WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Использование макромицетов, микромицетов и водорослей в питании человека имеет более древние традиции, чем использование картофеля, капусты и других продуктов земледелия. Тот факт, что люди в основном ориентировались на потребление продуктов земледелия, скотоводства и рыболовства, возможно, объясняется тем, что в этих областях пищевого производства в свое время удалось достичь высокой производительности труда. Потенциальные возможности биотехнологии обеспечивают повышенную продуктивность микроорганизмов, сравнимую с продуктивностью земледелия и даже превосхо­дящую ее.

Витамины.

Витамины поставляются в орга­низм с пищей или их назначают в форме лекарственных препара­тов при определенных патологических процессах. Из жиро-и водорастворимых витаминов известны биотех­нологические процессы производства витаминов а и D, рибофла­вина, аскорбиновой кислоты, цианкобаламина (В12).

Каротаноиды — это изопреноидные соединения, синтезирующиеся многими пигментными микроорганизмами из рода Aleuria, Blakeslea, Corynebacterium, Flexibacter, Fusarium, Halobacterium, Phycomyces, Pseudomonas, Rhodotorula, Sarcina, Sporobolomyces и др. Всего описано около 500 каротиноидов.

Из одной молекулы β-каротина при гидролизе образуются две молекулы витамина ai. Это имеет место, например, в кишечнике человека.

""* сн, сн3

i. 1

н=сн—с=сн—сн=сн—с=сн—сн2он

СН3

Каротиноиды локализуются в виде сложных эфиров и гликозидов в клеточной мембране микроорганизмов, либо в свободном состоянии — в липидных гранулах в цитоплазме. Каротиноид "ретиналь" у галофильного вида — Halobacterium halobium — соединен с белком через остаток лизина(опсинопо-добный белок); он участвует в синтезе АТФ благодаря генерации транс мембранного потенциала. В целом, основная функция каротиноидов — защитная. Их биосинтезу в клетках способствует свет.

В качестве продуцентов каротиноидов можно использовать бактерии, дрожжи, мицелиальные грибы. Более часто применяют зигомицеты Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta. Спаривающиеся ( + ) и (—) штаммы этих видов при совместном культивирова­нии могут образовать 3—4 г каротина на 1 л среды.

Питательные среды для производства витаминов сложные и включают источники углерода, азота, витаминов, микроэлементов, специальных стимуляторов (гидрол, кукурузно-соевая мука, растительные масла, керосин, β-ионон или изопреновые димеры).

Вначале штаммы выращивают раздельно, а затем — совместно при 26°С и усиленной аэрации с последующим переносом в основной ферментатор. Длительность ферментации — 6—7 дней. Каротиноиды извлекают ацетоном (или другим полярным растворителем), переводят в неполярный растворитель. В случаях извле­чения белково-каротиноидных комплексов, применяют повер­хностно-активные вещества в концентрации 1—2%. В целях очи­стки и более тонкого разделения можно прибегать к методам хроматографии или к смене растворителей. Витамин A из (3-каротина сравнительно легко можно получить при гидролизе.

В случае изготовления каротинсодержащей биомассы для скармливания животным и птицам возможно ее сочетанное примене­ние с витамином А или без него. В медицинских целях витамин А изготавливают в капсулах для приема через рот.

Витамин D — это группа родственных соединений, в основе которых находится эргостерин, который обнаружен в клеточных мембранах эукариот. Поэтому, например, пекарские или пивные дрожжи применяют для получения зргостерина, как провитамина, обладающего антирахитическим действием. Содержание эргостерина в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2—11%.

При недостатке в организме гормона 1,25-дигидроксихолекальциферола, предшественником которого является витамин D2 у детей развивается рахит (аналог рахита у взрослых — остеомаля­ция).

Трансформация эргостерина в витамин D2 (кальциферол) происходит под влиянием ультрафиолетового облучения. При этом разрывается связь в кольце (позиции 9,10) и образуется двойная связь в боковой цепочке (позиции 22, 23). Эта последняя гидрирована в витамине D3 (холекальциферол). Физиологическая актив­ность обоих витаминов (D2 и D3) равноценна.

Кроме дрожжей продуцентами эрогостерина могут быть мицелиальные грибы — аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2—2,2% эргостерина. Замечено, что полиеновые антибиотики, действующие на клеточную мембрану дрожжей, заметно стимули­руют их содержание в биомассе.

Получение эргостерина в производственных условиях можно подразделить на следующие этапы: размножения исходной культуры и накопление инокулюма, ферментация, сепарирование кле­ток, облучение клеток ультрафиолетовыми лучами, высушивание и упаковка целевого продукта.

