Перевод Лекция № 2. Производство фермента и этанола

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Перевод Лекция № 2. Производство фермента и этанола

К слайду 1.Презентация

К слайду 2.Производство фермента и этанола

К слайду 3.

Вступление

Технология биопроцессов

Биореактор / контролируемые условия окружающей среды

Микроорганизмы

Желаемый продукт

- Ферменты

- Этиловый спирт

В прошлый раз мы начали изучать некоторые темы о биотехнологиях. Мы обсуждали некоторые важные аспекты технологии биопроцессов и основные этапы процесса ферментации.

Помните, что в биопроцессах большое количество клеток выращивается в определенных условиях, и это происходит внутри биореактора. Правильный состав среды и параметры окружающей среды, регулирующие рост, являются факторами, которые необходимо контролировать. В случае аэробных процессов важно контролировать хорошее перемешивание и аэрацию.

Мы также начали изучение ферментной технологии и говорили об общих характеристиках ферментов вместе с наиболее важными факторами, влияющими на их каталитическую активность.

Сегодня мы изучим, как производить ферменты и этанол.

К слайду 4.Цели

- Описать наиболее распространенную технологию синтеза обоих продуктов.

- Предложить несколько приложений

К слайду 5.Ферментная технология. Основные шаги

- Скрининг

- Выделение и очистка

- Иммобилизация

Вы уже знаете некоторые важные свойства ферментов, такие как состав, классификация, тип реакции, способ действия и наиболее важные факторы, влияющие на каталитическую активность (концентрация, температура и pH).

Теперь мы проанализируем, как производить ферменты, которые будут использоваться во многих приложениях (микробиология, биохимия, терапия, диагностика и другие области, представляющие коммерческий интерес).

Основные шаги включают:

- Скрининг: на этом этапе мы выбираем лучший микроорганизм, способный обеспечить высокую концентрацию желаемого фермента за короткий период времени.

Инокуляты микробов вводятся в стерилизованную жидкую среду для ферментации, обеспечивая оптимальные условия роста, такие как pH, температура, подача O₂ и питательные вещества.

- Выделение и очистка: продуцируемый желаемый фермент может выделяться в культуральную среду (внеклеточные ферменты) или может присутствовать в микробных клетках (внутриклеточные ферменты). Ферменты обычно встречаются вместе с другими белками, нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и липидами. Как вы знаете, существует множество методов, которые можно использовать для удаления загрязненного материала, чтобы очистить фермент и повысить его удельную активность.

В зависимости от будущего использования ферментов стоимость очистки варьируется. Очевидно, что чем выше уровень очистки, тем выше стоимость производства ферментов. Помните, в прошлый раз я говорила вам, что на выделение и очистку уходит 70-80% от общей стоимости процесса.

Полученный чистый фермент может быть подвергнут генной инженерии для изменения его свойств. А позже мы сможем использовать их в процессе ферментации, чтобы получить новые ферменты. Эти ферменты можно лечить таким же образом, как было показано ранее.

Большинство ферментов нестабильны, и их промышленное применение иногда затруднено. Чтобы сделать использование ферментов в биотехнологических процессах более благоприятным, были внедрены различные методы снижения затрат, и иммобилизация является одним из них.

Давайте посмотрим на этот важный шаг в производстве ферментов.

К слайду 6.Иммобилизованные ферменты определяются как ферменты, которые физически прикреплены к конкретным твердым подложкам и, таким образом, ограничены.

Преимущества:

- Продолжение и многократное использование

- Иммобилизованные ферменты обычно более стабильны, чем мобильные ферменты.

- Реакцию можно было быстро контролировать, удаляя фермент из реакционного раствора.

- Легкое отделение фермента от продукта может способствовать предотвращению загрязнения.

К слайду 7.Различные техники иммобилизации ферментов

- Адсорбция

- Ковалентная связь

- Инкапсуляция

- Ловушка

- Сшивка

К слайду 8.Физическая адсорбция признана одним из простейших методов иммобилизации, и ее можно проводить в мягких условиях.

Адсорбция:

Слабые физические силы (Ван-дер-Вааль, электростатические и гидрофобные взаимодействия)

Преимущества:

- Простой и экономичный процесс

- Без реагентов

- Бюджетный

- Не влияет на ферментативную активность

Недостатки:

- Изменения T, pH и ионной силы могут привести к десорбции фермента.

