Производство витаминов в биотехнологии

Производство витаминов в биотехнологии

Получение витаминов микробиологическим путем

Содержание

Витамины

Каротаноиды

Витамин D

Рибофлавин, или витамин В2

Аскорбиновая кислота, или витамин С

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 -каротина при гидролизе образуются две молекулы витамина A. Это имеет место, например, в кишечнике человека.


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, -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.

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).


дкие 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.

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.


анкобаламин 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.

Съедобные водоросли

Народы Тихоокеанского побережья с давних пор употребляют в пищу морские и океанские водоросли. Жители Гавайских островов из 115 видов водорослей, обитающих в местных океанских пространствах, используют в питании 60 видов.


Китае также высоко ценят съедобные водоросли. Особенно ценятся сине-зеленые водоросли Nostoc pruniforme, по внешнему виду напоминающие сливу и по вкусовым качествам причисленные к китайским лакомствам. В кулинарных справочниках Японии встречается более 300 рецептур, в состав которых входят водоросли. На Дальнем Востоке весьма интенсивно используют водоросли в пищевых целях и плантации не успевают восстанавливаться естественным путем. В связи с этим все чаще водоросли культивируют искусственно, в подводных садах. Выращивание аквакультур — процветающая отрасль биотехнологии. Водоросли используют также в виде сырья для промышленности.

В последнее время внимание специалистов, занимающихся вопросами питания, привлекает сине-зеленая водоросль спирулина (Spirulina platensis и Spirulina maxima), растущая в Африке (оз. Чад} и в Мексике (оз. Тескоко). Для местных жителей спирулина является одним из основных продуктов питания, так как содержит много белка, витамины А, С, D и особенно много витаминов группы В. Биомасса спирулины приравнивается к лучшим стандартам пищевого белка, установленным ФАО. Спи-рулину можно успешно культивировать в открытых прудах или в замкнутых системах из полиэтиленовых труб и получать высокие урожаи (примерно 20 г биомассы в пересчете на СВ с 1 м3 в сут).

Литература


Источник: www.BiblioFond.ru

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Пермская государственная  фармацевтическая академия Федерального агентства по здравоохранению и  социальному развитию»

Кафедра промышленной технологии с курсом биотехнологии

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнология витаминов

 

 

 

Выполнила: Скворцова  К. М.

Преподаватель: Соснина О. Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2013

Содержание

Введение……………………………………………………………………3

Витамины.

Применение  их в различных областях.

Пути производства…………………………………………………………4

Получение витаминов……………………………………………………...6

Заключение…………………………………………………………………14

Список литературы………………………………………………………..15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

     Биологические технологии (биотехнологии) обеспечивают управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности. Эти технологии базируются на использовании каталитического потенциала различных биологических агентов и систем – микроорганизмов, вирусов, растительных и животных клеток и тканей, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток. В настоящее время разработка и освоение биотехнологии занимают важное место в деятельности практически всех стран. Определить сегодня, что же такое биотехнология, весьма не просто. Вместе с тем, само появление этого термина в нашем словаре глубоко символично. Оно отражает мнение, что применение биотехнологических материалов и принципов в ближайшие годы радикально изменит многие отрасли промышленности и само человеческое общество. Интерес к этой науке и темпы ее развития в последние годы растут очень быстро.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Витамины. Применение их в различных областях. Пути производства.

 

     Витамины  – это низкомолекулярные органические вещества, необходимые любому организму в ничтожных концентрациях и выполняющих в нём каталитические и регуляторные функции. Недостаток того или иного витамина нарушает обмен веществ и нормальные процессы жизнедеятельности организма, приводя к развитию патологических состояний. Природным источником многих витаминов являются растения и микроорганизмы. Необходимость крупномасштабного производства витаминов определяется широкой областью их применения.

 

Применяют в:

 

  1. Сельское хозяйство – витаминные концентраты для повышения продуктивности животноводства.
  2. Пищевая промышленность – добавки для повышения полноценности продуктов питания.
  3. Здравоохранение и медицина – как лечебно-профилактические средства в индивидуальном виде и в виде комбинированных препаратов.

 

Получение:

 

     В настоящее время в производстве многих витаминов ведущие позиции принадлежат химическому синтезу, однако при производстве отдельных витаминов микробный синтез имеет огромное значение, например при производстве кормовых препаратов витаминов. Отдельные витамины, кобаламины, менахиноны продуцируются только микробными клетками. Витамины принимают активное участие во многих процессах метаболизма человека и высших животных (процессы цикла трикарбоновых кислот, распад и синтез жирных кислот, синтез аминокислот и др.), оказывая влияние на разнообразные физиологические процессы.

     Микробиологическим путем получают некоторые витамины группы B, а также эргостерин и каротин, являющиеся, соответственно, предшественниками витаминов D2 и провитамина A.

 

 

 

Пути производства:

  1. Экстракция витаминных препаратов из растительного или из животного сырья. Именно этим путём были получены первые витаминные препараты. В настоящее время доля витаминов, получаемых этим путём, незначительно в виду малого содержания их в природном сырье.
  2. Химический синтез. Самый распространённый путь получения на данный момент.
  3. Биосинтез витаминов. Витамины, химический синтез которых невозможен в крупномасштабном производстве или нецелесообразен, получают с применением микроорганизмов, способных к сверхсинтезу и накоплению определённых витаминов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получение витаминов

 

  1. Витамин В12.

 

     Витамин  В12 – (α-5,6-диметилбензимидазол)-цианкобаламин  – полимер сложного строения, являющийся гематопоэтическим и  ростовым фактором для многих  животных и микроорганизмов. Микробиологический синтез является единственным способом получения данного витамина.

     Способность к синтезу данного витамина широко распространена среди прокариотических микроорганизмов. Активно продуцируют витамин В12 Propionibacterium, а также Pseudomonas и смешанные культуры матанообразующих бактерий. Получение витамина на основе пропионовокислых бактерий, способных к самостоятельному синтезу аденозилкобаламина 5,6 ДМБ (коэнзима В12), осуществляется в две стадии в двух последовательных аппаратах объемом 500 л при коэффициенте заполнения 0.65–0.70.

