Лекц 16

Хичээлийн сэдэв:Фермент үйлдвэрлэл

Хичээлийн зорилго: Ферментийн шинж чанар, ангилал, бичил биетнээс ферментийн

бэлдмэл гарган авах технологи ажиллагааны талаар онолын мэдлэг эзэмшинэ.

Хичээлийн агуулга:

1. Ферментийн шинж чанар, ангилал

2. Бичил биетнээс ферментийн бэлдмэл гарган авах

Хичээлийн хэрэглэгдэхүүн: Кадоскоп, notebook, проектор,

Хичээл хоорондын холбоо: Биохими, Хүнс үйлдвэрлэлийн технологийн үндэс

Ашиглагдах ном, хэвлэл:

1. О. Батмөнх, “Ургамлын гаралтай түүхий эд боловсруулах технологийн үндэс” 2000 он, 192-

218 хуудас

2. В.Г. Тихомиров, “ Технология пивоваренного и безалкогольного производств” 1998 он,

406-419 хуудас

3. В.Л. Яровенка, “Технология спирта” 1999 он, 377-384 хуудас

Ферментийн шинж чанар, ангилал

Бие махбодод явагдаж буй бодисын солилцоо нь химийн олон төрлийн урвалуудын

нэгдмэл, цогц байдлаар тодорхойлогддог гайхамшигтай процесс байдаг. Энэ нь молекул

хооронд идэвхитэй бүлгүүд зөөгдөх, химийн холбоо шинээр үүсэх, задралд орох, бодисын

солилцооны завсрын болон эцсийн бүтээгдэхүүн үүсэх бүх үйл явц ферментийн үйл

ажиллагаар явагддаг.

Фермент гэдэг нь уургаас бүрдсэн биохурдасгуур юм.

Орчин үед ойролцоогоор 2000 орчим фермент тодорхойлогдоод байгаа бөгөөд тэдгээрийн

үйлчлэл, субстратын мөн чанар түүнд фертмент үйлчлэх болон бусад шинжээр нь ангилж

нэрлэдэг.

1. Оксидоредутаза

2. Трансфераза

3. Гидролаза

4. Лиаза

5. Изомераза

6. Лигаза гэсэн үндсэн 6 бүлэгт хуваадаг.

Оксидоредуктаза- Энэ ангийн ферментүүд устөрөгч ба электрон зөөж биологийн

исэлдэлтийг явуулдаг.

Трансфераза-Зөөвөрлөлтийн үүргийг гүйцэтгэдэг.

Гидролаза- Усны оролцоотойгоор явагддаг урвалд оролцдог.

Лиаза- Усны оролцоогүйгээр явагддаг урвалд оролцоно.

Изомераза-Олон төрлийн изомержих урвалд оролцдог.

Лигаза- Макроэнергийн тусламжтайгаар нийлэгжих урвалд ордог.

Оксидоредутаза

Трансфераза

Гидролаза

Лиаза

Изомераза

Бичил биетнээс ферментийн бэлдмэл гарган авах

Фермент үйлдвэрлэлд хөгц мөөг, бактери, актиномицет, дрожжууд зэрэг бичил

биетнийг өргөн ашигладаг.

Бичил биетнээс ферментийн бэлдмэл гарган авахад гадаргуугийн ба гүний аргыг хэрэглэнэ.

Эдгээр аргуудаар ферментийн бэлдмэл гарган авах технологийн ажиллагаа дараахь

дараалалаар явагдана.

1. Тэжээлт орчин бэлтгэх

2. Лабораторийн болон үйлдвэрлэлийн суулгац материал /хөрөнгө/ бэлтгэх

3. Бичил биетнийг үйлдвэрлэлийн нөхцөлд бэлтгэх

4. Ферментийн бэлдмэл гарган авах

Тэжээлт орчин бэлтгэх: Тэжээлт орчны найрлагад тавих гол шаардлага нь түүнии

шимт бодисын үнэлэмж юм.Энэ нь бичил биетний өсч, үржих ба ферментийн бионийлэгжилд

шаардлагатай бүх бодисын зохистой агууламж, харьцааг хэлдэг. Бичил биетнүүд тэжээлт

орчны найрлагад ихээхэн мэдрэмтгий байдаг. Нүүрстөрөгчийн эх булаг нь нүүрс ус болно.

Үүнээс гадна бодисын солилцооны явцад үүссэн кетохүчил, 3-карбонт хүчил, альдегидууд

нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болж өгдөг. Нүүрс уснаас гадна тос нүүрстөрөгчийн сайн эх булаг

болдог байна. Үйлдвэрийн бичил биетнүүд аэроб байдаг. Тэжээлт орчны эрчимтэй

агааржуулалтын дүнд тосны хүчил исэлдэлтэнд орж бага молекултай хүчлүүд үүснэ. Эдгээр

богино гинжит хүчлүүд гүн исэлдэж СО2, Н2О үүсгэн зарцуулагддаг.

Тэжээлт орчны гол бодис нь азот юм. Бичил биетнүүд эрдсийн ба органик азотыг

адилхан сайн ашигладаг. Эрдсийн азотоос голчлон аммони ба нитратын азотыг хэрэглэдэг.

Аммоний давс болон органик азот нь ангижирсан хэлбэртэй байх тул илүү хурдан, хялбар

шингээгддэг. Нитратууд эхлээд ангижирч, дараа нь ашиглагддаг. Аммонийг хэрэглэх үед

анион ялгарч орчин хүчиллэг болдог байхад нитратын үед катион ялгарч шүлтлэг болдог.

Иймээс эдгээрийг тооцон өсгөвөрлөлтийг хянах шаардлага гардаг.

Тэжээлт орчныг нийлэг ба байгалийн гаралтай тэжээл гэж хоёр ангилна.

Химийн хувьд тодорхой бүтэцтэй бодисуудаас бүрдсэн тэжээлийг нийлэг гэнэ. Энд

нүүрстөрөгчийн эх булаг болгон спирт, органик хүчлийг азотын эх үүсвэр болгон нитрат,

аммони, аминхүчил, тодорхой найрлагатай пептидийг хэрэглэдэг. Эдгээрээс гадна

эрдэнэшишийн ханд, казейн, буудай, соёолжийн үндэс г.м. байгалийн гаралтай тэжээл нь

олдоц ихтэй, хямд тул үйлдвэрт илүү хэрэглэдэг. Микробыг гадаргуугийн аргаар

өсгөвөрлөхөд гурилын үйлдвэрийн хаягдал хивгийг өргөн ашиглаж байна. Хивэг нь 16-20%

цардуул, 10-12% уураг, 1.5% эрдэс агуулсан байна. Хивгэн тэжээлийн чанарыг сайжруулах

зорилгоор соёолжийн үндэс, чихрийн манжингийн шаар, жимс ногооны шахдас нэмж

баяжуулдаг. Эрдэнэшишийн ханд бол сайн чанарын нэмэлтийн нэг юм.

Соёолжийн үндэс: Шар айрагны соёолжийг хатаах шигших үед гардаг хаягдал. Гарц

нь соёолжийн массын 2.5- 4%-ийг эзэлдэг. Гашуувтар амттай, чөлөөт аминхүчил, уургаар

баялаг. Азотот бодис нь 24%, эрдэс 8%, эслэг-14%, азотгүй хандлаг бодис-42% байдаг.

Тодорхой хэмжээний үр тарианы үйрмэг агуулсан байдаг. Тэжээлт орчинд үндсийн

усан ханд хэлбэрээр нэмдэг бөгөөд сайн био эрчимжүүлэгч болдог.