К слайду 9.Ковалентная связь

Образование ковалентных связей между материалом носителя и функциональными группами фермента (амино, карбоксильными, тирозиновыми и гидроксильными группами).

Преимущества:

- Прочные связи между ферментами и поддерживающей матрицей (небольшая утечка фермента)

- Хороший контроль количества иммобилизованного фермента.

Недостатки:

- Высокий риск денатурации ферментов

- Требуется большой объем биореагента, но иммобилизовать можно лишь небольшое количество ферментов.

- Длительное время инкубации

К слайду 10.Ловушка

Ферменты можно иммобилизовать путем физического захвата внутри пористой матрицы.

Преимущества:

- Повышение стабильности ферментов.

- Минимальное выщелачивание и денатурация ферментов.

Недостатки:

- Возможный объем захваченных ферментов в зависимости от размера пор матрицы.

- Низкая ферментативная емкость.

К слайду 11.Инкапсуляция

Ферменты можно иммобилизовать на селективно проницаемых мембранах, таких как нитроцеллюлоза или нейлон.

Преимущества:

- Простая и низкая стоимость

- Высокая ферментативная активность (фермент / субстрат с большой контактной поверхностью)

Недостатки:

- Возможный объем инкапсулированных ферментов

- Требуется большое количество субстрата

К слайду 12.Сшивка

Сшивка также известна как сополимеризация. Поддержка не требуется. Полифункциональные реагенты образуют межмолекулярные поперечные связи между молекулами фермента.

Преимущества:

- Потери ферментов в раствор субстрата минимальны.

- Высокая стабильность молекул ферментов.

Недостатки:

- Высокие затраты на подготовку и сложный контроль реакции.

Таким образом, метод иммобилизации и используемый материал носителя следует выбирать на основе свойств субстратов и продукта, ферментного состава и химических характеристик, чтобы получить высокую ферментативную активность, рабочую стабильность и долговечность.

К слайду 13.Многочисленные исследования были посвящены иммобилизации фермента на наноструктурированных материалах, таких как наночастицы металлов, оксид графена, углеродные наноматериалы и т. Д. Здесь приведены примеры фермента глюкозооксидазы, полученного из Aspergillus niger, иммобилизованного с использованием графена и углеродных нанотрубок.

Методы иммобилизации - адсорбция и ковалентное связывание.

К слайду 14.Основные шаги

Теперь давайте суммируем основные этапы производства ферментов. По окончании брожения образуется биомасса. Ферменты могут быть внутриклеточными или внеклеточными. Если они внутриклеточные, то перед выделением и очисткой они будут разрушены.

Позже, когда будут выбраны методы иммобилизации, следующим шагом будет определение наилучших условий для производства ферментов, как вы знаете: pH, температура, кинетические параметры для рециклинга и т. Д.

Как вы уже знаете, существует три основных режима работы:

- периодический,

- с подпиткой и

- непрерывный.

Обычно используется периодический режим.

К слайду 15.Как известно, ферменты катализируют все виды химических реакций. На этой диаграмме вы можете увидеть, как прогнозируется рост мирового рынка ферментов. Ожидаемый рост прогнозируется с 5 миллиардов долларов в 2016 году до 6,32 в 2021 году. Здесь представлен рост продуктов питания, кормов для животных, моющих средств и других областей промышленности. Согласно пересмотренной литературе, ожидание рынка к 2024 году составляет около 10 миллиардов долларов.

Отметим, что более высокий рост ожидается в пищевой промышленности.

К слайду 16.Приложения

Ø Еда

- Брожение пива

- Производство сока

- Выпечка хлеба

Ø Корма для животных (Быстрое усвоение питательных веществ, Ассимиляция фосфора)

Пищевая промышленность - одно из первых промышленных применений биокатализа (примеры - ферментация пива, очистка сока и выпечка хлеба.

Замена обычной химической обработки ферментами - большое достижение. Использование более мягких условий и более экологичных является большим преимуществом.

Также очень важно использование биокатализаторов в кормах для животных. Ферменты должны быть способны относительно быстро атаковать субстрат. Тогда пищеварительный процесс и усвоение полезных веществ происходит быстрее. Кроме того, существуют другие ферменты, которые способствуют использованию фосфора в производстве кормов для животных.

12 3 4 5 Следующая ⇒