промышленная биотехнология. Коллоквиум 3 ПБ. Коллоквиум Использование микроорганизмов в биотехнологии
 Скачать 456.62 Kb.
|
Микробиологические основы получения БАВ.Микроорганизмы являются активными продуцентами многих биологически-активных веществ: антибиотиков, витаминов, аминокислот и других продуктов, получаемых путем ферментации. Синтез биологически активных веществ продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, культур клеток и тканей, растений и животных - приобрел в последнее время большое значение и продолжает развиваться чрезвычайно быстрыми темпами. Многие антибиотики, ферменты, биологически активные изомеры ряда аминокислот, пуриновые нуклеотиды, токсины, факторы роста растений в настоящее время возможно или, по крайней мере, гораздо проще получать с помощью микроорганизмов из доступного и дешевого сырья, чем осуществлять сложный, многоэтапный химический синтез или даже 1-2 этапа ферментативного синтеза, но на основе сложного и часто малодоступного сырья. Однако природные штаммы микроорганизмов, как правило, не обладают способностью выделять и накапливать в питательной среде, т.е. продуцировать, такое количество нужного продукта, которое обеспечило бы достаточно низкую его стоимость и требуемый народному хозяйству или медицине объем производства. Природные штаммы некоторых групп микроорганизмов (несовершенные грибы, актиномицеты, бациллы) способны выделять в окружающую среду сравнительно небольшие количества антибиотиков, токсинов или гидролитических ферментов. Первичные метаболиты, как правило, микроорганизмами не выделяются в значительном количестве (синтезируемое количество этих веществ строго ограничено и рассчитано на потребности самой клетки). Исключение из этого правила – выделение глутаминовой кислоты природными штаммами (так называемой группы глутаматпродуцирующих коринебактерий) - не распространяется на подавляющее большинство других аминокислот. Изучение метаболома отдельных микробиологических культур, создание метаболических профилей, а также детальное изучение метаболитов микроорганизмов на разных стадиях роста расширит возможности микробиологического синтеза. Микробиологическое получение витаминов и каротиноидов.Продуценты витамина Витамины – низкомолекулярные органические вещества, которые имеют биологическую активность В естественной среде источниками этих представителей являются растения и м/о. В промышленности витамины получают в основном химическим синтезом и также микробиологическим производством. Микробиологическим путем получают получают всего несколько витаминов: В12 (цианокобаламин), В2 (рибофлавин), С и эргостерин Уже давно витамины получают путём извлечения из натурального сырья. Извлечение витаминов из натурального сырья связано с расходованием ценных пищевых продуктов. Позже были разработаны методы химического синтеза ряда витаминов, применяемых особенно в производстве медицинских витаминных препаратов. Химический синтез отличается в ряде случаев сложностью, делает конечные продукты слишком дорогими Витамин В12 – это первое органическое соединение, выделенное из биологической системы, имеет сложное строение. Основными продуцентами витамина В12 служат пропионовокислые бактерии – их культивируют периодическим методом на среде с кукурузным экстрактом, глюкозой и предшественниками К таким продуцентам также относят актиномицеты (эубактериум лимозум, микромОнас-спора), ацетогенные клостридии (Ацетобактер вуди), цианобактерии, красные водоросли, дикие штаммы пропионовых бактерий (псеудомонам димИтрификус, термофильные бациллы) Биотехнологическое производство кормовых препаратов витамина В12Для промышленного получения выращивается специально подобранный биоценоз м/о, осуществляющих термофильное метановое брожение, в который входит целлюлозоразлагающие, углеводсбраживающие, метанообразующие бактерии. На первом этапе ферментации этих м/о (в течение 10-12 дней) наблюдается бурное развитие термофильных,углеводсбраживающих бактерий, которые синтезируют в 4-5 раз больше витамина В12, чем другие м/о биоценоза (в слабокислой среде) Главные субстраты для развития метанообразующих бактерий – жирные кислоты, низшие спирты, поэтому их добавление в питательную среду значительно увеличит выход витамина. Для приготовления питательной среды обычно используют барду ацетоно-бутилового производства, в нее добавляется хлорид кобальта и 0,5% метанола В процессе промышленного культивирования бактерий: вначале выращивают посевной материал (15-20 дней) в аппаратах вместимостью 250 м3 затем посевной материал подают в железобетонные ферментеры вместимостью 4200 м3, в которых происходит метановое брожение. Свежую барду подают в нижнюю часть ферментера в количестве 25-30% от его обьема за сутки Отбор метановой бражки, содержащий витамин В12, производится в верхней части ферментёра. В течение рабочего цикла в ферментере строго контролируют рН среды, концентрацию летучих жирных кислот, содержание аммонийного азота, поддерживают оптимальную температуру (55-57 град) В результате брожения образуется газовая смесь, состоящая из метана на 65%, диоксида углерода на 30%, которая может быть использована как источник тепла. Готовая культуральная жидкость, образующаяся как продукт ферментации, обычно содержит 2-2,5% сухих веществ и 1,1-1,7 мг/л витамина В12 Для предотвращения разрушения витамина в процессе сушки культуральную жидкость подкисляют соляной или фосфорной кислотой до рН 6,3-6,5, и в нее добавляют 0,2-0,25% сульфата натрия Полученная таким образом культуральная жидкость дегазируется, упаривается на вакуум-выпарной установке, полученный концентрат высушивают в распылительной сушилке до 5-10% |