відбувається агрегування і осадження білкових молекул. 27
  • 28. Органічний розчинник, який використовують для осадження, повинен повністю змішуватися з водою і не зв'язуватися з ферментом. Найбільш широко для осадження ферментів використовуються етиловий спирт, ацетон і ізопропіловий спирт. Найбільш придатними для виробництва є етанол і ізопропанол, менше – ацетон. Найбільш перспектив-ним вважається осадження ферментів ізопропано-лом при його концентрації (52 –53%). Розчини деяких іонів може мати стабілізуючу дію на фермент. Так, іони Са+2 здатні до зберігання активності α-амілази, протеїназ, глюкоамілаз; захисною дією характеризую-ться іони магнію, марганцю, кобальту. 28
  • 29. 1.2.2. Фракційне розділення ферментів органічними розчинниками Різна розчинність ферментів в органічних розчинниках дозволила розробити способи їхнього розділення. При різних концентраціях органічного розчинника виділяють різні ферменти. Наприклад, метод фракційного осадження амілолітичних і протеолітичних ферментів з екстрактів культури A. oryzae за допомогою етилового спирту. 29
  • 30. Суть метода: За концентрації спирту в розчині 50% осаджується 70 – 80% протеаз, а амілази осаджуються лише на 5%. Підвищення концентрацій спирту в розчині не приводить до збільшення кількості осаджених протеаз, а амілази майже на 100% осаджуються за концентрації спирту 70%. 30
  • 31. 1.2.3. Осадження ферментів висококонцентро- ваними розчинами солей (висолювання) Процес висолювання ферментів в основному залежить від ступеня гідрофобності білкової молеку-ли. На гідрофобних ділянках молекули білка при контакті з водою відбувається утворення шару, що складається з орієнтованих молекул води. При імобілізації води молекулами небілкової приро- ди вони починають взаємодіяти і відбувається їхня агрегація. Відомо, що іони солей гідратуються, і при додаванні значної кількості солі відбувається зв’язу-вання води, при цьому білок частково звільняється від води і створюються умови для агрегації білкових молекул. 31
  • 32. При осадженні ферментів зі складної суміші різноманітних білків має місце явище соосадження. Після дегідратації білкових молекул в розчині солей молекули білка агрегують не з ідентичним, а з будь-якими іншими клейкими молекулами, що знаходяться поблизу. Це приводить до отримання препаратів, збагачених різними супутніми речовинами. Проте при висолюванні можна досягти не лише осадження всього комплексу ферментів, але і його фракціону- вання. Для висолювання в основному використо- вуються нейтральні солі лужних металів. 32
  • 33. Висолюючий ефект різних іонів залежить від їх іонної сили. Для висолювання можуть бути використані сульфат амонію, сульфат натрію, сульфат цинку і хлористий натрій. Найчастіше використовують сульфат амонію, рідше - хлористий натрій. Звичайно осадження ведуть розчином з концентрацією солі 0,5 – 0,9 від повного насичення, але і в цьому випадку в препарати переходить від 20 до 80% солі від маси осаду. 33
  • 34. Суть процеса - сіль подрібнюють і поволі додають невеликими порціями при постійному перемішуванні, щоб уникнути локальних зон підвищення концентра-ції солі в розчині. Після введення останньої порції солі перемішування необхідно продовжити ще 20 – 40 хв до досягнення повної рівноваги між розчинени-ми і агрегованими білками. Утворення осаду почи-нається із слабкого помутніння яке поступово переходить у суспензію із зваженими пластівцями. Процес формування осаду залежить від температу-ри, об'єму рідини рН середовища і може тривати від 20 – 40 хв. до декількох годин. 34
  • 35. 1.2.4. Осадження ферментів органічними полімерами Білки можуть агрегуватися без денатурації під дією різних високомолекулярних нейтральних водорозчин-них полімерів. Для осадження і виділення ферментів використовуються декстрани і поліетіленгліколь двох типів з молекулярними масами 6000 і 20000. Осадження білків в розчинах ПЕГ схоже з їх осадженням в органічних розчинниках. Поліетіленгліколь можна додавати у вигляді (50%) водного розчину до вмісту його в суміші 6 – 12%. Процес можна проводити при кімнатній температурі, оскільки ПЕГ має на білок стабілізуючу дію. 35
