Технология ферментационных процессов

1.

1
2
3

2. Технология ферментационных процессов.

Лекция № 8

3.

4.

Молекулы большей части ферментов во много раз
крупнее, чем молекулы тех субстратов, которые
атакует данный фермент. Активный же центр
фермента составляет лишь очень небольшую часть
его молекулы, обычно от 3 до 12 аминокислотных
остатков. Роль остальных аминокислот,
составляющих основную массу фермента,
заключается в том, чтобы обеспечить его молекуле
правильную глобулярную форму, которая, как мы
увидим далее, очень важна для наиболее
эффективной работы активного центра фермента.

5.

6.

7.

В 1959 г. Кошланд (Koshland) предложил новую
интерпретацию гипотезы «ключа и замка»,
получившую название гипотезы «индуцированного
соответствия». На основе данных, позволяющих
считать ферменты и их активные центры физически
более гибкими, чем это казалось вначале, он
заключил, что субстрат, соединяясь с ферментом,
вызывает какие-то изменения в структуре его
активного центра. Аминокислотные остатки,
составляющие активный центр фермента, принимают
определенную форму, которая дает возможность
ферменту наиболее эффективным образом выполнять
свою функцию.

8.

9.

Сходство ферментов с небиологическими
катализаторами заключается в том, что:
•ферменты катализируют энергетически
возможные реакции;
•энергия химической системы остаётся
постоянной;
•в ходе катализа направление реакции не
изменяется;
•ферменты не расходуются в процессе
реакции.

10.

Отличия ферментов от небиологических
катализаторов заключаются в том, что:
•скорость ферментативных реакций выше, чем
реакций, катализируемых небелковыми
катализаторами;
•ферменты обладают высокой специфичностью;
ферментативная реакция проходит в клетке, т.е. при
температуре 37 °С, постоянном атмосферном
давлении и физиологическом значении рН;
•скорость ферментативной реакции может
регулироваться.

11.

12. Ферментная технология включает продукцию, выделение, очистку, использование в растворённой форме и применение в иммобилизованном виде фе

Ферментная технология включает
продукцию, выделение, очистку,
использование в растворённой
форме и применение в
иммобилизованном виде
ферментов в широком круге
реакторных систем.

13. Быстрое развитие ферментной технологии началось с 1950-х гг на основе использования грибных (микробных) ферментов. Но ферментные процессы, в

Быстрое развитие ферментной технологии началось с
1950-х гг на основе использования грибных
(микробных) ферментов.
Но ферментные процессы, в которых используются в
качестве катализаторов микробные клетки,
характеризуются большим числом ограничений:

14. 1.Большая часть субстрата превращается в микробную биомассу в обычных условиях. 2. Наличие побочных реакций, приводящих к накоплению значит

1.Большая часть субстрата превращается в
микробную биомассу в обычных условиях.
2. Наличие побочных реакций, приводящих к
накоплению значительных количеств отходов.
3. Условия для роста микроорганизма могут
быть иными, нежели для образования и
накопления необходимого продукта.
4. Выделение и очистка необходимого продукта
из культуральной жидкости может быть
сопряжена с трудностями.

15.

Под ферментацией понимают всю совокупность
последовательных операций от внесения в
заранее приготовленную и нагретую до требуемой
температуры среду посевного материала и до
завершения процесса роста клеток или
биосинтеза целевого продукта . По окончании
ферментации образуется сложная смесь,
состоящая из клеток продуцента, раствора
непотребленных питательных компонентов и
накопившихся в среде продуктов биосинтеза.
Такую смесь называют культуральной жидкостью.

16.

Различают следующие
микробиологические процессы:
аэробное и анаэробное
культивирование; твердофазное,
поверхностное и глубинное
культивирование;
периодическое и непрерывное
культивирование.

17.

Аэробное культивирование — аэрация
среды — непременное условие в тех
микробиологических процессах, в
которых используются аэробные
микроорганизмы-продуценты.

18.

Анаэробные процессы биологического окисления
у гетеротрофных микроорганизмов в зависимости
от того, что является конечным акцептором
водородных атомов или электронов, делят на три
группы: дыхание (акцептор — кислород);
брожение (акцептор — органическое вещество) и
анаэробное дыхание (акцептор — неорганическое
вещество : нитраты, сульфаты и др.).

19.

У облигатных анаэробов брожение является
единственно возможным способом получения
энергии; у факультативных анаэробов оно
составляет обязательную первую стадию
катаболизма глюкозы, за которой может
следовать аэробное окисление образовавшихся
продуктов, если в среде присутствует кислород.

20.

Твердофазную ферментацию обычно реализуют в
твердой, сыпучей или пастообразной среде,
влажность которой составляет 30–80 %.
Различают три типа твердофазных процессов:
• поверхностные процессы: слой субстрата,
например соломы, не превышает 3–7 см («тонкий
слой»); роль биореактора выполняют большие,
площадью до нескольких квадратных метров,
подносы из алюминия или культивационные
камеры);

21.

Поверхностная ферментация на жидких
субстратах реализуется в кюветах со средой,
помещенных в вентилированные воздухом камеры.
Культура микроорганизмов при этом образует
биомассу в виде пленки или твердого слоя на
поверхности жидкой среды. Культура потребляет
кислород непосредственно из газовой фазы —
воздуха.

22.

Глубинное культивирование микроорганизмов
происходит во всем объеме жидкой питательной
среды, содержащей растворенный субстрат.
Ферментер должен обеспечивать рост и развитие
популяций микроорганизмов в объеме жидкой фазы,
подвод питательных веществ к клеткам
микроорганизмов, отвод от микробных клеток
продуктов их обмена веществ (метаболизма), отвод из
среды выделяемого клетками тепла.
Глубинное культивирование можно осуществлять
периодическим и непрерывным способами.

23.

Периодическое культивирование. При
периодическом способе культивировании в
ферментер загружают сразу весь объем
питательной среды и вносят посевной материал.
Выращивание микроорганизмов проводят в
оптимальных условиях в течение определенного
времени, после чего процесс останавливают,
сливают содержимое ферментера и выделяют
целевой продукт.

24.

Непрерывные процессы. При непрерывном
способе питательная среда непрерывно подается в
ферментер (биореактор), в котором создают
оптимальные условия для роста микроорганизмов,
а из ферментера (биореактора) также непрерывно
вытекает культуральная жидкость вместе с
микроорганизмами.

25.

26.

27.

Конструктивные различия ферментеров
(биореакторов) определяются в основном
способами подвода энергии и аэрации
среды:
• ферментеры (биореакторы) с подводом
энергии к газовой фазе;
• ферментеры (биореакторы) с подводом
энергии к жидкой фазе;
• ферментеры (биореакторы) с
комбинированным подводом энергии.

28.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!