Так, применительно к дрожжам, инокулюм получают на средах, обеспечивающих полноценное развитие клеток, после чего основную среду с ацетатом (активатором биосинтеза стеринов), обога­щенную источником углерода и содержащую пониженное коли­чество азота (высокое значение C/N), засевают сравнительно большим объемом инокулята. Культивирование дрожжей (фермен­тацию) проводят при температуре, близкой к максимальной для конкретного штамма, и выраженной аэрации (2% О2 в газовой фазе). Спустя 3—4 суток, в зависимости от ростовых характеристик и биосинтетической активности культуры, клетки сепарируют и подвергают вакуум-высушиванию. Затем сухие дрожжи облучают ультрафиолетовыми лучами — УФЛ (длина волны 280—300 нм) в течение оптимального по продолжительности времени, при требу­емой температуре и с учетом примесных веществ. Эти контроли­руемые показатели, установленные опытным путем, указываются в регламентной документации. Облучение дрожжей можно проводить до сепарирования клеток в тонком слое 5% суспензии, учи­тывая малую проникающую способность УФЛ.

Облученные сухие дрожжи применяют в животноводстве; в промышленности их выпускают под названием "кормовые гидролизные дрожжи, обогащенные витамином D2". В таком препарате содержится не менее 46% сырого белка, незаменимые аминокис­лоты (лизин, метионин, триптофан) и 5000 ME витамина D2 /г.

В случае получения кристаллического витамина D2 клетки продуцента гидролизуют соляной кислотой при 110°С, затем температуру снижают до 75—78°С и добавляют этанол. Смесь фильт­руют при 10—15°С, оставшуюся после фильтрации массу промы­вают водой, высушивают, измельчают, нагревают до 78°С и дважды обрабатывают тройным объемом этанола. Спиртовые экстракты объединяют и упаривают до 70%-го содержания сухих веществ. Полученный "липидный концентрат" обрабатывают раствором ед­кого натра. Эргостерин кристаллизуется из неомыленнной фрак­ции концентрата при 0°С. Его очищают повторной перекристаллизацией. Кристаллы высушивают, растворяют в серном эфире, облучают УФЛ, эфир отгоняют, раствор витамина D2 кон­центрируют и кристаллизуют. "Кислотный фильтрат" обычно упаривают до 50%-го содержа­ния сухих веществ и применяют как концентрат витаминов. Производят также масляный концентрат витамина D2.

Рибофлавин, или витамин В2 — содержится в клетках различных микроорганизмов, будучи коферментом в составе флавопро-теинов (прежде всего — соответствующих ферментов из класса оксидоредуктаз — ФМН, ФАД). Поэтому в качестве продуцентов рибофлавина (флавопротеинов) могут быть бактерии, дрожжи и нитчатые грибы. Однако наиболее заманчивыми являются те штам­мы, которые образуют на жидких средах 0,5 г и более рибофлавина в 1 л среды. К подобным организмам относятся Ashbyii gossypii, Eremothecium ashbyii и Candida guilliermondii. Учитывая изменчи­вость активных продуцентов названных видов по способности синтезировать витамин В2, необходим систематический отбор культур в процессе их эксплуатации на производ­стве. Обычно активные продуценты первых двух видов формируют яркооранжевые колонии на агаризованных средах. Методами ген­ной инженерии удалось получить штамм сенной палочки, образующий около 6 г рибофлавина в 1 л среды, включающей мелассу, белково-витаминный концентрат и его гидролизат.

Высокий выход рибофлавина у Е.ashbyii коррелирует с азотом пуринов и другими азотистыми источниками, содержание которых должно быть достаточным. В качестве источников углерода применяют глюкозу или сахарозу, практикуют использование дрож­жевого и кукурузного экстрактов, соевой муки, масла (жира). Жидкие питательные среды для получения инокулюма и для основной ферментации могут несколько различаться между собой. Например, для получения посевного материала известна среда, содержащая сахарозу, пептон, кукурузный экстракт, калия дигидрофосфат, магния сульфат, подсолнечное масло, время выращива­ния продуцента на этой среде — 2 суток при 27—30°С (в зависи­мости от штамма). Ферментационная среда обычно включает ку­курузную и соевую муку, сахарозу, кукурузный экстракт, калия дигидрофосфат, кальция карбонат, натрия хлорид и ненасыщен­ный жир.

Обычно ферментацию проводят в течение 5 суток при рН 5,5— 7,7. После использования сахарозы (примерно через 30 часов) начинает заметно накапливаться витамин В2, вначале — в мицелии, а затем — в культуральной жидкости. Всю биомассу можно подвергнуть высушиванию и полученный сухой продукт с остаточной влажностью 8%, содержащий 1,5—2,5% рибофлавина, 20% белка, тиамин, никотиновую кислоту, пиридоксин, цианкобаламин, микроэлементы и другие вещества, рекомендуют для кормления животных.

