Для получения ферментов могут быть использовано различное сырье, в том числе отходы производства спирта – мелассно-спиртовая и зернокартофельная барда, барда ацетонобутиловых заводов. Используемый как компонент среды свекловичный жом содержит беззазотистые экстрактивные вещества – пектин, гемицеллюлозу, клетчатку. Белки составляют лишь до 8% сухой массы.
Дорогостоящим сырьем для получения ферментов является картофель. Основной источник углевода в нем – крахмал (до 20% массы картофеля). Азотистых веществ в картофеле не более 2,0%, клетчатки – 1,0-1,5%, минеральных веществ – до 1,0%. Значительную часть биологически активных веществ составляют витамины.
Основными компонентами сред, используемых в качестве источника углевода, являются мука и крахмал (картофельный и кукурузный). Используется непосредственно и кукурузная мука, содержащая до 70% крахмала, до 10% других углеводов, примерно столько же белков и небольшое количество (до 4,0%) жира.
Компонентом среды, т.е. сырьем для получения ферментов микробного происхождения может быть соевая мука – богатый источник азотистых веществ. В ее состав входят углеводы – до 25%, в том числе 5-10% сахарозы, остальное – мальтоза, рафиноза, декстрины, гемицеллюлозы. Крахмала и глюкозы – около 0,5-1,0%. Имеются водо- и жирорастворимые витамины.
Многочисленными работами установлено, что биосинтез ферментов зависит от состава питательной среды, т.е. сырья для получения ферментов. Один и тот же микроорганизм образует различные ферменты на средах разного состава. Большое значение при этом имеет не только концентрация каждого из компонентов среды, но и их соотношение. В этом своеобразие процессов биосинтеза микробных ферментов. Различны пути регуляции активности и биосинтеза внутри и внеклеточных ферментов. В ряде случаев вещество – «регулятор» не является субстратом фермента и его роль в образовании ферментов неясна. Многое зависит от того, является данный фермент конститутивным или индуцируемым. Например, для альфа-амилазы установлено, что независимо от условий культивирования и состава сред наилучшим индуктором амилолитических ферментов являются крахмал, декстрины и мальтоза. Сильно влияет на синтез амилолитических ферментов концентрация углеводов в среде. Глюкоамилаза в наибольшем количестве синтезируется в присутствии 3% крахмала, а для максимального накопления альфа-амилазы необходима более высокая концентрация крахмала. Производственные штаммы продуцентов амилолитических ферментов вида Aspergillus oryzae требуют до 6% крахмала для максимального накопления альфа-амилазы.
Активными стимуляторами образования альфа-амилазы являются некоторые высшие жирные кислоты. Так, олеиновая и стеариновая в три раза повышают интенсивность синтеза глюкоамилазы, тогда как миристиновая, наоборот, тормозит этот процесс.
Особенна роль источников азотистого питания, в качестве сырья для получения ферментов, в биогенезе амилолитических ферментов: они должны составлять примерно 5% количества углеводов. Влияние азотистых веществ на биосинтез ферментов зависит от природы источников углерода. У некоторых культур термофильных продуцентов ферментов синтез амилазы стимулируется добавлением казеинового гидролизата, если источниками углерода служат глицерин, глюкоза, сахароза и крахмал. Хорошими источниками азота для многих продуцентов амилолитических ферментов являются нитраты натрия и аммония в концентрации около 1%. Это значительно выше, чем концентрация минеральных солей азота, необходимая для роста многих микроорганизмов (0,1%). Таким образом, для роста продуцентов не требуется высоких концентраций азота, это необходимо для интенсификации процесса биосинтеза ферментов. Например, для роста гриба Aspergillus awamori достаточно присутствие в среде 0,05% минеральных солей азота, а для образования активной альфа-амилазы концентрация должна быть повышена до 0,15%, максимальный синтез глюкоамилазы возможен лишь на среде с 0,40% минерального азота.
Органические источники азота, являясь сырьем для получения ферментов, как правило, стимулируют рост, но не образование ферментов, которое замедляется под влиянием желатина, казеина.
Солодовые ростки могут стимулировать биогенез амилолитических ферментов, т.е. получение ферментов. Механизм этого процесса не исследован.
Биосинтез амилолитических ферментов тесно связан с присутствием солей магния, фосфора, кальция, но роль магния особенна среди сырья для получения ферментов. Исключение сульфата магния из среды культивирования приводит к полному прекращению синтеза большинства амилолитических ферментов. Количество магния в виде сульфата – 0,05%. Фосфорных солей должно быть в среде больше – 0,1-0,2% КН2РО4. Кальций является необходимым элементом в процессе образования амилаз, в состав которых он входит. Активность амилолитических ферментов связана с наличием сульфургидрильной группы, поэтому возрастает роль серы в качестве сырья для получения ферментов. Она же необходима для построения серосодержащих аминокислот.
Автор статьи: ст. гр. БТ, УГХТУ, Кириченко К.
На фото культура Aspergillius.