Получение биокаталитических систем для переработки
вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности

Получение биокаталитических систем для переработки
вторичных сырьевых ресурсов молочной промышленности
Елена Назарова
Грант Министерства науки и высшего образования РФ
2020-2021
Лаборатория гранта: Керамические и природные наноматериалы
 
Абстракт: Проект направлен на создание эффективных мембранно-каталитических структур многократного использования на основе керамического пористого материала с иммобилизованным ферментом – лактазой. Эти системы могут применяться с целью переработки вторичных молочных ресурсов (обезжиренного молока, сыворотки и т.д.) для получения дополнительных продуктов, превращая отходы молочного производства в ценный для сельскохозяйственной отрасли продукт.
 
Задачи проекта: 
  1. Получить ферментно-мембранную систему на основе керамики из диоксида кремния путем иммобилизации в ее поверхностном слое фермента лактазы двумя методами: закреплением фермента за счет развитой пористой структуры (физической адсорбцией) и ковалентным связыванием через промежуточный полимерный слой.
  2. Сравнить эффективность иммобилизации двумя способами и сопоставить каталитическую активность иммобилизованного фермента на синтетическом субстрате, растворе лактозы и молочной сыворотке.
  3. Определить цикличность действия полученных образцов (максимальное количество рабочих циклов).
  4. Установить оптимальные параметры работы биокаталитической системы (температурный диапазон, рН-оптимум), условия и сроки хранения.
  5. Разработать и описать процедуру регенерации полученных мембран до исходного состояния, отработать воспроизводимость протокола получения биокаталитических систем.

Планируемые результаты:

1. Созданы ферментно-керамические системы на основе диоксида кремния с нанесенным разными методами активным слоем, а именно физической адсорбцией и образованием ковалентной связи между ферментом и носителем через модификацию поверхности функционализирующим агентом. Определены и охарактеризованы физико-химические свойства полученных образцов.
2. Выявлено, что, хотя эффективность ковалентной иммобилизации выше, чем физической адсорбции, каталитическая активность иммобилизованного фермента лучше во втором случае вследствие отсутствия конформационных изменений в структуре фермента и меньшего ограничения подвижности белковой молекулы. Несмотря на то, что результаты работы с различными субстратами (синтетическим субстратом, раствором лактозы и молочной сывороткой) коррелируют между собой, выявлены особенности работы с каждым из них.
3. Определено, что полученные образцы могут использоваться многократно без существенной потери активности на протяжении не менее трех циклов.
4. Установлены оптимальные и рабочие параметры функционирования системы (рН и температурный диапазон), условия и сроки хранения. Проведено сравнение с эксплуатационными характеристиками свободного фермента.
5. Разработана процедура термической и химической регенерации полученных мембран до исходного состояния и установлена воспроизводимость предложенного метода получения биокаталитических систем после регенерации.
 
Результаты: