2_lektsia

1. Тема 1.2. Технология биокатализаторов

Виды и характеристика товарных препаратов биокатализаторов.
Способы промышленного производства биокатализаторов.
Перспективные продуценты биокатализаторов и сырьевые ресурсы.
Технология получения препаративных форм биокатализаторов
поверхностным способом.
Прогрессивные установки для поверхностного способа производства.
Технология получения препаратов биокатализаторов глубинным
способом.
Фракционирование культуральной жидкости.
Технологические приемы получения целевых продуктов разной степени
очистки.
Стандартизация препаратов.
Области применения биокатализаторов.

2. Биологические катализаторы

Биокатализаторы - биомолекулы, увеличивающие скорость
химических реакций. Они не изменяют направление
реакции и не расходуются в процессе реакции в живых
клетках.
Каталитической способностью обладают специфические белки
– ферменты и рибозимы - каталитические РНК,
участвующие в химических реакциях расщепления и
сшивания других молекул РНК.

3. Характерные признаки биокатализаторов:

✓ высокая специфичность и эффективность
действия;
✓ катализируют реакции в мягких условиях
( температура , давление, рН);
✓ активность в живой клетке регулируется на
генетическом уровне;
✓ скорость реакции прямо пропорциональна
количеству фермента

4. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, образующиеся вещества – продуктами реакции 

Реагенты в реакции, катализируемой
ферментами, называются субстратами,
образующиеся вещества – продуктами
реакции
S (субстрат)
→
Р (продукты реакции)
катализатор - фермент (энзим) - белок
катализатор рибозим - РНК (нуклеиновая кислота)

5.

Фермент (Ф) - это химически чистое
вещество – белок ( наименование субстрат+
окончание –аза, например: амил+аза)
Ферментные препараты – это специально
разработанные биотехнологические
продукты, которые содержат натуральные
ферменты.

6. Классы ферментов

7. Термины

• Ферментный препарат – комплекс,
состоящий из основного Ф + сопутствующих
Фi + балластных веществ или
мультиэнзимный комплекс (Ф1 + Ф2 + …).
• Ферментные препараты классифицируют
по основному ферменту в смеси:
амилолитические, протеолитические,
липолитические и др.

8.

Наименование ферментных препаратов:
Амил ориз ин Г (П) 10Х
❶
❷ ❸ ❹
❺
❶ - название основного фермента
❷ - название МО-продуцента
❸ - окончание
❹ - способ культивирование (глубинное или
поверхностное)
❺ - степень очистки, концентрирования

9. Ферментные препараты по содержанию балластных веществ - степень чистоты (среднеарифметическое содержание нормируемых примесей )

технические Х – поверхностная культура или культуральная жидкость,
2Х- упаренный водный экстракт фермента, полученный из культуры
продуцента, выращенного поверхностным способом, или культуральная
жидкость (в случае глубинного культивирования) до 50 % содержания
сухих веществ) , 3Х – сухой концентрат;
- очищенные (10Х) получают осаждением органическим растворителем
непосредственно из культуральной жидкости (Г10х) или из водного
экстракта биомассы (П10х);
- высокоочищенные (15Х, 18Х, 20Х - 60 – 70 % общего количества белка).
Препараты группы П15х и Г15х выделяют из тех же водных растворов
осаждением сульфатом аммония. П20х и Г20х готовят на основе
препаратов П10х и Г15х, подвергая последние очистке методом
ультрафильтрации; -- фермент (собственно белок без примесей).

10.

• «x» – поверхностная культура или КЖ
• «2х» – концентраты растворов ферментов,
освобожденные от БМ
• «3х» – высушенные препараты «2х»
• «10х» – чистые препараты, после удаления
балластных веществ осаждением
органическими растворами и
нейтральными солями
• «15х» - «30х» – высокоочищенные
ферментные препараты

11. Наименование препаратов

Фармацевтические препараты для пищеварения
Микразим (АО «АВВА РУС») - Креон (Abbott, Германия)
Препараты для спиртовой промышленности
ПО «Сиббиофарм» (г. Бердск) — один из старейших и
крупнейших производителей.
Разжижение: Амилосубтилин (бактериальная α-амилаза).
Осахаривание: Глюкаваморин (глюкоамилаза).
Снижение вязкости: ЦеллоЛюкс-F, Ксиланаза.
Расщепление белка: Протосубтилин (протеаза).

12.

13.

14.

15.

16. Применение ФП

• интенсифицирует и позволяет усовершенствовать
существующие технологии ;
• позволяет создавать принципиально новые
высокоэффективные процессы в пищевых технологиях;
• улучшает показатели и выходы в различных
биотехнологических процессах,
• повышает усвояемость кормов,
• обеспечивает эффективное действие синтетических моющих
средств (СМС),
• улучшает качество и действие косметических препаратов,
• позволяет создавать специфические, чувствительные и
точные аналитические методы,
• налаживает производство лекарственных и профилактических
средств для медицины.

