Промислова мікробіологія. Виробництво амінокислот

Відео: Створення суперпродуцентов незамінних амінокислот

Первинні метаболіти - низькомолекулярні сполуки, необхідні для росту мікробів: одні з них є будівельними блоками макромолекул, інші - беруть участь в синтезі коферментів. Серед найбільш важливих для промисловості первинних метаболітів можна виділити амінокислоти, органічні кислоти, нуклеотиди і вітаміни.

виробництво амінокислот

Виробництво амінокислот в світі постійно зростає і в даний час складає близько 400 тис. Тонн / рік, хоча потреба в них оцінюється набагато вище.

Як уже зазначалося, нестача в раціоні амінокислот (особливо, незамінних) негативно позначається на зростанні і розвитку. Так, добавка до кормів тварин кількох часткою% дефіцитної кислоти може підвищити кормову цінність білка більш ніж в два рази.

З усіх можливих способів отримання амінокислот (хімічним шляхом, мікробіологічними та ін.) Перевага віддається мікробіологічному: хоча організацію мікробного виробництва не можна назвати простою, її перевага полягає в синтезі оптично чистих (L-амінокислот), тоді як при хімічному синтезі виходить рацемічну суміш L- і D-амінокислот, яку важко розділити.

Мікробний синтез амінокислот заснований на культивуванні чітко визначеного продуцента цільової кислоти в середовищі заданого складу при строго визначених параметрах ферментації. Продуцентами є штами бактерій, отримані мутантною селекцією або за допомогою методів генної інженерії. Бактерії-мутанти, з одного боку, втратили здатність самостійно синтезувати деякі речовини, а з іншого боку, придбали здатність до сверхсинтезу цільової амінокислоти.

Вже до 70-х років минулого століття були отримані мікроби-суперпродуцентів з родів Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus і ін. За допомогою яких можливо проводити всі відомі амінокислоти. В даний час є суперпродуцентів, у яких кількість синтезованого специфічного білка досягає 10-50% (тут найважливішу роль відіграють многокопійние плазміди, що несуть вбудовані гени).

Технологія отримання амінокислот базується на принципах ферментації продуцентів і виділення первинних метаболітів, т. Е. Розмножують маткову культуру спочатку на агаризованому середовищі в пробірках, потім - на рідкому середовищі в колбах, інокуляторах і посівних апаратах, а потім - в основних ферментаторах.

Якщо амінокислота передбачена в якості добавки до кормів, то біотехнологічний процес кормового продукту включає наступні стадії: ферментацію, стабілізацію амінокислоти в культуральній рідині перед упариванием, вакуум-упаривание, стандартизацію упаренного розчину при додаванні наповнювача, висушування і упаковку готового продукту, в якому повинно міститися не більше 10% основної речовини. Якщо ж амінокислота використовується в якості лікарського препарату, в цьому випадку отримують ізольовані чисті кристали, які висушують під вакуумом і упаковують. Наприклад, в промисловості виготовляють сухий кормової і рідкий кормової концентрати лізину поряд з кристалічним лізин (рис. 4.1).

Технологічна схема отримання лізину
Мал. 4.1. Технологічна схема отримання лізину: 1 - ємність для культуральної рідини (ЯЖ) - 2 - іонообмінні Колони 3 -збірник елюата- 4 - збірка фільтрата- 5 - ємність для елюата- 6 - насос-7 - вакуум-випарної апарат-8 - циклон - 9 - сушарка кормового концентрата- 10 - сборнік- 11 - реактор-крісталлізатор- 12 - центріфуга- 13 - сушарка

Відомі два способи отримання амінокислот: одноступінчатий і двоступінчастий. Відповідно до першого способу, наприклад, мутантний ауксотрофності штам - продуцент амінокислоти - культивують на оптимальній для біосітеза середовищі. Цільовий продукт накопичується в культуральної рідини, з якої його виділяють відповідно до схеми на рис. 4.2.

Орієнтовна технологічна схема отримання амінокислоти
Мал. 4.2. Орієнтовна технологічна схема отримання амінокислоти: 1 - ферментатор- 2 - охладітель- 3, 9 - рефріжератори- 4 - ємність для попередньої обробки-5 - центріфуга- 6 - вакуум-упаріватель- 7 - апарат прямої предобработки амінокіслоти- 8 - барабанний фільтр-А , Б - шляхи (при необхідності змикаються) - 10 - апарат для ультрафільтраціі- 11 - ємність для консервації розчину амінокіслоти- 12 - мембранний фільтр-13 - накопичувач рідкого концентрата- 14 - ємність для осадження амінокіслоти- 15 - фільтр-прес 16 - розпилювальна сушілка- 17 - накопичувач сухого концентрату

У двухступенчатом способі мікроб-продуцент культивують в середовищі, де він отримує і синтезує всі необхідні інгредієнти для подальшого синтезу цільового продукту. Схема двоступеневого процесу може бути представлена в наступному вигляді:
Схема двоступеневого процесу
Якщо ферменти біосинтезу амінокислоти накопичуються внутрішньоклітинно, то після 1-го ступеня клітини сепарують, дезінтегрується і застосовують клітинний сік. В інших випадках для цілей біосинтезу цільових продуктів застосовують безпосередньо клітини.
глутамінова кислота
Глутамінова кислота - це перша амінокислота, отримана мікробіологічними шляхом. Мутантів, які забезпечують надсинтез цієї кислоти, ніхто не почув, а «перевиробництво» цієї амінокислоти пов`язано з особливими умовами, при яких порушується синтез мембранних фосфоліпідів. Глутамінова кислота синтезується виключно культурами Corynebacterium glutamicum і Brevibacterium flavum.

Субстратами для її отримання є глюкоза і оцтова кислота, а на початку 60-х рр. минулого століття використовували і н-парафіни. Особливі умови для росту культур створюються додаванням до культуральної рідини пеніциліну, який пригнічує синтез клітинної стінки, або зменшенням (порівняно з оптимальною) концентрації біотину (вітаміну В7) в середовищі, який індукує структурно-функціональні зміни в клітинній мембрані, завдяки чому збільшується її проникність для глутамінової кислоти, що виходить з клітки в культуральну рідину.

В Японії за допомогою селекції виділені температурозависимого штами бактерій (термофіли), які продукують високий вміст глутамінової кислоти при підвищених температурах: в таких умовах досягають 50% -го перетворення використовуваного джерела вуглецю в глутамінової кислоти.

Натрієва сіль глутамінової кислоти широко застосовується в харчовій промисловості для поліпшення смаку продуктів харчування в консервованому і замороженому вигляді.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Поділитися в соц мережах:

Cхоже