  • 36. 1.2.5. Осадження ферментів шляхом вибіркової денатурації Цей спосіб виділення прийнятний лише для стабільних ферментів, які зберігають стійкість за екстремальних умов. Наприклад, глюкозоізомерази, яка витримує температуру до 90-95°С. Для проведен-ня вибіркової денатурації використовують три фактора: високу температуру, рН і дію органічних розчинників, які можна застосовувати окремо або комбінувати їх. Вибіркова денатурація під впливом рН – більш розповсюджений прийом очищення і фракціонування ферментів, ніж термічна денатурація. Суть методу полягає в тому, що за екстремальних значень рН відбувається денатурація нецільових білків, а цільовий фермент залишається в розчині 36
  • 37. 1.3.Очищення ферментів методом адсорбції Ферменти і інші білки здатні адсорбуватися на різних нерозчинних речовинах. Ця властивість використовується для розділення суміші білків і очищення ферментів, особливо в лабораторній практиці для отримання високоочищених і гомогенних ферментів. Найважливішими адсорбентами білків є різні іонообмінники: гелі фосфату кальцію, гелі гідроксиду алюмінію і різноманітні афінні адсорбенти, які створюються для певного виду ферментів. 37
  • 38. Незалежно від механізму розділення білків – адсорбції, іонного обміну, вибіркової спорідненості до імобілізованих на носії лігандів – техніка розділення і очищення ферментів майже однакова. Розчин, який містить цільовий фермент, наноситься на колонку, заздалегідь урівноважену розчинником. Потім через колонку пропускають буфер визначеного складу. Елюат, що виходить з колонки, збирають по фракціях, які є початковим матеріалом для отримання відповідного ферменту. 38
  • 39. 1.3.1. Іонообмінна хроматографія В іонообмінниках білки зв’язуються за допомогою електростатичних сил, що виникають між заряд- женими поверхнями білків і щільними кластерами заряджених груп самого іонообмінника. Типові іоно-обмінники – диметиламіноетилцелюлоза, карбоксиметилцелюлоза – в набряклому стані маю-ть ступінь модифікації до 0,5 ммоль/смЗ , що відпові-дає 0,5 М концентрації заряджених груп. Ці заряди в колонці нейтралізуються іонами протилежного знаку (іони металів, іони хлору, буфера і т. д.). Cумарний заряд білка має той же знак, що і протиіон, і білок при проходженні через колонку витісняє саме ці протиіони. 39
  • 40. Після адсорбції потрібного білка на колонці здійснюється його елюція. Крім того, теоретично існує ще два методи елюції білків: • зміна рН буфера до величини, при якій зв'язок з білком слабшає; • підвищення іонної сили, що спричинює ослаблення електростатичної взаємодії між адсорбентом і білком. Недоліки першого метода - при недостатньо високій буферній місткості різка зміна рН в процесі елюції приводить до поганого розділення суміші білків і інших речовин. 40
  • 41. Для елюції ферментів другим методом достатньо широко використовують сольові градієнти, звичайно хлориди калію або натрію. У присутності іонів солі сила притяжіння між вільним білком і адсорбентом послаблюється і білки починають рухатися до виходу з колонки. Афінная елюція здійснюється шляхом введення в колонку з ферментом специфічного ліганда, який вибірково зв'язується з адсорбованим білком. При цьому коефіцієнт розподілу різко знижується і білок разом з лігандом видаляється з колонки. Найбільша складність - це знайти ліганд, який би міг впізнати потрібний фермент і зняти його з сорбенту. 41
  • 42. 1.3.2. Афінна адсорбційна хроматографія Її суть полягає в тому, що багато БАР, зокрема ферменти, мають виняткову здатність специфічно і оборотньо зв’язуватись з іншими речовинами, які прийнято називати афінними лігандами. Якщо такий ліганд ковалентно з'єднати з нерозчинною інертною матрицею, то вийде специфічний адсорбент, на якому будуть адсорбуватися лише ферменти, що мають спорідненість до даного ліганду. Решта речовин і білки будуть транзитом проходити через колонку. 42
  • 43. Абсолютно специфічним адсорбентом для будь- якого ферменту або білка є антитіла до цього білка, які зв'язані з нерозчинною матрицею. Антитіла характеризуються високою вибірковістю лише до тих білків, проти яких вони були одержані. При викори-станні іммуноадсорбента можна одержати препарати ферменту чистіші порівняно з іншими типами афінних адсорбентів. Іммуноадсорбенти - це спеціалізовані біоспецифічні адсорбенти. Складність отримання антитіл затримує широке впровадження цього способу очищення і виділення ферментів, але технологія отримання моноклональних антитіл може в найближчий час дати розвиток цьому способу очищення ферментів. 43
