Технология выделения ферментных препаратов из сырья растительного и животного происхождения.

Технология производства ферментных препаратов из растительного и животного сырья включает два основных этапа: сбор ферментсодержащего сырья; выделение и очистка целевого продукта.

В промышленных условиях ферменты из растительного сырья получают в тропических и субтропических странах (папаин, фицин, бромелаин). В условиях умеренного климата растительные ферменты для пищевой промышленности получают в виде проращенного солода. В промышленных условиях очищенные ферментные препараты из солода не производят.

Принципиальная технологическая схема получения ферментных препаратов из животного сырья включает следующие операции.

Сбор сырья. При переработке мяса различных животных в самый первый момент разделки туши производят сбор ферментного сырья. Каждый вид сырья собирается в отдельные емкости отдельно по каждому виду животных.

Консервирование сырья. Сырье немедленно консервируется с использованием низких температур, обработкой поваренной солью, ацетоном, этиловым спиртом или же высушивается.

Наибольшее распространение в производственных условиях получила обработка низкими температурами и хранение органов и тканей животных до момента переработки в замороженном состоянии.

Широко используется метод обезвоживания измельченного сырья при низких температурах ацетоном или этиловым спиртом. Хороший эффект дает добавление к органическим растворителям небольшого количества (1,5-2,0%) октанового спирта, который обеспечивает более полное разрушение липоидно-протеиновых комплексов, что способствует в дальнейшем более полному извлечению ферментов из животной ткани. Обработка растворителями позволяет удалить из сырья основное количество влаги – 80-90%. Обезвоженное сырье после отделения растворителей высушивают. В таком виде его можно использовать в течение года для получения препаратов различной степени очистки.

Для получения технических препаратов допускается консервирование животного сырья поваренной солью. Этот метод используется, например, при получении панкреатина. Метод консервации высушиванием используется при заготовке сычужков.

Из заготовленного на мясокомбинатах животного сырья, на специальных заводах органопрепаратов получают ферментные препараты различной степени очистки.

Измельчение сырья. В зависимости от вида используемого сырья применяют различные методы измельчения и разрушения клеток.

Клеточные оболочки могут быть разрушены попеременным замораживанием и оттаиванием (дефростацией), управляемым автолизом, обработкой дубильными веществами, органическими растворителями, за счет снижения внешнего осмотического давления и другими методами.

Клеточные оболочки и ткани, содержащие большое количество влаги, можно разрушить механическим измельчением или прессованием. Такой метод дает хорошие результаты только тогда, когда внутриклеточные ферменты не связаны с клеточными структурами, т.е. находятся в свободном состоянии.

Разрушить клеточные стенки можно также при помощи ультразвука, но следует помнить, что неграмотное использование этого приема может привести к разрушению и самих ферментов.

Наиболее часто в настоящие время практикуют механическое измельчение сырья на специальных мясорубках, волчках, куттерах и машинах, дающих тончайшие срезы с замороженного сырья (микротомы).

Экстракция ферментов. Животные ткани, особенно поджелудочная железа, содержат большое количество различных ферментов, которые обладают различной растворимостью и стабильностью и не могут быть экстрагированы из измельченного сырья по единой технологической схеме. Экстрагирование следует вести при условиях, исключающих возможность автолиза и необратимой денатурации белков, т.к. эти нежелательные процессы могут коснуться и ферментов, вызвав их инактивацию.

В отличие от экстракции ферментов из поверхностной культуры микроорганизмов, которая осуществляется только водой, извлечение ферментов из измельченной животной ткани можно проводить тремя видами экстрагентов: водным раствором кислот при рН 1,0-2,0; водой или водными растворами солей при рН 7,0-8,0; концентрированным водным раствором органических растворителей (этиловый спирт, метанол, ацетон, глицерин).

В зависимости от свойств экстрагируемого фермента принимаются те или другие условия экстрагирования, обеспечивающие минимальные потери активности фермента и максимальное извлечение его из обработанной ткани.

При экстракции ферментов из животного сырья довольно часто прибегают к подкислению экстрагента, что влечет за собой торможение автолитических процессов. Некоторые ферменты малочувствительны к автолитическим процессам и поэтому легко извлекаются водно-солевыми растворами. Такие же ферменты, как карбоксилпептидаза, амилазы, панкреатопептидаза, έ-(эластаза) и коллагеназа извлекаются слабыми растворами электролитов, например, хлористого натрия, но почти сразу инактивируются при экстракции растворами кислот с рН ниже 3,0.

Отделение твердой фазы от экстракта преследует цель как можно полнее освободить экстракт от суспендированных частиц. Очень часто при разделении происходит разогрев обработанной массы, что влечет за собой быструю инактивацию ферментов. В этой связи основная задача при отделении твердой взвеси состоит в сокращении до минимума длительности процесса, охлаждении обрабатываемых масс или же использовании разделяющих машин с принудительным охлаждением обрабатываемой массы. Если выделяемый фермент очень не стабилен, то часто вместо центрифугирования используют фильтрацию под вакуумом или просто декантируют экстракт с осевшей твердой взвеси. Для отделения экстракта могут быть использованы центрифуги периодического и непрерывного действия.

Выделение и очистка ферментов. Методы выделения и очистки ферментов из экстрактов животных тканей и из культур микроорганизмов. Ферменты могут быть выделены осаждением и фракционированием органическими растворителями (этиловый, метиловый, изопропиловый спирты, ацетон, хлороформ, диоксан), солями (сульфат аммония, натрия или магния, ацетат натрия, хлористый натрий). Полученные экстракты могут быть очищены диализом, ультрафильтрацией, сконцентрированы вакуум-выпариванием, вымораживанием.

Обессоливание. Препараты ферментов, полученные из тканей и органов животных, предназначаются в основном для пищевой, медицинской промышленности и медицины. Поэтому к ним предъявляются особо жесткие требования в отношении содержания солей и микрофлоры. Если препараты получают методом вываливания, то независимо от степени очистки фермента в препарате содержится от 30 до 50% соли. Обессоливание ферментных препаратов методом диализа и особенно электродиализа не всегда приводит к положительным результатам ввиду чрезмерного вымывания через проницаемые мембраны стабилизирующих ионов и непрочно связанных простетических групп из фермента.

Наиболее часто для получения препаратов медицинского назначения используют очистку более современными методами, например, ультрафильтрацией, которая позволяет не только очистить экстракт, но и сконцентрировать его, либо проводят очистку на ионообменниках с помощью гельфильтрации.

Стерилизация ферментных растворов. Ферментные препараты, предназначенные для использования в лечебных целях, не должны содержать микрофлоры, т.е. должны быть стерильными.

Ферменты относятся к термостабильным веществам, поэтому их нельзя подвергать термической стерилизации. Для стерилизации ферментов используют так называемую обезвоживающую фильтрацию, называемую иначе холодной стерилизацией. Фильтрацию ведут через специальные мелкопористые перегородки или свечи. Микроорганизмы задерживаются этими перегородками вследствие молекулярного притяжения и адгезии к внутренним стенкам фильтрационных каналов.

Получение сухих ферментных препаратов. Сухие ферментные препараты из животных тканей, не предназначенные для лечебных целей, получают так же, как и препараты микробного происхождения.

Препараты, предназначенные для лечебных целей, сушат в стерильных условиях. Обычно для этого используют метод сублимационной сушки стерильного раствора фермента в ампулах или флаконах.