      Первую стадию культивирования  проводят в течение 80 ч и  слабом перемешивании в анаэробных  условиях до полной утилизации  сахара; полученную биомассу центрифугируют. Сгущенную суспензию инкубируют  во втором аппарате еще в течение 88 ч, аэрируя культуру воздухом (2 м3/ч). Среда содержит сахара (обычно глюкозу 1–10 %), добавки солей железа, марганца, магния и кобальта (10–100 мг/л), кукурузный экстракт (3–7 %). В качестве источника азота принят (NH4)2SO4. Ферментацию проводят при 30°С, рН стабилизируют на уровне 6.5–7.0 подтитровкой культуры раствором (NH)4OH. На второй стадии происходит образование ДМБ. После завершения ферментации витамин экстрагируют из клеток, нагреванием в течение 10–30 минут при 80–120°С. При последующей обработке горячей клеточной суспензии цианидом происходит образование CN-кобаламина; продукт сорбируют, пропуская раствор через активированный уголь и окислы алюминия; затем элюируют водным спиртом или хлороформом. После выпаривания растворителя получают кристаллический витамин. Выход В12 составляет до 40 мг/л.

      Активными продуцентами В12 являются  бактерии рода Pseudomonas.  Разработаны  эффективные технологии на основе  термофильных бацилл Bacillus circulans, в  течение 18 ч при 65–75°С в  нестерильных условиях. Выход витамина составляет от 2.0 до 6.0 мг/л. Бактерии выращивают на богатых средах, приготовленных на основе соевой и рыбной муки, мясного и кукурузного экстракта. Продукция В12 для медицины составляет около 12 т/г; форма выпуска – стерильный раствор CN-В12 на основе 0.95-го раствора NaCl и таблетки витамина в смеси с фолиевой кислотой или другими витаминами. Для нужд животноводства витамин В12 получают на основе смешанной ассоциации термофильных метаногенных бактерий. Ассоциация состоит из 4-х культур, взаимосвязанно расщепляющих органический субстрат до СО2 и СН4: углеводсбраживающих, аммонифицирующих, сульфатвосстанавливающих и собственно метанобразующих бактерий. В качестве субстрата используют декантированную ацетонобутиловую барду, содержащую 2.0–2.5 % сухих веществ. Брожение проходит при 55–57°С в нестерильной культуре в две фазы: на первой образуются жирные кислоты и метан, на второй – метан, углекислота и витамин В12. Длительность процесса в одном аппарате составляет 2.5–3.5 суток, в двух последовательных – 2–2.5 суток. Концентрация витамина в бражке достигает 850 мкг/л. Параллельно в значительных количествах, до 20 м3/м3 образуется газ (65 % метана и 30 % углекислоты). Бражка имеет слабощелочную реакцию. Для стабилизации витамина ее подкисляют соляной или фосфорной кислотой, затем в выпарном аппарате сгущают до 20 % содержания сухих веществ и высушивают в распылительной сушилке. Содержание В12 в сухом препарате – до 100 мкг/г.

 

  1. Эргостерин

 

     Эргостерин – (эргоста-5,7,22-триен-3β-ол) – исходный продукт производства витамина D2 и кормовых препаратов дрожжей, обогащенных этим витамином. Витамин D2 (эргокальциферол) образуется при облучении ультрафиолетом эргостерина, который в значительных количествах синтезируют бурые водоросли, дрожжи, плесневые грибы. Наиболее активные продуценты эргостерина – Saccharomyces, Rhodotoryla, Candida.

      В промышленных  масштабах эргостерин получают  при культивировании дрожжей  и мицелиальных грибов на средах  с избытком сахаров при дефиците  азота, высокой температуре и хорошей аэрации. Более интенсивно эргостерин образуют дрожжи рода Candida на средах с углеводородами. При получении кристаллического препарата витамина D2 культивируют плесневые грибы (Penicillium, Aspergillus). Для получения кормовых препаратов облучают суспензию или сухие дрожжи (Candida). Облучают тонкий слой 5 % суспензии дрожжей ультрафиолетовыми лампами с длиной волны 280–300 нм. Кормовые препараты дрожжей содержат в 1 г АСВ 5000 Е витамина D2 и не менее 46 % сырого белка. Для получения кристаллического препарата витамина дрожжи или грибной мицелий подвергают кислотному гидролизу при 110°С. Витамин экстрагируют спиртом, фильтруют, далее фильтрат упаривают, несколько раз промывают спиртом. Спиртовый экстракт сгущают до 50 % концентрации сухих веществ, омыляют щелочью. Полученные кристаллы витамина очищают перекристаллизацией и сушат в эфире, отгоняя последний. Кристаллический осадок растворяют в масле. Данный препарат используют в медицинских целях. Эргостерин является также исходным продуктом для получения ряда стероидных гормонов, пищевых и лекарственных препаратов.

 

  1. Каротиноиды

 

     Каротиноиды  — это изопреноидные соединения, синтезирующиеся многими пигментными  микроорганизмами из рода Aleuria, Blakesloa, Corynebacterium, Flexibacter, Fusarium, Halobacterium, Phycomyces, Pseudornonas, Rhodotorula, Saicina, Sporobolomyces и др. Всего описано около 500 каротиноидов.

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

      Каротиноиды  локализуются в виде сложных  эфиров и гликозидов в клеточной  мембране микроорганизмов, либо  в свободном состоянии — в  липидных гранулах в цитоплазме. Каротиноид "ретиналь", например, у галофильного вида — Halobacterium halobium — соединен с белком через остаток лизина (опсиноподобный белок); оп участвует в синтезе АТФ благодаря генерации трансмембранного 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 (-) особи этих видов при совместном культивировании могут образовать 3-4 г каротина на 1 л среды.

      Питательные среды для них  достаточно сложные и включают  источники углерода, азота, витаминов, микроэлементов, специальных стимуляторов (гидрол, кукурузно-соевая мука, растительные масла, керосин, р-ионон или изопреновые димеры, и пр.). Стимуляторы целесообразно вносить в культуральные среды в конце трофофазы, то есть когда продуцент переходит в продуктивную фазу (идиофазу).

