Получение жирорастворимых витаминов. Убихинонов

Получение витамина D.Витамин D – это группа родственных соединений, в основе которых находится эргостерин, который обнаружен в клеточных мембранахэукариот. Поэтому, например, пекарские или пивные дрожжи применяют для получения эргостерина как провитамина, обладающего антирахитическим действием. Содержание эргостерина в дрожжевых клеткахколеблется в пределах 0,2–11 %.

При недостатке в организме гормона 1,25–дигидроксихолекальциферола, предшественником которого является витамин D, удетей развивается рахит, а у взрослых – остеомаляция.

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

Кроме дрожжей, продуцентами эргостерина могут быть мицелиальные грибы – аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2–2,2% эргостерина.

Получение эргостерина в производственных условиях можно подразделить на следующие этапы: размножение исходной культуры и накопление инокулята, ферментация, сепарирование клеток, облучениеультрафиолетовыми лучами, высушивание и упаковка целевого продукта.

Так, применительно к дрожжам, инокулят получают на средах,обеспечивающих полноценное развитие клеток, после чего основнуюсреду с ацетатом (активатором биосинтеза стеринов), обогащенную источником углерода и содержащую пониженное количество азота, засевают сравнительно большим количеством инокулята.Ферментацию

дрожжей проводят при максимальной для конкретного штамма температуре и выраженной аэрации (2% О₂ в газовой фазе). Спустя трое-четверо суток клетки сепарируют и подвергают вакуум-высушиванию.

Затем сухие дрожжи облучают ультрафиолетовыми лучами (длина волны 280–300 нм). Облученные сухие дрожжи применяют в животноводстве; в промышленности их выпускают под названием «кормовые гидролизные дрожжи, обогащенные витамином D2».

Получение эргостерина(витамина Д₂).Эргостерин – это основной компонент стеринов дрожжеподобных грибов рода Candida, использующих углеводы. Есть несколько вариантов выращивания дрожжей – продуцентов эргостерина. Продуценты – это дрожжи, плесени, особенно Saccharomyces cerevisiae.

Питательная среда должна содержать источники углерода, азота, фосфора.

Ферментация идет в аэробных условиях около 12-20 часов. Для получения кристаллического витамина Д 2, биомассу гидролизуют, охлаждают, фильтруют, делают спиртовые экстракты, которые омыляют (обрабатывают щелочью), кристаллизуют, очищают, растворяя в эфире, удаляют эфир, а затем эргостерин облучают ультрафиолетовыми лучами (УФ-облучение), так как витамин Д 2 из эргостерина образуется только после ультрафиолетового облучения (УФ-облучения ).

Источником получения эргостерина может служить и мицелий грибов, который остается как отход (побочный продукт) антибиотической промышленности. Микроорганизмы Cryptoccocus curvatus на средах с отходами молочной промышленности и при переработке хлопка синтезируют значительные количества эргостерина. Это все относится к вопросурентабельности и экологичности биотехнологического производства.

 

Получение β-каротина.Каротиноиды (политерпены) – это природный пигмент. Общий путь биосинтеза из изопреновых единиц. Источник – это высшие растения, водоросли, микроорганизмы. Получение - это тонкий органический синтез (химический способ) и биотехнология (использование мицелиальных грибов)

Питательная среда – кукурузно-соевая среда. Процесс получения многостадийный. β-каротин экстрагируется подсолнечным маслом и используется в виде масляных. Если используют химический синтез, то более рентабельно после экстракции его кристаллизовать.

Витамин РР – в его производстве используется биотехнологический метод, применяя способ экстракции из микроорганизмов, обычно это пекарские дрожжи. В качестве штамма используется Brevibacterium ammoniagenes.

Убихиноны(коферменты Q) – 2,3 диметокси, 5-метилбензохинон. Эти соединения синтезируются в организме животных и человека.

Участие убихинона в метаболических процессах проявляет регуляторный эффект, он же принимает участие в тканевом дыхании, окислительном фосфолирировании, в переносе электронов.