В случае высоких выходных показателей по рибофлавину, витамин можно выделять в индивидуальном состоянии и, наряду с синтетическим рибофлавином, использовать в медицине.

Для Candida guillierniondii важно регулировать содержание железа в питательной среде; оптимальные концентрации колеблются, в среднем, от 0,005 до 0,05 мкг/мл. При этом определенные штаммы дрожжей могут образовывать за 5—7 дней до 0,5 г/л и более витамина. Однако для целей промышленного производства рибофлавина предпочитают использовать более продуктивные виды и штаммы грибов — E.ashbyii и Ashbyii gossypii.

Аскорбиновая кислота, или витамин С — это противоцинготный витамин, имеющийся у всех высших растений и животных; толькг человек и микробы не синтезируют ее, но людям она неотложно необходима, а микробы не нуждаются в ней. И, тем не менее, определенные виды уксуснокислых бактерий причастны к биосинтезу полупродукта этой кислоты — L-сорбозы. Таким обра­зом, весь процесс получения аскорбиновой кислоты является смешанным, то есть химико-ферментативным.

СН2ОН

процесс

» НОН£СО(СНОНиСН,ОНу

(трансформация)

L-сорбозз

L-асИОрбиновая

Биологическая стадия процесса катализируется мембраносвязанной полиолдегидрогеназой, а последняя (химическая) включает последовательно следующие этапы: конденсация сорбозы с диаде-тоном и получение диацетон — L-сорбозы, окисление диацетон —-L-сорбозы до диацетон-2-кето-Ь-гулоновой кислоты, подвергаемой затем гидролизу с получением 2-кето-1,-гулоновой кислоты; послед­нюю подвергают энолизации с последующей трас формацией в L-аскорбиновую кислоту.

Ферментацию G.oxydans проводят на средах, содержащих сорбит (20%), кукурузный или дрожжевой экстракт, при интенсивной аэрации (8—10 г О2/л/ч). Выход L-сорбозы может достичь 98% за одни-двое суток. При достижении культурой log-фазы можно дополнительно внести в среду сорбит, доводя его концентрацию до 25%. Также установлено, что G.oxydans может окислять и более высокие концентрации полиспирта (30—50%), создаваемые на последних стадиях процесса. Это происходит благодаря полиолде-гидрогеназы, содержащейся в клеточной биомассе. Ферментацию бактерий проводят в периодическом или непрерывном режиме. Принципиально доказана возможность получения L-сорбозы из сорбита с помощью иммобилизованных клеток в ПААГ.

Цианкобаламин, или витамин В12— получают только микроби­ологическим синтезом. Его продуцентами являются прокариоты и, прежде всего, пропионовые бактерии, которые и в естественных условиях образуют этот витамин. Мутанты Propionibacterium shermanii M-82 и Pseudomonas denitrificans M-2436 продуцируют на жидкой среде до 58—59 мг/л цианкобаламина.

Учитывая важную функцию витамина в организме человека (он является противоанемическим фактором), его мировое произ­водство достигло 10 т в год, из которых 6,5 т расходуют на медицинские нужды, а 3,5 т — в животноводстве.

Отечественное производство цианкобаламина базируется на использовании культуры P.freudenreichii var. shermanii, культивируемой в периодическом режиме без доступа кислорода. Фермен­тационная среда обычно содержит глюкозу, кукурузный экстракт, соли аммония и кобальта, рН около 7,0 поддерживают добавлением NH4OH; продолжительность ферментации 6 суток; через 3 суток в среду добавляют 5,6-диметилбензимидазол — предшественник ви­тамина Б12 и продолжают ферментацию еще 3 суток. Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому операции по выделению витамина заключаются в следующем: сепарирование клеток, экстрагирование водой при рН 4,5—5,0 и температуре 85—90°С, в присутствии стабилизатора (0,25% раствор натрия нитрита), Экстракция протекает в течение часа, после чего водный раствор охлаждают, нейтрализуют раствором едкого натра, добав­ляют коагулянты белка — хлорид железа трехвалентного и алю­миния сульфат с последующим фильтрованием. Фильтрат упари­вают и дополнительно очищают, используя методы ионного обмена и хроматографии, после чего проводят кристаллизацию витамина при 3—4°С из в одноацетонового раствора.

Кристаллический цианкобаламин можно получать с помощью резорцина или фенола, образующих с ним аддукты, которые сравнительно легко разлагаются на составляющие компоненты.

При реализации данного биотехнологического процесса не забывать о высокой светочувствительности витамина В12, поэтому все операции необходимо проводить в затемненных условиях (или при красном свете). На ацетонобутиловой и спиртовой бардах с добавлением солей кобальта и метанола в нашей стране получают кормовой препарат КМБ 12 — концентрат, содержащий витамин В12 и другие ростовые вещества.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.