Студент Ларина О.Д. 4-ДМ31
2 Характеристика целлюлозы Целлюлаза — фермент, принадлежащий к классу гидролаз, катализирующий гидролиз β(1,4)- гликозидных связей в целлюлозе с образованием глюкозы или дисахарида целлобиозы. Содержится в проросшем зерне, грибах, у многих бактерий, а также имеется у ряда животных, которые питаются древесиной (насекомые- ксилофаги, корабельный червь). Способность травоядных животных переваривать клетчатку обусловлена наличием в их желудке, главным образом в рубце, симбиотических микроорганизмов, способных выделять целлюлазу. В производстве данный фермент применяется для удаления целлюлозы из различных пищевых продуктов, а также с целью превращения целлюлозы в сахар.
3 Целлюлазы относятся к классу гидролаз и катализируют гидролиз 1,4-гликозидных связей в молекуле целлюлозы. Различают два основных типа целлюлаз : 1. Эндоглюканазы (1,4-глюкан-4-глюканогидролазы, эндо-1,4-глюканазы) – гидролизуют связи в молекуле целлюлозы и некоторых ее растворимых производных ( карбоксиметил -, гидроксиэтилцеллюлоза и др.) неупорядоченным способом, образуя поли- и олигомерные фрагменты различной длины. Также катализируют реакцию трансгликозилирования. 2. Целлобиогидролазы (1,4--D-глюкан-4-целлобиогидролазы, экзоцеллобиогидролазы ) – гидролизуют молекулы целлюлозы, образуя почти исключительно целлобиозу, которую они отщепляют с невосстанавливающего конца полисахарида. Катализируемая реакция: Целлюлазы катализируют гидролиз целлюлозы до набора олигосахаридов различной степени полимеризации вплоть до глюкозы.
4 Сферы Применения целлюлозы Промышленность. Целлюлаза используется в пищевой промышленности, например, для удаления целлюлозы из клеточных оболочек кофейных зёрен. Также препараты целлюлазы находят применение в текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности. Ведутся работы по экспериментальному использованию целлюлаз для ферментации биомассы при производстве биотоплива. Медицина. Препарат целлюлазы в ряде случаев применяется для лечения фитобезоара (одна из форм желудочного безоара ). Также в медицине ведутся работы по использованию целлюлазы для деградации бактериальных биоплёнок. Сельское хозяйство. Целлюлазы могут быть использованы в сельскохозяйственном секторе для борьбы с болезнями, повышения всхожести семян и улучшения корневой системы.
Целлюлазы синтезируются исключительно микроорганизмами (бактериями, микроскопическими грибами и актиномицетами). Целлюлолитические микроорганизмы преимущественно разрушают целлюлозу и не используют другие компоненты питательных сред в качестве источников энергии. В качестве возможных продуцентов целлюлаз рассматриваются многие микроорганизмы. Но выделять в среду ферменты в большом количестве способны только микроскопические грибы. Микроскопические грибы – наиболее вероятные продуценты целлюлаз с использованием агроотходов, так агроотходы по составу наиболее схожи с их природными субстратами. Также отмечается, что культивирование грибных продуцентов является наименее затратным процессом при промышленном производстве целлюлаз. Наиболее полно изучен продуцент Trichoderma reesei, способный разрушать нативную целлюлозу. Однако этот штамм, не смотря на внеклеточную продукцию фермента, производит не самый эффективный целлюлазный комплекс. В результате 40 летних обширных поисков было найдено около 60 продуцентов целлюлаз. Грибы, такие как Humicola, Aspergillus и Penicillium, бактерии, такие как Cellulomonas, Pseudomonads и актиномицеты – Streptomyces применяются для производства целлюлазы. Penicillium, Aspergillus и Humicola гидролизуют нативную клетчатку. 5
6 В коммерческом производстве целлюлаз в настоящий момент наиболее распространенным методом получения является глубинное культивирование. Однако поверхностное культивирование обеспечивает более оптимальные условия для роста аэробных микроскопических грибов. Твердофазное культивирование, по мнению многих авторов, перспективная технология для производства целлюлаз, так как она менее затратна и использует доступные источники клетчатки. Подсчитано, что при производстве 1 килограмма целлюлазы c помощью Clostridium thermocellum, при глубинном культивировании затрачивается 40,36 долларов США, тогда как при поверхностном – 15,67 долларов США (в ценах 2004 года). Однако существуют ограничения в применении твердофазной ферментации: длительное время культивирования и низкая продуктивность. При промышленном производстве целлюлаз применяют традиционную схему выделения ферментов: экстракция водой водорастворимой части культуры; стабилизация целлюлаз в растворе некоторыми солями; осаждение целлюлаз или их частичное фракционирование органическими растворителями; высушивание влажных осадков.
7 Агропромышленные отходы давно применяются в качестве дополнительного источника клетчатки и как субстраты для роста микроорганизмов-продуцентов целлюлаз. Углеводными источниками в промышленном производстве целлюлаз являются: солома, отходы обмолота злаковых культур, пшеничные и рисовые отруби, тростниковая меласса и отходы бумажной промышленности. В отечественной ферментной промышленности для производства целлюлаз применяют в основном пшеничные отруби. Наряду с отрубями в составы сред вводятся солодовые ростки, которые богаты витаминами группы В, фосфором, клетчаткой, легкоусвояемыми редуцирующими веществами и аминокислотами. В состав среды также вводят рисовую, овсяную или ячменную шелуху, свекловичный жом. Водородный показатель среды 5,5 pH. Культивирование проводят в непрерывном режиме семь суток. Удельная активность фермента в культуральной жидкости до 30 ед /мл. Объем культуральной жидкости 32 м3 при коэффициенте загрузки 0,6. Недостатком данного способа для получения целловиридина в промышленных условиях на ферментерах объемом 63 м3 является то, что в качестве источника углерода в питательной среде применяют свекловичный жом. Он даже после дробления имеет пористую структуру, разбухает в воде и всплывает, что приводит к образованию обильной пены. Это является причиной образования заторов в технологических трубопроводах. Для устранения затора технологическую операцию необходимо прерывать. Кроме этого, подобное обстоятельство отрицательно сказывается на работе технологического оборудования.
8 Могут быть в виде жидких препаратов, порошков или концентрированных растворов. Они применяются в зависимости от требований конкретного производственного процесса.