Получение убихинонв – это биотехнология на основе каллусных культур риса или опухолевой ткани. Продуценты – бактерии, дрожжи и дрожжеподобные микроорганизмы. Сухая масса грибов рода Candida содержит смесь убихинонов. Это один из примеров, когда биотехнология совмещает в едином процессе получение убихинонов и эргостерина из микробных липидов. Применение убихинонов – при ишемической болезни сердца и при повышенных нагрузках.

Уксуснокислые бактерии, используемые при окислении сорбита в сорбозу (при получении витамина С) содержат убихинон-10)с десятью изопреновыми единицами в боковой цепи, который является коферментом организма человека.

 

Методы получения аминокислот

Аминокислоты являются составными элементами белков. Все 20 аминокислот являются мономерами для построения природных полипептидов и хорошо изучены (методы их синтеза давно подробно описаны). Известно также, что эти соединения существуют в виде оптических изомеров (вспомните теорию строения органических соединений Бутлерова А.М., открывшего ассиметрию атома углерода с четырьмя заместителями, определяющими направление и степень вращения плоскости поляризованного света).

Производство аминокислот в мире постоянно растет и в настоящее время составляет около 400 тыс. тонн/год, хотя потребность в них оценивается гораздо выше.

Сегодня известны 4 метода получения аминокислот:

1. химический метод (тонкий органический синтез)

2. химико-энзиматический метод (энзиматическая трансформация химически синтезированных предшественников аминокислот с образованием биологически активных L-изомеров). Данный метод достаточно дорогой.

3. биологический метод (применение гидролиза белоксодержащих субстратов)

4. прямой микробиологический метод (получение L-аминокислот). Метод более дешевый, экономически выгодный.

Существенный недостаток методов химического синтеза ами­нокислот состоит в получении целевых препаратов в виде раце­мической смеси D- и L-стереоизомерных форм. Подавляющее боль­шинство природных аминокислот относятся кL-ряду. D-аминокислоты обнаружены лишь в составе гликопротеинов клеточ­ных стенок бактерий, антибиотиков и некоторых токсинов. Про­ницаемость L-аминокислот в клетке в 500 раз превышает: ее антипода. Стереоспецифичны также транспорт и метаболизм аминокислот. Исключением в этом отношении является лишь ме­тионин, метаболизм которого нестереоизбирателен, благодаря чемуданная аминокислота получается преимущественно путем хими­ческого синтеза. Разделение рацематов других аминокислот — до­рогая и чрезвычайно трудоемкая процедура.

Наиболее перспективен и экономически выгоденмикробиоло­гический синтез аминокислот. Более 60 % всех производимых внастоящее время промышленностью высокоочищенных препаратов белковых аминокислот получают именно этим способом, главное преимущество которого в сравнении с методами химического синтеза состоит в возможности получения L-аминокислот на основ возобновляемого сырья.

В последние годы при производстве аминокислот все шире ис­пользуют биотрансформацию предшественников аминокислот, особенно с помощью иммобилизованных ферментов или клеток микроорганизмов, предварительно получаемых химическим путем.

Наиболее распространенными методами получения аминокислот являются химико-энзиматический и микробиологический.

В качестве примеров использования химико-энзиматического метода можно привести:

v синтез аспарагиновой кислоты из фумаровой (используются клетки Escherichia coli)

v синтез L-фенилаланина из коричной кислоты (используются клетки дрожжей).

Промышленное производство аминокислот стало возможным после открытия способности у некоторых микроорганизмов вы­делять в культуральную среду значительные количества какой-либо одной аминокислоты (С. Киносита, 1955). При этом было подме­чено, что большинство из нескольких тысяч проанализированных диких штаммов микроорганизмов продуцировали аминокислоты во внешнюю среду, но в очень незначительных количествах. Не зафиксировано никакой связи между таксономическим положе­нием микроорганизма и способностью к продуцированию той или иной аминокислоты. Так, среди возможных продуцентов глутаминовой кислоты отмечены организмы, из которых 30 % — дрожжи, 30% — стрептомицеты, 20% — бактерии и 10% — микроскопи­ческие грибы. И лишь один из обследованных штаммов микроорга­низмов —Corynebacteriumglutamicum был способен к сверхсинтезу глутамата. Этот штамм использовали при организации первого в мире крупномасштабного производства глутаминовой кислоты микробиологическим методом в Токио (1956). В России изыскания в области промышленного синтеза аминокислот были начаты в 50-х годах прошлого столетия по инициативе акад. А. А. Александрова.