Шар айраг , спиртийн шаар: Спиртийн нэрлэг, шар айрагны чаналтаас гарах үр

тарианы үлдэгдэл юм. Энэ шаар нь түүхий эдийн жингийн 22%-ийг эзэлнэ. Тэжээлт орчинд

83%-ийн чийгтэй шаарыг шууд хэрэглэхээс гадна хатааж хэрэглэдэг. Шар айрагны шаар

хүрэн шаргал өнгөтэй, аятайхан үнэтэй, харин спиртийн шаар бараан өнгөтэй, спиртийн

үнэртэй байдаг. Шааранд уураг 25-26%, тос 7-8%, эслэг 17-18%, эрдэс 4.5%, азотгүй хандлаг

бодис 44% байна.

Тэжээлт орчны найрлагаас гадна түүний тоон харьцаа чухал үүрэгтэй байдаг. Аль нэг

бодисын хэмжээ ихэдвэл бичил биетний осмос даралт ихсэн, эсийн бодисын солилцоо

алдагдан нийлэгжлийн үйл явцыг удаашруулж улмаар зогсоход хүргэдэг.

Биологийн идэвхт бодисын нийлэгжил, бичил биетний биомассын өсөлт нь тэр бүр

параллель явдаггүй. Үүнийг тухайн бичил биетний хувьд туршилтаар тогтоодог.

Тэжээлийн орчинг ариутгах: Үйлдвэрийн микробиологид ариутгалын үйл явц чухал

байр эзэлдэг. Янз бүрийн бичил биетнүүд гадны үйлчлэлд харилцан адилгүй тэсвэртэй

байдаг. Тэжээлт орчны ариутгал нь зорилгот бичил биетэн бусад бохирдлоос хамгаалахад

чиглэгдсэн байна. Ариутгалын хэлбэрт дезинфекци, антисептик, асептик, бактерицид,

микробостаз гэсэн ойлголтууд хамаарна. Амьд эдэд хортой бичил биетний үржих үйл явцыг

сепсис гэнэ.

Ариутгалыг үндсэнд нь дулааны, химийн бодисын, туяаны үйлчлэлээр явуулдаг.

Суулгац гарган авах: Цэвэр өсгөврийг бусад бичил биетнээр бохирдуулахгүйн тулд

бактериологийн шаардлага хангасан тусгай өрөөнд суулгацын материал бэлдэнэ. Омгийн

/шгамм/ чанарыг аддагдуулахгүйн тулд үе үе шинэ орчинд сэлгүүлэн суулгадаг. Морфологи-

физиологийн шинж нь нэг төрлийн байгаа эсэхийг шинэ тэжээлд колони гаргаж, уг колоноос

30-40 хуруу шилтэй орчинд үржуүлж тэдгээрээс хамгийн сайныг нь сонгон авна. Суулгацын

материал гарган авах анхны шат нь ташуу царцаасан агар бүхий хуруу шилэнд үржүүлэх

явдал юм. Ингэж суулгахдаа зөвхөн спор, мицелийг авна. Тэжээлт орчноос оруулж болохгүй.

Учир нь гадна орчинд бодисын солилцооны эцсийн бүтээгдэхүүн байдаг . Хэрэв процедунт

нь актиномицет байвал ариутгасан үр тариа, хөрсөнд хадгална. Бичил биетнийг нилээд

удаан хадгалах бол вазелины үен дор хадгалдаг. Вазелины үе нь агарт орчноос 1см-ийн

дээр байх нь зохистой. Мөн нам хэмд /-11+-14°С-т/10-16 сар хадгалдаг арга бий. Бичил

биетний чанарыг алдахгүй хадгалах ирээдүйтэй аргын нэг нь меофильжүүлж хадгалах явдал

юм. Бичил биетнийг үржүүлэх гадаргуугийн үзье.

Хатуу тэжээлт орчинд /гадаргууны арга/ суулгац бэлтгэх:Тэжээлийн орчны

найрлага нь тухайн процедунтийн шинжээс шалтгаалан янз бүр байх боловч гадаргуугийн

аргаар өсгөвөрлөхөд ихэнх тохиолдолд улаанбуудайн хивэг ашигладаг талаар дээр

өгүүлсэн. Хивэгийн сийрэгжилтийг сайжруулах зорилгоор жингийн 5-10% модны үртэс,

тэжээллэг чанарыг нь дээшлүүлэхээр соёолжийн үндэс 15-20% нэмдэг. Ариутгасны дараа

тэжээлт орчны чийг 60% байвал зохино. Эхлээд 1-1.5гр ариутгасан хивэгтэй хуруу шилэнд

цэвэр өсгөврөө суулгаад тухайн өсгөвөрийн үржих тохиромжтой хэмд 2-3 хоног үржүүлнэ.