      Вначале штаммы выращивают раздельно,  а затем — совместно при  26°С и усиленной аэрации с  последующим переносом в основной  ферментатор. Условия культивирования  сохраняют прежними. Длительность  ферментации — 6-7 дней. Каротиноиды извлекают ацетоном (можно каким-либо другим полярным растворителем), переводят в неполярный растворитель. В случаях извлечения белково-каротиноидных комплексов, то применяют поверхностно-активные вещества в концентрации 1—2%. В целях очистки и более тонкого разделения гомологов можно прибегать к методам хроматографии или к смене растворителей. Витамин A1 из β-каротина сравнительно легко можно получить при гидролизе. В случае изготовления каротинсодержашей 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.

 

  1. Витамин С.

 

     Аскорбиновая  кислота, или витамин С —  это противоцинготный витамин,  имеющийся у всех высших растений  и животных; только 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.

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

Источник: referat911.ru

Источник: moodle.ggau.by

Схема получения кормовых дрожжей из гидролизатов древесины приведена ниже:

Производство витаминов в биотехнологии

 

Лекция № 14

Технология получения аминокислот

Методы получения аминокислот, лизин, триптофан

Методы получения аминокислот

Восемь аминокислот организм животных не может синтезировать, поэтому их называют биологически незаменимыми аминокислотами. К ним относятся фенилаланин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и валин. Эти аминокислоты должны регулярно и в нужном количестве поступать в организм вместе с пищевыми продуктами. Недостаток одной из этих аминокислот в пище может стать фактором, лимитирующим рост и развитие организма.

В растительных продуктах, составляющих основу питания человека и животных, в недостаточном количестве может быть лизин, метионин и иногда триптофан. Препараты этих аминокислот имеют большое значение в формировании правильного питания человека и в сбалансированности кормов для домашних животных.  пищевой промышленности и кулинарии многих стран в качестве специи используется натриевая соль глутаминовой кислоты, придающая ощущение сытости. Препараты аминокислот используют в медицине, например для парентерального питания больных и для исследовательских работ в качестве реагентов.

Аминокислоты можно получить химическим синтезом, но в этом случае образуется трудно разделимая рацемическая смесь L — и. D-форм аминокислот. Биологически активными и потому используемыми в питании человека и животных являются L-аминокислоты, исключение составляет только метионин. В Советском Союзе освоен метод промышленного получения D-, L-метионина химическим синтезом.

Аминокислоты можно получить и гидролизом природных белков с последующим выделением аминокислот из гидролизата. Однако запасы белков ограничены, кроме того, при кислотном гидролизе некоторые аминокислоты, например триптофан, разрушаются. В будущем, возможно, будут получать аминокислоты из белков микробного происхождения, химически или ферментативно гидролизуя их.

Аминокислоты можно получить и из соответствующих кетокислот, химически или микробиологически аминируя их. Однако проблема получения L-аминокислот путем аминирования до сих пор практически не решена.

Лизин

Лизин в организме является не только структурным элементом белка, но и выполняет ряд важных биохимических функций — является предшественником карнитина и оксилизина. Лизин способствует транспорту кальция и стронция в клетки и др. В настоящее время во многих странах препарат лизина добавляют к хлебу для повышения его биологической ценности, а также для улучшения внешнего вида. Доказано, что лизин улучшает аппетит, способствует секреции пищеварительных ферментов, предотвращает кариес зубов у детей.

Лизин является самой дефицитной в кормах животных незаменимой аминокислотой. Установлено, что добавка лизина в количестве 0,1—0,4% к кормам значительно увеличивает продуктивность домашних животных.

Для биосинтеза лизина используют гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium, Micro-coccus, Corynebacterium и др.

Химизм образования молекулы лизина показан на рис. 55.

Производство витаминов в биотехнологии

 

Лекция № 14

Технология получения аминокислот

Методы получения аминокислот, лизин, триптофан

Методы получения аминокислот

Восемь аминокислот организм животных не может синтезировать, поэтому их называют биологически незаменимыми аминокислотами. К ним относятся фенилаланин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан и валин. Эти аминокислоты должны регулярно и в нужном количестве поступать в организм вместе с пищевыми продуктами. Недостаток одной из этих аминокислот в пище может стать фактором, лимитирующим рост и развитие организма.

В растительных продуктах, составляющих основу питания человека и животных, в недостаточном количестве может быть лизин, метионин и иногда триптофан. Препараты этих аминокислот имеют большое значение в формировании правильного питания человека и в сбалансированности кормов для домашних животных.  пищевой промышленности и кулинарии многих стран в качестве специи используется натриевая соль глутаминовой кислоты, придающая ощущение сытости. Препараты аминокислот используют в медицине, например для парентерального питания больных и для исследовательских работ в качестве реагентов.

Аминокислоты можно получить химическим синтезом, но в этом случае образуется трудно разделимая рацемическая смесь L — и. D-форм аминокислот. Биологически активными и потому используемыми в питании человека и животных являются L-аминокислоты, исключение составляет только метионин. В Советском Союзе освоен метод промышленного получения D-, L-метионина химическим синтезом.

Аминокислоты можно получить и гидролизом природных белков с последующим выделением аминокислот из гидролизата. Однако запасы белков ограничены, кроме того, при кислотном гидролизе некоторые аминокислоты, например триптофан, разрушаются. В будущем, возможно, будут получать аминокислоты из белков микробного происхождения, химически или ферментативно гидролизуя их.

Аминокислоты можно получить и из соответствующих кетокислот, химически или микробиологически аминируя их. Однако проблема получения L-аминокислот путем аминирования до сих пор практически не решена.

Лизин

Лизин в организме является не только структурным элементом белка, но и выполняет ряд важных биохимических функций — является предшественником карнитина и оксилизина. Лизин способствует транспорту кальция и стронция в клетки и др. В настоящее время во многих странах препарат лизина добавляют к хлебу для повышения его биологической ценности, а также для улучшения внешнего вида. Доказано, что лизин улучшает аппетит, способствует секреции пищеварительных ферментов, предотвращает кариес зубов у детей.

Лизин является самой дефицитной в кормах животных незаменимой аминокислотой. Установлено, что добавка лизина в количестве 0,1—0,4% к кормам значительно увеличивает продуктивность домашних животных.