Перспективные штаммы продуцентов постоянно улучшают по­средством селекции мутантов с измененной генетической про­граммой и регуляторными свойствами. Распространенные объек­ты селекции продуцентов — микроорганизмы, относящиеся к родамBrevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium, Arthrobacter(табл. 1).

Разработка технологической схемы получения отдельной ами­нокислоты полностью базируется на знании путей и механизмов регуляции биосинтеза конкретной аминокислоты. Необходимого дисбаланса метаболизма, обеспечивающего сверхсинтез целевого продукта, добиваются путем строго контролируемых изменений состава и условий среды.

Таблица 1.Микроорганизмы — продуценты аминокислот (по Н. Б. Градовой и О. А. Решетник, 1987)

 

Аминокислота	Микроорганизмы
Аргинин	Е. coli, Bacillussubtilis, Corynebacteriumglutamicum, BrevibacteriumJlavum, Serratiamarcescens
Цистидин	B.Jlavum, C. glutamicum, S. marcescens,видыSteptomyces
Изолейцин	B. Jlavum, C. glutamicum, B. subtilis, S. marcescens
Лейцин	Brevibacterium lactofermentum, S. marcescens,C. glutamicum
Лизин	B. Jlavum, C. glutamicum
Фенилаланин	B. Jlavum, C. glutamicum
Пролин	B. Jlavum
Серин Треонин Триптофан Тирозин Валин	C. glutamicum В. flavum, С. glutamicum, Arthrobacter parafmens, Е. coli, S. marcescens Micrococcus, Candida utils, B. subtilis B. flavum, C. glutamicum B. flavum, C. glutamicum

Технология получения аминокислот базируется на принципах ферментации продуцентов и выделения первичных метаболитов, т. е. размножают маточную культуру вначале на агаризованной среде в пробирках, затем – на жидкой среде в колбах, инокуляторах и посевных аппаратах, а затем – в основных ферментаторах.

Известны два способа получения аминокислот: одноступенчатый и двухступенчатый. Согласно первому способу, например, мутантный ауксотрофный штамм – продуцент аминокислоты – культивируют на оптимальной для биоситеза среде. Целевой продукт накапливается в культуральной жидкости, из которой его выделяют согласно схеме на рис. 3.

Рис. 3. Примерная технологическая схема получения аминокислоты:

1 – ферментатор; 2 – охладитель; 3,9 – рефрижераторы; 4 – емкость для предварительной обработки; 5 – центрифуга; 6 – вакуум-упариватель; 7 – аппарат прямой предобработки аминокислоты; 8 – барабанный фильтр; А, Б – пути (при необходимости смыкающиеся); 10 – аппарат для ультрафильтрации; 11 – емкость для консервации раствора аминокислоты; 12 – мембранный фильтр; 13 – накопитель жидкого концентрата; 14 – емкость для осаждения аминокислоты; 15 – фильтр-пресс; 16 – распылительная сушилка; 17 – накопитель сухого концентрата.

В двухступенчатом способе микроб-продуцент культивируют в среде, где он получает и синтезирует все необходимые ингредиенты для последующего синтеза целевого продукта. Схема двухступенчатого процесса может быть представлена в следующем виде:

 

Микроб, продуцент аминокислоты

 

I ступень

Культивирование в

жидкойпитательной среде

 

 

Биосинтез предшественников аминокислоты и

ферментов, катализирующих биосинтез целевого

продукта

 

 

Биосинтез целевого продукта с

участием ферментов

II ступень

 

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2007; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!