Дараа нь үүнийгээ 400-500 гр хивэгтэй 0.75-1 литрийн шилэн колбонд шилжүүлэн суулгана. 2

дахь шатны өсгөвөр бэлэн болмогц кюветэнд шилжүүлдэг.

Кювет гэдэг нь 600x400 мм хэмжээтэй 2-3 см босоо хүрээтэй цайрдмал төмрөөр хийсэн тэгш

өнцөгт тагтай тэвш юм. Таган дээр 1-2 нүх гаргаж хөвөн буюу самбай даавуун бөглөөгөөр

тагласан байна.

Тооцон авсан тэжээлийн орчноо 2кг-аар таслан бюксэнд хийж 0.15МПа даралтанд автоклавт

1цаг ариутгана. Харин кюветийг хатаах шүүгээнд 120-130°С-т 1.5-2 цаг тавьж ариутгадаг. 3

ширхэг колботой өсгөврөөр 20 ширхэг кюветэнд суулгац бэлтгэж болно. Бюксэнд хийж

ариутгасан тэжээлээ ариун нөхцөлд /боксонд/ колботой өсгөвөртэй сайтар хольж кюветэнд

0.8-1.2 см-ийн зузаантай жигд тарааж хийгээд тавиуруудад тавьж тусгай өрөөнд ургуулна. Уг

өрөөнд цэвэрлэж шүүсэн агаарын хоолой, халуун хүйтэн усны холболттой байдаг.

Ургуулахдаа тухайн бичил биетэнд тохирсон горимыг мөрдөнө. Жишээ нь ихэнх хөгцөн

мөөгийг ургуулах горимыг авч үзвэл: Кюветтэй өсгөвөр ургаж гүйцмэгц ариутгасан цаасан

хүүдийд хийж 4°С-т хадгална. Ийм суулгацын материал нь 1гр-д 0.7 тэрбум спор агуулсан

байвал зохино.

Бичил биетнийг үйлдвэрлэлийн нөхцөлд үржүүлэх:Гадаргуугийн аргыг дотор нь

хатуу гадаргууд, шингэн гадаргууд үржүүлэх гэж 2 ангилна. Фермент гарган авахад ихэвчлэн

хатуу гадаргууд үржүүлдэг. Энэ аргыг хэрэглэхэд цэвэр өсгөврийг үржүүлэх камер нэртэй

төхөөрөмжийг хэрэглэдэг. Энэ төхөөрөмжийн дотор олон тавцантай тавиур байрлуулсан

байна. Тавиурууд дээр өсгөвөртэй хольсон тэжээлт орчин бүхий кюветүүдийг тавьж

ургуулна. Ургуулах горим хэрэглэж буй бичил биетний шинж чанараас хамаарч өөр өөр

байдаг. Өрөө нь давхар хаалгатай, халуун хүйтэн усны цорготой, бохир ус гадагшлуулах

нүхтэй, бактерицидын гэрэлтэй, агаарын солилцоо хийх боломжтой байх шаардлагатай. Уг

өрөөний зэргэлдээ цэвэр өсгөврийн өрөө, ариутгал бэлтгэлийн өрөө байна.

Гадаргуугийн өсгөврийн тэжээлд ихэвчлэн улаан буудайн хивгийг хэрэглэдэг. Хивэг нь 16-

20%-ийн цардуул, 10-12% уураг, мөн чухал аминхүчил, макро, микроэлемент агуулсан

байдаг тул сайн чанарын тэжээл гэж үздэг.

Хэрэглэж буй бичил биетний төрөл, түүхий эдийн олдцоос шалтгаалан 3 янзын тэжээл

хэрэглэдэг.