Для биосинтеза лизина используют гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium, Micro-coccus, Corynebacterium и др.

Химизм образования молекулы лизина показан на рис. 55.

Производство витаминов в биотехнологииВ Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна разработаны основы непрерывной ферментации лизина в мелассно-кукурузной среде при помощи культуры Brevibacte-rium 22 и 22 L. При гомогенной ферментации по методу хемостата выявлено, что равновесное состояние системы устанавливается при скорости протока 0,05≤D≤0,20 ч-1, при этом концентрация лизина составляет 6—8 г/л, содержание биомассы около 8 г/л. Проточная культура обладает повышенной лизинсинтезирующей способностью (на 20—25% выше по сравнению с периодической), поэтому рациональной является комбинированная технология получения лизина: непрерывная ферментация на стадии приготовления посевного материала и периодический процесс главной ферментации.

При наличии хорошо герметизированной и автоматически управляемой ферментационной аппаратуры можно осуществить трехступенчатый процесс, который обеспечивает 20— 30 г/л лизина при выходе культуральной жидкости из третьего аппарата (табл. 16).

Высокую концентрацию лизина (до 60 г/л) в культуральной жидкости можно получить на мелассной среде, если во время ферментации вести подкормку путем дробной подачи части питательной среды при соблюдении точной регуляции культивирования. Мелассу можно заменить, на сахарозу, диффузионный сок сахарной свеклы, глюкозу или гидролизаты крахмала, древесины, торфа, а также на уксусную кислоту.

Для получения кристаллического лизина клеточную массу центрифугируют, а культуральную жидкость пропускают через катионнт КУ-2 или КВ-4-Р-2. Лизин элюируют 2,0—3,5%-ным раствором NH4OH, элюат упаривают в вакууме при температуре 600С до 1/20 — 1/30 части исходного объема. Затем при помощи НС1 устанавливают рН 4,5—5,0, охлаждают до 14—18°С и кристаллизуют.

Фильтрацией или центрифугированием кристаллов получают технический лизин, содержащий 94—96% лизина монохлоргидрата. Для получения чистого лизина кристаллы технического лизина в небольшом количестве воды нагревают до 70°С, добавляют активированный уголь, перемешивают и фильтруют. При помощи НС1 устанавливают рН 4,9, раствор упаривают и кристаллизуют. Кристаллы сушат при температуре 60°С. Полученный таким образом лизин содержит 99,9% лизина монохлоргидрата. 0,1% золы и не более 0,001% тяжелых металлов.

После отделения лизина из фильтрата еще выделяют бетаин, используемый в медицине (препарат асидин), а также в животноводстве.

Лизин можно получать, работая по двухступенчатому методу. На первой ступени при помощи микробиологического синтеза (аналогичного биосинтезу лизина) или химического синтеза (из голуола. керосина и др.) получают α, ε-диаминопимелиновую кислоту. На второй ступени проводят ферментативное декарбоксилирование α, ε -диаминопимелиновой кислоты.

Триптофан

Триптофан используют в медицине, а также как реагент в биохимических исследованиях; в небольших количествах он требуется для нужд животноводства. Триптофан получают из антраниловой кислоты, используя особые штаммы дрожжей Candida или Hansunella.

Антраниловая кислота ядовита. Синтезируя триптофан, упомянутые дрожжи освобождают клетки от этого вредного соединения, превращая его в важную для биосинтеза белков аминокислоту.

Для размножения дрожжей можно использовать мелассу, диффузионный сок сахарной свеклы, сахарозу или другие среды, содержащие усваиваемые источники углерода.

Активный штамм дрожжей — продуцент триптофана — сохраняют на скошенном суслоагаре и пересевают один раз в месяц. После пересева выдерживают 48 ч в термостате при 28— 300С, затем сохраняют в холодильнике. Далее проводят подготовку посевного материала для двухступенчатой ферментации.

Состав питательной среды для колб следующий (в г/л): меласса 104; мочевина 5; К2НРО4 0,1; MgSO4 0,05; СаСl2 0,1; рН 7,5—8. Колбы выдерживают на качалке 24 ч при 28—30°С. После 24 ч выращивания содержимое колб первой стадии в стерильных условиях переносят в качалочные колбы емкостью 750 мл, содержащие по 100 мл питательной среды указанного выше состава.

После 24 ч выращивания на качалке биомасса дрожжей второй стадии используется для дальнейшего накопления дрожжевой массы в ферментаторе.

Процесс ферментации в ферментаторах проводят так. Производственную питательную среду, содержащую (в г/л) мелассы 62.3; мочевины 5; K2HPО4 0,1; СаСl2 0.1; MgSO4 0,05. стерилизуют 30 мин при 0,1 МПа (1 кгс. смс), рН среды 7.5—8. После охлаждения до 300С туда в стерильных условиях переносят посевной материал, который содержит не менее 3—5 г, л сухой биомассы. В ферментаторе в течение 24 ч дрожжи культивируют при аэрации не менее 7 г О2/(л-ч).

В качестве пеногасителя можно использовать подсолнечное масло, кашалотовыи жир или кремнийорганическое соединение.

Через 24 ч в культуральную жидкость добавляют антраниловую кислоту в виде 5%-ного спиртового раствора и мочевину з виде 50%-ного раствора. После внесения антраниловой кислоты начинается вторая стадия ферментации — биосинтез L-трипто-фана. Уровень аэрации снижается до 3—4 г О;/(л-ч). После добавления в среду антраннловой кислоты и мочевины через 4 ч добавляют мелассу в виде 25%-ного раствора. На дальнейшем этапе ферментации добавки проводят в следующем порядке: мелассный раствор добавляют через каждые 12 ч. антраниловую кислоту одновременно с источником азота вносят через каждые 6 ч.

Через 144 ч ферментацию прекращают.

Производство витаминов в биотехнологии

Механизм трансформации антраниловой кислоты в триптофан может быть представлен следующим образом. Вначале из антраниловой кислоты ферментативно образуется индол

Производство витаминов в биотехнологии

Механизм трансформации антраниловой кислоты в триптофан может быть представлен следующим образом. Вначале из антраниловой кислоты ферментативно образуется индол

Производство витаминов в биотехнологии

По мнению и , триптофан образуется при конденсации серина и индола в присутствии пиридоксальфосфата:

После осаждения биомассы триптофан из культуральной жидкости выделяют при помощи ионообменных смол и затем элюируют раствором аммиака в изопропиловом спирте.

В Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна АН ЛатвССР разработан метод получения кормового концентрата триптофана. В его состав входит также дрожжевая биомасса.

Лекция 15

Генетика. Трансформация. Посттрансляционная модификация белков. Регуляция белкового синтеза.

Значительная часть синтезируемых клеткой белков в зависимости от их функционального назначения либо переносится через мембраны, либо встраивается в них. Проникновение белков через биологические мембраны, равно как и их встраивание в мембраны, осуществляется с помощью сигнальных пептидов. Такое предположение впервые было высказано в начале 70-х годов Г. Блобелем. В настоящее время эта гипотеза подтверждена экспериментально.

Сигнальные пептиды представлены фрагментами полипептидных цепей белков в их N-концевой части протяженностью 15-30 аминокислотных остатков. Центральная часть сигнальных пептидов содержит остатки гидрофобных аминокислот, а концевые последовательности обогащены гидрофильными аминокислотными радикалами. Такая структура обеспечивает, при наличии не менее 7 гидрофобных радикалов подряд, беспрепятственное внедрение сигнальных пептидов в липопротеиновую мембрану в зоне рецептора сигнального пептида и последующий перенос белка через нее или закрепление в ней. Установлено, что перенос белков через биологические мембраны может осуществляться либо либо одновременно с трансляцией белка в рибосоме (котрансляционно), ибо по завершении трансляции и отделения белка от рибосомы (пострансляционно), но в любом случае ведущая роль принадлежит сигнальному пептиду (рис.101). Последний отщепляется по завершении переноса при участии сигналопептидазы.

Сигнальная гипотеза Блобеля позволила по-иному подойти к проблеме активного транспорта макромолекул. Однако последняя не сводится только к сигнальной гипотезе: получены данные о существовании специальных белков – поринов, обеспечивающих перенос макромолекул. Расширились представления о мембранных белках, распознающих сигнальные пептиды, а некоторые из них (М=34 и 54 кДа) выделены и охарактеризованы; изучена группа белков (М=кДа), заякоривающих новообразованные белки в мембране; обнаружены рибонуклеопротеиновые частицы, составленнные из 7,8 РНК и нескольких (до 6) пептидов, тоже узнающие сигнальные последовательности в белках.

Посттрансляционная модификация белков

Не все белки, образовавшиеся в результате рибосомального синтеза, обладают полностью завершенной структурой. Во многих случаях они синтезируются в виде предшественников и лишь после протеолитического отщепления пептидного фрагмента приобретают законченную форму. Примерами такого рода посттрансляционной модификации белков может служить отщепление сигнальных пептидов по завершении переноса белков через билогические мембраны (рис.101), фрагментирование белковых предшественников при образовании из них функционально активных белков, например трипсина из трипсиногена, инсулина из проинсулина, или биологически активных пептидов, например гормонов и рилизинг-факторов. Аналогичный характер носит посттрансляционная модификация белков, сводящаяся к протеолитическому отщеплению N — концевого формилметионина или метионина, с которых, как показано выше, начинается сборка полипептидных цепей в процессе рибосомального синтеза белков.

Вместе с тем широко представлена посттрансляционная модификация белков по аминокислотным радикалам. К их числу относятся: гидроксилирование радикала пролина при переходе проколлагена в коллаген; ацетилирование N — концевой аминокислоты в белковой молекуле, как, например, при биосинтезе яичного альбумина; метилирование радикалов лизина и аргинина при посредстве S-аденозил-L-метионин: протеин N-метил- или О-метилтрансферазы, особенно широко представленное при посттрансляционной модификации гистонов, негистоновых ядерных белков и рибосомальных белков; присоединение олигосахаридных фрагментов к радикалам аспарагина, серина и треонина при биосинтезе гликопротеинов; амидирование радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислоты, что связывают с изменчивостью белков в онтогинезе и, в частности, при старении; карбоксилирование радикалов глутаминовой кислоты по γ-углеродному атому, в результате чего в белке возникают остатки γ-карбоксилглутаминовой кислоты, необходимые для связывания Са2+; аденилирование и уридилирование радикалов тирозина. К посттрансляционным процессам, имеющим важнейшее значение для регуляции метаболической активности генома, относятся фосфолирование гистонов и негистоновых белков хроматина. Один из примеров котрансляционной модификации белков приведен на рис.102.

Регуляция белкового синтеза

Исходя из матричной гипотезы биосинтеза белка, Ф. Жакоб и Ж. Моно (1961) впервые предложили весьма многообещающую схему регуляции белкового синтеза. Следуя концепции один ген – одна мРНК – один белок, Ф. Жакоб и Ж. Моно связали узловой пункт регуляции белкового синтеза с ДНК, входящий в состав генетического аппарата клетки. В генетическом аппарате клетки существуют сообщества структурных генов, так называемых оперонов, каждый из которых ответственен за взаимосвязанный синтез ряда специфических белков. Деятельность оперона в качестве поставщика мРНК контролируется геном-оператором, который либо разрешает, либо запрещает запуск гомологической репликации серии мРНК на ДНК-матрице. В свою очередь, функция гена-оператора контролируется пространственно изолированным от него геном-регулятором, который продуцирует мРНК, необходимую для синтеза белка-репрессора. Именно белок-репрессор, будучи присоединен к гену-оператору, блокирует его функцию. Более того, сам белок-репрессор подвержен действию аллостерических эффекторов, которые, соединяясь с ним, так изменяют его третичную структуру, что либо стимулируют, либо ингибируют возникновение комплекса между репрессором и геном-оператором. В качестве аллостерических эффектов часто выступают субстраты (индуцированный синтез ферментов). Сказанное иллюстрирует схема 4. В нее включены также информосомы, на уровне которых тоже осуществляется регуляция биосинтеза белков.

