Fermentarea pe substrat solid a enzimelor proteolitice

FERMENTAREA PE SUBSTRAT SOLID A ENZIMELOR PROTEOLITICE

Abstract: The solid state fermentation of the protheolytic enzymes happens into a fermentor with metal trays which has a base with holes in it for a better ventilation. The substratum has to be laid down in a uniform way with a maximum of 5 cm hight. The temperature of the humidity are monitored. The inoculation and the mixing are manually made. The solid state fermentation uses relatively simple environments and the necessary amount of Oxygen for the breeding of the microorganism is taken from the air. The necessary space for the fermentation tank is small in comparison with the yield of the process. The possibility of bacteria contamination is kept at low levels because of the scarce humidity in the air. The production of enzymes in industry should be undertaken with greatest possible efficiency, which is why it is desirable that the period of the process is as short as it can be, the enzyme of interest to be as big as possible, and productions cost to be in this way reduced. In practice it is necessary to make a compromise between these goals, to be able to ensure optimal development of microorganisms.

Keywords: solid state fermentation, protheolytic enzymes, fermentor with

trays, process, bacteria, fermentation tank

INTRODUCERE

Enzimele proteolitice constituie un grup omogen de enzime hidrolitice care difera între ele prin sursa de obtinere, specificitatea de substrat, mecanismul de reactie, dependenta activitatii enzimatice si a stabilitatii, de pH si temperatura. Activitatea lor poate fi blocata, initiata sau inhibata într-o anumita proportie de agenti fizici, chimici sau biologici. Conditiile de hidroliza, precum si randamentul operatiei în sine depind de natura, caracteristicile si gradul de puritate a preparatului comercial utilizat.

La nivel mondial producția de enzime proteolitice se situeaza la valoarea de 500t /an, ceea ce reprezinta 59% din totalul enzimelor, fiind, alaturi de amilaze și glucozizomeraze, principalele enzime obținute în cantitați de mare tonaj, ca urmare a multiplelor utilizari industriale.

În funcție de proprietațile lor, proteazele obținute din surse microbiene au în prezent aplicații în îndustria alimentara, fabricarea detergenților, industria textila și a pielariei.

MATERIALE SI METODE

Aplicații socio-economice, cu obținere de compost din deșeuri, obținerea de furaje, valorificarea subproduselor ligno-celulozice sau a celor rezultate la prelucrarea produselor alimentare de baza;

Aplicații cu profil economic, cu producerea de enzime, acizi organici și alimente fermentate

Sistemul de fermentare pe substrat solid a fost preferat celui submers, datorita avantajelor sale, dintre care evidențiem urmatoarele:

Condițiile de dezvoltare a microorganismelor sunt mai asemanatoare celor din habitatul lor natural, din acest motiv, ele sunt mai capabile sa produca anumite enzime și metaboliți ce sunt de obicei obținuți industrial prin cultivare în sistem submers.

Folosește medii relativ simple. Substraturile solide acționeaza ca sursa de carbon, azot, saruri minerale, factori de creștere și au capacitatea de a absorbi apa, ceea ce asigura necesitațile fiziologice ale microorganismelor.

Deoarece sporii sunt utilizați direct în fermentare, nu mai sunt necesare tancuri de inoculare și nici obținerea de inocul vegetativ. Trebuie avut însa în vedere sa se asigure o concentrație de spori de cca 10⁵.10⁶/g mediu.

Necesarul de oxigen pentru creșterea microorganismelor este asigurat de oxigenul din aer și într-o mica masura, de oxigen dizolvat în apa asociata cu particulele solide. Fermentatoarele în sistem solid nu mai necesita existența unui sistem de aerare ca în cazul fermentatoarelor în sistem submers, dar pentru ca transferul de oxigen sa fie mai eficient, în substrat trebuie sa se asigure formarea de canale de aer. Viteza de transfer a gazelor este mult mai mare în fermentațiile pe mediu solid decât la cele în sistem submers, datorita raportului mai mare existent între aria interfeței solid-lichid și volumul de lichid.