  • 44. 1.4. Мембранні методи очищення ферментів До мембранних методів очистки належать діаліз, електродіаліз, до баромембранних методів – зворотній осмос, ультрафільтрація, мікрофільтрація. 1.4.1.Діаліз - процес очищення розчинів високо- молекулярних речовин (ферментів, білків) від розчинених в них низькомолекулярних речовин за допомогою напівпроникної мембрани. Мембрани для діалізу виготовляють з пергаменту, армованого целофану і інших матеріалів. З одного боку мембрани знаходиться початковий розчин, з іншої – чиста вода. Присутні в розчині низь-комолекулярні речовини шляхом дифузії проходять через мембрану і віддаляються разом з водою. 44
  • 45. Білки або інші високомолекулярні речовини, молекули яких більше отворів мембрани, залишаю-ться в розчині, і, таким чином, їх розчин очищається від низькомолекулярних домішок. Ступінь очищення залежить від співвідношення кількостей води і діалізуємого розчину, тривалості діалізу і коефіцієнта дифузії. Так, при діалізі ферментного розчину протягом 24 год і співвідно- шення розчину і води 1:50 кількість домішок (вуглеводів, амінокислот, зольних елементів і ін.) зменшується в 3,5—4 рази, а активність ферменту на 1 г сухих речовин зростає в 2,7—3,0 разу. 45
  • 46. Швидкість процесу дифузійного перенесення речовин при діалізі невелика. Вона значно вище тоді, коли домішки, що видаляються, заряджені. Для заряджених частинок застосовують електродіаліз. Він полягає в пропусканні постійного електричного струму через діалізуємий розчин. При цьому позитивно заряджені іони рухаються через одну мембрану до катода, а негативні іони — через іншу мембрану до анода. Щоб уникнути зворотної дифузії при електродіалізі використовують селективні мембрани, проникні тільки або для аніонів, або для катіонів. електродіаліз не можливо використати при виділенні ферментів, що містять іони металів (α- амі-лази, β-галактозідази), бо втрачають активність при електродіалізі. 46
  • 47. 47 Електродіаліз Електродіаліз використовують для знесолювання. Наприклад, для знесолення морскої води.
  • 48. Баромембранні процеси – процеси розділення високомолекулярних речовин від низькомолекуляр-них через напівпроникні мебрани під дією різниці тисків. Зворотній осмос і ультрафільтрація – це перенос молекул під тиском вище осмотичного, при якому розчинник (вода) проходить крізь мембрану, а розчинена речовина в залежності від її молекулярної маси частково або повністю затримується. Швидкість цих процесів буде тим вищою, чим вища різниця між робочим тиском і осмотичним тиском. Баромембранні методи класифікуються за розміром пор мембран: зворотній осмос (<0,001 мкм); ультрафільтрація (від 0,01 до 0,1 мкм); мікрофіль-трація (від 0,1 до 1 мкм); тонка фільтрація (<10 мкм). 48
  • 49. . 49 Загальний вигляд ультрафільтраційної установки з порожніми волокнами
  • 50. 2. Стабілізація та стандартизація ферментних препаратів З метою зберігання і подальшого використання ферментних препаратів в процесах їхнього вироб- ництва проводять стандартизацію і стабілізацію. Стандартизація - це процес отримання препаратів із заданою ферментативною активністю шляхом доведення активності ферменту до стандартів, відповідно вимогам ДСТУ, ТУ. Для цього використо-вують різні нейтральні наповнювачі – крохмаль, лактоза. Важливо, щоб наповнювач був стосовно ферменту стабілізатором, а не просто інертною речовиною. 50
  • 51. При змішуванні готового сухого препарату з напов- нювачем необхідно, щоб вони мали однаковий сту- пінь подрібнення і вологість не більше 10 – 12%. Кількість наповнювача можна розрахувати за формулою: S= a ·b / (c – b), де S – кількість наповнювача, необхідна для отри- мання стандартного за активністю препарату, кг; a – активність вихідного препарату, од.ФА/г; b – кількість вихідного препарату, кг; c – стандартна активність препарату, од.ФА/г. Стандартизація препарату хлористим натрієм і крохмалем в рівних кількостях дозволяє зберігати його без втрат до двох років. 51