Байгалийн гаралтай тэжээл. Энэ тэжээл дан байгалийн гаралтай түүхий эдээс

бүрдэнэ. Үүнд сүү, өндөг, ургамлын ханд зэргийг нэрлэж болно.

Зохиомол тэжээл. Ургамал, амьтны гаралтай бүтээгдэхүүнээс тодорхой жорын дагуу

бэлтгэн эрдэс, азотын бодис, нүүрс ус нэмсэн тэжээл орно

Нийлэг тэжээл. Уураг, аминхүчил, сахар, аминдэм зэрэг тодорхой найрлагтай химийн

цэвэр бодисоос бүрдсэн тэжээл юм.

Гадаргуугийн аргын үед хэрэглэгдэх кювет нь 0.25-0.50 м2 талбайтай нам хашлагатай

дөрвөлжин юм. Ихэвчлэн хөнгөнцагаан, зэвэрдэггүй гангаар хийсэн байдаг. Кюветийн

ёроолд жижиг нүх, эсвэл зураас гаргана. Энэ нь бичил биетнийг агааржуулахад

зориулагддаг. Хэмжээ нь үйлдвэрийн хүчин чадлаас хамаарч янз бүр байна. Ихэвчлэн

600x800 мм хэмжээтэй 30-50 мм хашлагатай байна. Энэ кювет дээр чийглэж ариутган

суулгацтай хольсон тэжээлийг /хивэг/ 2-2.5 см-ийн зузаан үеэр жигд тараан байрлуулдаг.

Дараа нь ургуулах өрөөнд шилжүүлнэ. Тавиурын хоорондын зай 10-11 см байна. Нэг тавиурт

10 орчим тавцан байх ба тавиурын өндөр 2м орчим байдаг. Хамгийн доод тавиур шалнаас

дээш 20-25см-ийн өндөрт байвал зохино. Ихэвчлэн 40м3 (2x2x10м) багтаамжтай ургуулах

өрөө байдаг бөгөөд үүнд I удаа 100 кг тэжээл орохоор тооцсон байдаг. Өсгөврийн эрчимтэй

үржлийн үед цагт 1 кг тэжээлээс 372 кдж дулаан ялгардаг. Тэгвэл нийтдээ 700x372=261000

кдж/ц буюу 1 м3-ээс 6520 кдж дулаан ялгарна гэсэн үг юм. Иймээс өрөөг жигдэлж, ариутгасан

98-100%-ийн чийгтэй агаараар үлээлгэж, үүссэн дулааныг зайлуулан, бичил биетний

амьсгалалтанд шаардлагатай агаарыг нөхөж өгдөг.

Гадаргууны өсгөвөрөөс ферментийн ханд бэлтгэх: Бүх л ферментүүд усанд

уусдаг уураг тул тэдгээрийг хамгийн сайн хандлагч нь ус юм. Дрожжи, бактериас ферментийг

ялгаж авахын тулд бичил биетний эсийн ханыг механик буюу автолизын уйлчлэлээр эвдэх

хэрэгтэй байдаг бол хөгц мөөгийг хандлалтанд оруулахад энэ үйлчлэлийг хийх

шаардлагагүй.

Гадаргууны өсгөвөрөөс ханд гаргаж авахад өсгөвөртэй орчны чийг, ферментийн системийн

уусах чадвар, хандлагчийн рН, нэмэх электролитийн нэр төрөл, хэмжээ зэрэг олон хүчин

зүйл нөлөөлдөг. Кинетикийн онолоор уусмалын хэмийг нэмэгдуүлэхэд молекулуудын

хөдөлгөөн хурдасч, зууралдах чанар буурснаас нэвчилт нэмэгддэг гэж үздэг. Ферментийн

уусмалын хувьд хэмийг өсгөх замаар нэвчилтийг нэмэгдүүлэх нь тийм ч тохиромжтой биш

юм.Учир нь ферментүүд дулаанд мэдрэмтгий, иймээс өндөр хэмд идэвхиэ алдахаас гадна

ханданд орчны бусад бодисууд, тухайлбал сахар, аминхүчлүүд, органик ба органик биш

давсууд их хэмжээгээр нэвчиж орсноос гаднын бичил биетэн үржих таатай орчин болж, ханд

булингартаж, шүүгдэхдээ муу болдог. Иймээс хандлагчийн /усны/ хэмийг 20-22° С-т байлгаж,

дээрээс нь формалин, толуол, бензол, хлороформ зэрэг ариутгалын бодисуудыг нэмдэг.