Spațiul necesar echipamentului de fermentație este mic comparativ cu randamentul procesului, deoarece se utilizeaza mai puțina apa și substratul este mai concentrat.

Produsul dorit poate fi extras din fermentator prin adaugarea directa de solvent.

În cazul producerii de enzime, datorita concentrației ridicate de enzima în faza lichida, se realizeaza un grad ridicat de recuperare cu un consum mic de energie.

Datorita umiditații scazute a mediului posibilitatea de contaminare cu bacterii este mai mica.

Complexitatea echipamentelor într-un laborator, stație pilot, fabrica nu este mai mare decât cea pentru fermentarea convenționala.

Consumul de energie la funcționarea instalațiilor este mai mic comparativ cu cel al bioreactoarelor cu agitator.

La nivel industrial, fermentarea pe substrat solid are loc în sisteme simple sau sofisticate, în funcție de condițiile existente la nivel mondial.

Înstalațiile folosite pentru obținerea preparatelor enzimatice sunt similare celor utilizate la obținerea produselor fermentate. Cele mai utilizate instalații sunt:

Fermentator cu tavi;

Fermentatorul cu strat fix;

Fermentatorul tip toba rotativa;

Fermentatorul tip tanc cu agitare.

Fermentator tip tunel;

Fermentator cu discuri rotative;

Fermentatorul cu tavi este unul din cele mai simple tipuri de fermentatoare, tavile pot fi confecționate din lemn, metal sau plastic si au baza perforata sau realizata din plasa metalica, pentru a obține o mai buna aerare. Substratul este depus în strat uniform cu înalțimea de maximum 15 cm.Tavile cu mediu de cultura se acopera cu tifon pentru a reduce contaminarea, procesul nedesfașurându-se în condiții sterile. Se poate folosi un singur rând de tavi sau tavi suprapuse, care se introduc fie în camera în care temperatura și umiditatea sunt ținute sub control, fie în camere simplu ventilate. Înocularea și amestecarea ocazionala a substratului se realizeaza manual, deși manipularea tavilor, umplerea și golirea lor, cât și spalarea se pot realiza automatizat.

Figura 1. Bioreactor cu tavi

CONCLUZII

Producerea de enzime la nivel industrial trebuie realizata cu eficiența cât mai mare, motiv pentru care este de dorit ca durata procesului fermentativ sa fie cât mai scurta, enzima de interes sa fie obținuta în cantitate cât mai mare, iar cheltuielile de producție sa fie cât mai reduse. În practica este necesar sa se faca un compromis între aceste deziderate, pentru a reuși sa se asigure microorganismelor condiții optime de dezvoltare.

Înainte de a fi oferite spre vânzare, enzimele sunt stabilizate, standardizate și controlate din punct de vedere al siguranței în manipularea și pentru cele care vor fi utilizate la obținerea produselor alimentare, din punct de vedere al siguranței alimentare.

REFERINTE BIBLIOGRAFICE

1.          Bahrim, G., Nicolau, A., Biotehnologia preparatelor enzimatice, Editura Academica, Galați, 2002;

2.          Bahrim, G., Nicolau, A., Microbiologia produselor alimentare – Tehnici și analize de laborator, Editura Agir, București, 2002,;

3.          Bahrim, G., Microbiologie tehnica, Editura Evrika, Braila, 1999,;

4.          Dan, V., Controlul microbiologic al produselor alimentare, Universitatea Galați, 1999,

5.          Dumitru, I.F., Iordachescu, D. Enzime, Editura Medicala, București, 1980;

6.          Dumitru, I.F., Iordachescu, D. Introducere in enzimologie, Editura Medicala, București, 1981;

7.          Jurcoane, ST. Biotehnologii, Editura Tehnica, București, 2000;