17. Технология ферментных препаратов

Производство ферментных препаратов
занимают одну из ведущих мест в
современной биотехнологии.
По объему производства основных ферменты
– бактериальные и грибные.

18.

Использование технологий с применением
ферментных препаратов во многом определяет успех
развития многих отраслей промышленности.
В начале 90-х годов СССР занимал второе место в мире по
развитию микробиологической промышленности. После
распада Советского Союза выпуск биотехнологической
продукции практически прекратился.
На данный момент на российском рынке доминирует
продукция международных компаний, удовлетворяющая
до 80% потребностей в кормовых ферментных препаратах.
отечественное производство – 11,5%.
В России функционирует всего несколько ферментных
заводов. В рамках комплексной программы развития
биотехнологий в РФ БИО 2030 приоритетной задачей
является создание конкурентоспособных крупнотоннажных
производств ферментов широкой номенклатуры.

19. Российские производители

завод «Восток» в Кировской области,
ПО «Сиббиофарм» (г. Бердск)
Предприятия, которые ориентированы на выпуск пищевых
ферментов
ОАО «Московский завод сычужного фермента», который
существует на рынке уже 75 лет и производит свои
препараты из сырья исключительно животного
происхождения
ООО «Фермент» (российско-белорусское производство /
группа компаний «Фермент»).
Ростовский завод поставляет на рынок не
генномодифицированую продукцию для сыроделия.
ОАО «Агрофермент» (Тамбовская область) выпускает
кормовые препараты и др.

20. Анализ рынка

16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
2020
2021
Объем рынка, тонн
2022
2023
2024*
Собственное производство, тонн
Динамикаобъема потребления и
производства ферментных
2025*

21. Зарубежные фирмы - производители

• Одна из ведущих мировых фирм по производству
ферментных препаратов датская
компания Novozymes - лидер в области производства
ферментов для получения этанола.
• Danisco / DuPont (ныне International Flavors &
Fragrances — IFF) (США/Нидерланды).
• SternEnzym (Германия).

22. Товарные формы ФП

– лекарственные средства (таблетки, драже,
микросферы, гранулы, капсулы),
- диагностические средства
(энзимодиагностика),
- технологические добавки в пищевых,
сельскохозяйственных, химических,
текстильных производствах: (ферментные
препараты позволяют увеличить выход
готовой продукции и ускорить
технологический процесс)
жидость, порошок, гранулы

23.

Ферментативная активность – количество
фермента, которая катализирует
превращение 1 микромоля субстрата за 1
минуту при заданных стандартных условиях
Методы определения ферментативной
активности:
• Химические
• Хромотографические
• Спектроскопические
• Полириметрические
• Вискозиметрические

24. ИСТОЧНИКИ ФЕРМЕНТОВ

Ткани растений
(ананас, папайя,
соевые бобы,
корни хрена,
солод…)
Органы и ткани
животных
(слизистая оболочка
желудка, кишечника,
поджелудочная
железа…)
Микроорганизмы
( микроскопические
грибы, дрожжи,
бактерии)

25. Растительные источники ферментов

26. Животные ткани и ферменты

27. Микроорганизмы – источники ферментов

Бактерии: род Bacillus (например, Bacillus subtilis),
молочнокислые бактерии (Lactobacillus, Streptococcus):
производят протеазы, амилазы и другие гидролитические
ферменты.
Микроскопические грибы (плесени): роды Aspergillus,
Penicillium и Rhizopus используются для получения
амилолитических и пектолитических ферментов,
применяемых в пищевой и легкой промышленности.
Актиномицеты: служат источником специфических
антибиотических и протеолитических ферментов.
Дрожжи: применяются для синтеза инвертазы и др.
углеводных катализаторов

28. Ферменты присущи всем живым существам

однако для их выделения используют те природные
объекты, в которых содержание искомого энзима
составляет не менее 1 %.
Для крупномасштабного получения ферментов пригодны
некоторые растительные организмы на определенной фазе их развития
(проросшее зерно различных злаков и бобовых, латекс и сок зеленой
массы ряда растений),
отдельные ткани и органы животных (поджелудочная железа, слизистая
оболочка желудочнокишечното тракта, сычуг крупного рогатого скота,
семенники половозрелых животных).
Практически неограниченный источник ферментов —
микроорганизмы (бактерии, грибы, дрожжи), содержащие набор
большинства известных в настоящее время энзимов, количество
которых можно повысить в десятки и сотни раз методами мутагенеза,
селекции и индукции биосинтеза.

29. Способы получения ферментных препаратов

• Экстракция из клеток растительных и
животных тканей;
• Микробиологический синтез
- глубинные условиях на жидких ПС
(бактерии, дрожжи, актиномицеты,
микомицеты);
- поверхностные условия на твердых
сыпучих средах ( твердофазная
ферментация, только микромицеты)

30.

31.

32. Способы производства ферментных препаратов

Глубинное
культивирование
Дрожжевые
организмы
Поверхностное культивирование
Микроскопическ
грибы
Бактерии

33. Биотехнология ФП (микробиологический синтез)