Үйлдвэрлэлийн нөхцөлд гадаргууны өсгөвөрөөс фермент ялгахдаа диффузор хэмээх

зориулалтын нэвчүүлэх төхөөрөмжийг ашиглана. 6-8 диффузорыг хооронд нь холбосныг

батарей гэнэ. Диффузорын дотор байх 2 торны завсар өсгөвөрийг хийж, хандлалтыг эсрэг

урсгалаар явуулна. Үүнд: өсгөвөрийг диффузорын дээд талаас, усыг доод хоолойгоор өгөх

ба ус дороос дээш өгсөхдөө өсгөвөр дахь бодисуудыг хандлан авч дээд талын хоолойгоор

гарч дараагийн диффузорын доод хоолойгоор орно.Шинэ өсгөвөрөөр ачаалж буйг "Толгойн"

диффузор гэж нэрлэдэг

Бүх диффузорт өсгөвөр хийсний дараа эхнийхэд ус өгнө. Түүнээс гарсан ханд дараагийн

диффузоруудыг дамжин өсгөвөрийг хандлах ба эхний диффузорт байсан шаарыг зайлуулж

шинэ өсгөвөр хийх үед дараачийнхад нь ус өгөх зэргээр урд бүх диффузор ээлжлэн

ачаалагдаж ус ээлжлэн орж байдаг.

Ферментийн эгшээмэл /концентрат/ гаргаж авах: Гадаргууны өсгөвөрийн ханд буюу гүний

аргаар гаргаж авсан шингэнийг шүүж, өтгөрүүлэн хэрэглэх нь уусмал дахь ферментийн

идэвхийг 5-6 дахин нэмэгдүүлэх, удаан хугацаагаар тогтвортой хадгалах боломжийг

бүрдүүлдэг. Ферментийн хандыг өтгөрүүлэхдээ дараах аргуудыг хэрэглэнэ.

Вакуумд ууршуулах: Энэ аргыг хэрэглэхэд нам хэмд, ахархан хугацаанд ууршуулах

үйл явц явагдаж, ингэснээр шингэнийг хэт халаан, ферментийн идэвхийг алдагдуулахгүй

сайн талтай. Вакуум-ууршуулагчид шингэнийг 55-60°С хэмтэй уураар 1-3 минутын

хугацаатай буцалгаж, илүүдэл усыг зайлуулна. Энэ үед шингэний хэм 28-32° С-ээс хэтрэхгүй

байх шаардлагатай байдаг. Нийлэгжүүлэгч бичил биетний төрлөөс хамаарч өсгөвөрийн

шингэний химийн найрлага, ферментийн нэр төрөл өөр өөр байна. Иймээс ууршуулах

горимыг туршилтаар тогтоодог. Вакуумд ууршуулах аргаар өтгөн уусмал гаргаж авахад

бусад аргатай харьцуулбал ферментийн идэвхийн алдагдал харьцангуй их буюу

ойролцоогоор 5-20% байдаг.

Хэт нарийн шүүлтүүр ашиглан өтгөрүүлэх: Хагас дамжуулагч мембран бүхий

саванд ферментийн уусмалыг хийж даралтаар шахахад ус ба бага молекулт нэгдлүүд

мембранаар нэвтэрч, дээр нь ферментийн өтгөн уусмал үлдэх ба тэндээсээ цуглуулах ганд

орно. Энэ арга ферментийн уусмалыг өтгөрүүлээд зогсохгүй цэвэршүүлдэгээрээ бусад

аргаас давуу талтай .