Данная схема отражает только часть тех факторов, котрые принимают участие в регуляции биосинтеза белков. Эта регуляция осуществляется также на уровне метаболитов при активировании и переносе аминокислот; на уровне макромолекул при биосинтезе ДНК, различных видов РНК и рибосом; на уровне субклеточных структур (формирование полисом, роль белково-липидных мембран и т. п.), клетки (ядерноцитоплазменные взаимоотношения и др.), органа и организма (гормональная регуляция) и, наконец, на уровне среды (например, зависимость точности кода белкового синтеза от температуры).

Лекция №16

Получение витаминов, антибиотиков и ферментативных препаратов

Витамины группы В, рибофлавин, классификации антибиотиков, технические препараты ферментов

Получение витаминов

Микроорганизмы содержат много витаминов, которые чаще всего входят в состав ферментов. Состав и количество витаминов в биомассе зависят от биологических свойств данной культуры микроорганизмов и условий культивирования. Некоторые витамины микроорганизмы синтезируют, другие напротив усваивают в готовом виде из окружающей среды. Культура, способная синтезировать какой-либо витамин, называется аутотрофной по отношению к нему, если культура не способна синтезировать данный витамин, она является аутогетеротрофной.

Витамины группы В. Сравнительно богаты витаминами группы В дрожжи (хлебопекарные, пивные, кормовые).

Изменяя условия среды, содержание отдельных витаминов можно увеличить.

Количество витаминов в клетках, а также их выделение из последних можно изменить при помощи микроэлементов. Например, небольшие добавки марганца способствуют накоплению инозита в клетках. Так, повышенные дозы кобальта (100— 500 мкг хлорида кобальта на 100 г) увеличивают содержание пиридоксина (витамин В6) в культуральной жидкости.

Рибофлавин. Для получения препарата витамина В2 используют культуру дрожжей Candida guilliermondia, бактерии Clostridium acetobutylicum, даже продуцент лизина Brevibacterium и др. Однако наибольшую продуктивность в биосинтезе рибофлавина имеет дрожжеподобная культура Eremothecium ash-buii, дающая до 6000 мкг рибофлавина на 1 г сухого вещества питательной среды.

Рибофлавин накапливается в клетках микроорганизмов либо в виде флавинадениннуклеотида, либо в свободном виде. В последнем случае он представляет собой желтые кристаллы, находящиеся в вакуолях. Максимального количества биомассы культура Eremothecium ashbuii достигает на второй день культивирования. В это время наблюдается интенсивное спорообразование и синтез рибофлавина.

При старении культуры, особенно через 4—5 сут культивирования, клетки начинают автолизироваться и рибофлавин переходит в среду.

Биосинтез рибофлавина полностью еще не выяснен. Считают, что кольца В и С в молекуле рибофлавина образуются так же, как и пуриновые основания, и накопление рибофлавина в клетках и окружающей среде происходит в результате чрезмерно активного синтеза пуринов. Предшественником рибофлавина, думается, мог бы быть диаминоурацил. Кроме того, из продукта гликолиза — пировиноградной кислоты — может образоваться ацетоин или диацетил, которые, возможно, участвуют в образовании кольца А молекулы рибофлавина.

Для получения кормового препарата рибофлавина культуральную жидкость упаривают в вакууме до 30—40% сухих веществ и сушат в распылительных или валково-вакуумных сушилках. Для получения кристаллического препарата рибофлавина культуральную жидкость нагревают до 95—100°С, так как в этих условиях весь рибофлавин выходит из клеток. Затем раствор центрифугируют, центрифугат охлаждают до 18—20°С, устанавливают рН среды 4,5—5,0 и осаждают рибофлавин из раствора при помощи гидросульфита. После декантации осадок промывают, центрифугируют, сушат и размельчают. Полученный технический препарат можно использовать в животноводстве. Медицинский препарат рибофлавина получают перекристаллизацией его из раствора технического рибофлавина в соляной кислоте.

Получение антибиотиков

Антибиотики — органические соединения. Они синтезируются живой клеткой и способны в небольших концентрациях замедлить развитие или полностью уничтожить чувствительные к ним виды микроорганизмов. Их продуцируют не только клетки микроорганизмов и растений, но и клетки животных. Антибиотики растительного происхождения называют фитонцидами. Это хлорелин, томатин, сативин, получаемый из чеснока, и алин, выделяемый из лука.

По химическому строению антибиотики также делят на группы (по и ):

1. Алифатические антибиотики — нистатин, микостатин, фун-гицидин. Нистатин продуцируют Streptomy-ces fungicidicus, Str. naursei. Он действует на дрожжи и грибы, но не влияет на бактерии.

2. Алициклические антибиотикитетрациклин — действуют на стафилококки, стрептококки, салмонеллы и др. Его продуцент Str. viridofaciens.

Тетрациклин получают также путем дехлорирования хлор-тетрациклина. Если в В-кольце молекулы тетрациклина у верхнего атома углерода имеется —ОН группа, тогда это соединение (также широко известное антибиотическое вещество) называют окситетрациклином. Его продуцируют Str. rimosus и другие культуры.

Если у верхнего атома углерода D-кольца молекулы тетрациклина находится атом хлора, то это вещество называется хлортетрациклином или биомицином. Оно используется не только в медицине, но и как стимулятор при откармливании домашних животных.

3. Антибиотикихиноны (например, фумигатин, продуцируемый многими видами Aspergillus), воздействуют на стафилококки, стрептококки, Vibrio choleras и др.

Азотосодержащие гетероциклические антибиотики — пенициллин и его производные продуцируются Penicillium potatum и особенно P. chrysogoiium. Он воздействует на грамположи-тельные бактерии — Salmonella, Pseudomonas, Staphylococcus, Candida albicans, Mycobaelerium tuberculosis, Streptococcus faeca-lis. Vibrio и др.

5. Стрептомицины и им подобные антибиотики. Стрептомицин продуцируют Streptomyces griseus или Actinomyces strepto-mycini (пo классификации советских ученых). Он воздействует на грамотрицательные бактерии, а также на некоторые грам-положительные бактерии.

6. Содержащие кислород гетероциклические антибиотики — гризеофульвнн (продуцирует Penicillium griseofulvum) и др.

7. Антибиотикиполипептиды — грамицидин, полимиксин и др. По строению они являются циклопептидами из остатков L и D-минокислот. Полимиксин продуцируют Bacillus polymyxa, В. aerosporus и др.

В настоящее время производят очень много различных антибиотиков. В качестве примера ниже приводится технология получения пенициллина и кормового биомицина.

Получение ферментативных препаратов

Для получения ферментных препаратов используют как микроскопические грибы, так и бактерии и дрожжи. Иногда получение технического ферментного препарата кончается проведением процесса ферментации, например в спиртовой промышленности для осахаривания крахмала используют жидкую культуру As-pergillus niger, выращенную глубинным методом культивирования на спиртовой барде с добавками крахмала (1%) и различных солей. Впоследствии ее добавляют в жидком виде в количестве 10—12% к осахариваемому затору. Однако активность ферментов в культуральной жидкости быстро снижается. Поэтому широко практикуют получение сухих технических ферментных препаратов.

Технические препараты ферментов. Комплексный амилолитический ферментный препарат получают см выращивания плесневых грибов на твердой питательной среде с последующей сушкой и измельчением полученной массы. Более активный препарат фермента получают путем экстракции такого «грибного солода» с последующим выпариванием и сушкой. Еще более активные ферментные препараты можно выделить из культуральной жидкости путем осаждения амилазы ацетоном и дальнейшим высушиванием коагулята при температуре 27—28СС. Для осаждения фермента часто используют и сульфат аммония. Предварительно культуральную жидкость выпаривают при температуре 400C до 40%-ного содержания сухих веществ. Коагулят сушат вместе с наполнителем. В Японии для пищевых нужд используют технический препарат амилазы, полученный адсорбцией фермента из культуральнон жидкости особо обработанным крахмалом. Затем амилазу вместе с крахмалом лиофилизируют.

Препарат, содержащий пектиназу, получают из отходов производства лимонной кислоты — мицелия Aspergillus niger, высушивая его или коагулируя из экстракта белковую фракцию мицелия. Этот препарат используют для осветления соков и увеличения их выхода при обработке ягод и фруктов.

Производство витаминов в биотехнологии

 

Лекция №17

Биохимическая очистка

1. Биохимическое превращение загрязнений неприродного типа.

Проблема расширения биохимического производства тесно связана с проблемой полной очистки сточных РІРѕРґ и снижения отрицательного воздействия их на окружающую природу.

В практике обезвреживания сточных вод химических и электрохимических производств широко применяют метод биологической очистки, основанный на способности гетеротрофных микроорганизмов использовать в качестве источников питания разнообразные неорганические и органические соединения, подвергая их биохимическим превращениям.

Известно, что ни одно из органических соединений, образующихся в результате жизнедеятельности различных организмов, не накапливается на Земле. Важнейшую роль в превращении этих органических соединений играют микроорганизмы. Многообразие функций микроорганизмов привело к формированию «доктрин катаболической безотказности микроорганизмов», т. к. любое органическое соединение, имеющееся в природе, используется какими-либо микроорганизмами.

Широкое распространение получил биологический метод с использованием процесса метаболизма бактерий активного ила, т. е. использование ферментов, которые необходимы для метаболизма в данных условиях, в присутствии специфического органического соединения или комплекса органических соединений. Поэтому учитывается не только способность микроорганизмов к синтезу ферментов, но и возможность изменения их активности. Использование свойств адаптации бактерий активного ила позволяет успешно решить вопросы биологической очистки сточных вод химических производств, содержащих сложные органические соединения неприродного происхождения. Именно этим обусловлено широкое внедрение методов биологической очистки в различные отрасли химической промышленности (очистка сточных вод при производстве: капролактама, метанола, карбамида, аммиака, формамина, белково-витаминного концентрата, полимерных материалов и т. д.).

Биохимическое превращение загрязняющих веществ микроорганизмами активного ила обусловлено процессами обмена веществ бактерий, их типом дыхания и питания.

Биоценоз активного ила формируется преимущественно гетеротрофными микроорганизмами, особенностью которых является способность усваивать углерод из готовых органических соединений самой различной химической структуры.

Вещества, имеющую различную химическую структуру, проходят в бактериальную клетку с различной степенью легкости.

Известно, что углеводорода легко проникают в бактериальную клетку. Соединения, содержащие амино — и оксигруппы, труднее проникают в клетку, а следовательно, их питательная ценность значительно снижается. Чем больше молекула вещества содержит полярных групп, тем труднее она проникает в клетку. Например, этиловый спирт CH3CH2OH, имеющий одну оксигруппу, проникает в клетку значительно легче, чем этиленгликоль (CH2OH CH2OH), имеющий две оксигруппы. Глицерин, имеющий три оксигруппы (CH2OH CHOH CH2OH), поступающий в клетку медленно.

Состав и свойства активного ила.

Активный ил представляет собой экосистему, включающую сложный комплекс микроорганизмов различных классов, простейших микроскопических червей, водорослей; количественное и качественное формирование экосистемы диктуется искусственными условиями существования. Микрофлора активных илов, очищающих многокомпонентные сточные воды химических производств, различна и зависит от состава очищаемых сточных вод, технологического режима работы аэротенков и условий эксплуатации всего комплекса очистных сооружений.

Количественные закономерности формирования экосистемы активного ила определяются технологическим режимом работы аэротенков. Общее количество микроорганизмов в сооружениях прямо пропорционально окислительной мощности. Качественный и количественный состав микрофлоры активного ила, очищающего сточные воды химического производства, а также биохимические свойства бактерий, определяющие величину удельной скорости окисления активного ила, зависят от условий его обитания. Они являются управляемыми параметрами и формируются в зависимости от управляющих параметров: химического состава очищаемых сточных вод, постоянства концентраций основных специфических загрязняющих веществ и оптимальных параметров технологического режима.

К физическим свойствам активного ила, характеризующим его качество, относится способность ила к оседанию. Она выражается показателем (иловый индекс), который представляет собой отношение объема активного ила в миллилитрах после 30-ти минутного отстаивания к 1 г. сухого вещества активного ила при разбавлении иловой смеси до 1 г/л. Хорошим является индекс не более 100. Резкие колебания илового индекса, особенно его увеличение до 150–200, свидетельствуют о неблагоприятных, нестабильных условиях работы аэротенки.

Качество активного ила характеризуют также его морфологические свойства. Благоприятные, стабильные условия существования активного ила обуславливают хорошую его осаждаемость, прозрачную надиловую жидкость, пластичную структуру илового осадка.

Показателем качества всей экосистемы активного ила является инерционность экосистемы. Она проявляется в способности нивелировать одиночные возмущающие отрицательные воздействия.

Адаптированный активный ил с оптимальными биохимическими, физическими и морфологическими показателями, эксплуатированный в условиях стабильного оптимального технологического режима, обладает значительной инерционной емкостью и способен «гасить» краткосрочные резкие нарушения технологического режима очистки (рис. 15, 16).

Производство витаминов в биотехнологии

 

Лекция №17

Биохимическая очистка

1. Биохимическое превращение загрязнений неприродного типа.

Проблема расширения биохимического производства тесно связана с проблемой полной очистки сточных РІРѕРґ и снижения отрицательного воздействия их на окружающую природу.

В практике обезвреживания сточных вод химических и электрохимических производств широко применяют метод биологической очистки, основанный на способности гетеротрофных микроорганизмов использовать в качестве источников питания разнообразные неорганические и органические соединения, подвергая их биохимическим превращениям.

Известно, что ни одно из органических соединений, образующихся в результате жизнедеятельности различных организмов, не накапливается на Земле. Важнейшую роль в превращении этих органических соединений играют микроорганизмы. Многообразие функций микроорганизмов привело к формированию «доктрин катаболической безотказности микроорганизмов», т. к. любое органическое соединение, имеющееся в природе, используется какими-либо микроорганизмами.

Широкое распространение получил биологический метод с использованием процесса метаболизма бактерий активного ила, т. е. использование ферментов, которые необходимы для метаболизма в данных условиях, в присутствии специфического органического соединения или комплекса органических соединений. Поэтому учитывается не только способность микроорганизмов к синтезу ферментов, но и возможность изменения их активности. Использование свойств адаптации бактерий активного ила позволяет успешно решить вопросы биологической очистки сточных вод химических производств, содержащих сложные органические соединения неприродного происхождения. Именно этим обусловлено широкое внедрение методов биологической очистки в различные отрасли химической промышленности (очистка сточных вод при производстве: капролактама, метанола, карбамида, аммиака, формамина, белково-витаминного концентрата, полимерных материалов и т. д.).

Биохимическое превращение загрязняющих веществ микроорганизмами активного ила обусловлено процессами обмена веществ бактерий, их типом дыхания и питания.

Биоценоз активного ила формируется преимущественно гетеротрофными микроорганизмами, особенностью которых является способность усваивать углерод из готовых органических соединений самой различной химической структуры.

Вещества, имеющую различную химическую структуру, проходят в бактериальную клетку с различной степенью легкости.

Известно, что углеводорода легко проникают в бактериальную клетку. Соединения, содержащие амино — и оксигруппы, труднее проникают в клетку, а следовательно, их питательная ценность значительно снижается. Чем больше молекула вещества содержит полярных групп, тем труднее она проникает в клетку. Например, этиловый спирт CH3CH2OH, имеющий одну оксигруппу, проникает в клетку значительно легче, чем этиленгликоль (CH2OH CH2OH), имеющий две оксигруппы. Глицерин, имеющий три оксигруппы (CH2OH CHOH CH2OH), поступающий в клетку медленно.

Состав и свойства активного ила.

Активный ил представляет собой экосистему, включающую сложный комплекс микроорганизмов различных классов, простейших микроскопических червей, водорослей; количественное и качественное формирование экосистемы диктуется искусственными условиями существования. Микрофлора активных илов, очищающих многокомпонентные сточные воды химических производств, различна и зависит от состава очищаемых сточных вод, технологического режима работы аэротенков и условий эксплуатации всего комплекса очистных сооружений.

Количественные закономерности формирования экосистемы активного ила определяются технологическим режимом работы аэротенков. Общее количество микроорганизмов в сооружениях прямо пропорционально окислительной мощности. Качественный и количественный состав микрофлоры активного ила, очищающего сточные воды химического производства, а также биохимические свойства бактерий, определяющие величину удельной скорости окисления активного ила, зависят от условий его обитания. Они являются управляемыми параметрами и формируются в зависимости от управляющих параметров: химического состава очищаемых сточных вод, постоянства концентраций основных специфических загрязняющих веществ и оптимальных параметров технологического режима.

К физическим свойствам активного ила, характеризующим его качество, относится способность ила к оседанию. Она выражается показателем (иловый индекс), который представляет собой отношение объема активного ила в миллилитрах после 30-ти минутного отстаивания к 1 г. сухого вещества активного ила при разбавлении иловой смеси до 1 г/л. Хорошим является индекс не более 100. Резкие колебания илового индекса, особенно его увеличение до 150–200, свидетельствуют о неблагоприятных, нестабильных условиях работы аэротенки.

Качество активного ила характеризуют также его морфологические свойства. Благоприятные, стабильные условия существования активного ила обуславливают хорошую его осаждаемость, прозрачную надиловую жидкость, пластичную структуру илового осадка.

Показателем качества всей экосистемы активного ила является инерционность экосистемы. Она проявляется в способности нивелировать одиночные возмущающие отрицательные воздействия.

Адаптированный активный ил с оптимальными биохимическими, физическими и морфологическими показателями, эксплуатированный в условиях стабильного оптимального технологического режима, обладает значительной инерционной емкостью и способен «гасить» краткосрочные резкие нарушения технологического режима очистки (рис. 15, 16).

Производство витаминов в биотехнологииПроизводство витаминов в биотехнологии

Технология очистки сточных вод активным илом.

Сточные воды химических производств содержат сложный комплекс различных соединений органического и неорганического происхождения, различающихся составом, свойствами и фазово-дисперсным состоянием.

Производство витаминов в биотехнологии

Технология очистки сточных вод активным илом.

Сточные воды химических производств содержат сложный комплекс различных соединений органического и неорганического происхождения, различающихся составом, свойствами и фазово-дисперсным состоянием.

Производство витаминов в биотехнологии Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4

Источник: pandia.ru


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.