Биотех. Лекция (Слайд 1) Основы технологии производства антибиотиков, пробиотиков, ферментов и витаминов
 Скачать 254.5 Kb.
|
|
Применение ферментных препаратов в ветеринарии(Слайд 47) (Слайд 48) Технология приготовления витаминов. Микробный синтез витаминов. Введение
Введение Среди биологически активных веществ, необходимых для нормального развития организма животных, одно из первых мест занимают витамины. Важное значение витаминов объясняется их участием во многих биохимических реакциях, способностью служить катализаторами многих процессов, обеспечивающих обмен веществ в организме и его связь с окружающей средой. Витамины – это низкомолекулярные органические соединения, присутствующие в живых клетках в низких концентрациях и являющиеся компонентами энзиматических систем, ответственных за различные биохимические реакции. (Слайд 49). Промышленное производство витаминов длительное время было основано на их извлечении из натурального сырья, а это связано с большими расходами ценных пищевых продуктов. Например, витамин В12 получали из сырой печени крупного рогатого скота, каротин - из моркови. В дальнейшем были разработаны методы химического синтеза ряда витаминов. Однако химический синтез витаминов представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, сопряженный с большими производственными затратами, что делает конечные продукты слишком дорогими. Этот способ получения сохраняется в производстве медицинских витаминных препаратов. Использование витаминов в качестве добавок в корма животных требует крупномасштабного производства, поэтому возникла необходимость в более дешевых способах изготовления витаминов. Таким перспективным способом получения ряда витаминов оказался микробиологический синтез. Для нормальной деятельности организма животных и птиц необходимо включать в рационы витамины A, D2 и D3, К, витамины группы В и др. Микробиологическая промышленность нашей страны выпускает кормовые препараты витаминов В2 и B12. Кроме того, микробиологическим можно считать и производство витамина D2, который образуется из эргостерина при облучении УФ-светом кормовых дрожжей. 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. (Слайд 50). Так, кормовые дрожжи, получаемые на гидролизатах древесины и углеводородах, сравнительно богаты витаминами группы В. Они содержат следующие витамины группы В, мкг/кг (в расчете на сухую биомассу): Тиамин (Bi) - 15-18 Рибофлавин (В2) - 45 - 68 Биотин - 1,6 - 3,0 Инозит - 400 - 5000 Фолиевая кислота - 3,4-1,5 Никотиновая кислота -440-610 Изменяя состав питательной среды, содержание отдельных витаминов можно увеличить. Например, количество витамина В2 (рибофлавина) в биомассе дрожжей зависит от интенсивности аэрации и содержания железа в среде. На содержание витаминов в клетках дрожжей заметное влияние оказывают микроэлементы. Так, небольшие добавки марганца способствуют накоплению в клетках дрожжей инозита, а повышенные дозы кобальта приводят к увеличению содержания витамина В6 (пиридоксина). Витамин В2 (рибофлавин) Витамин В2 входит в структуру многих ферментов, в составе которых участвует в клеточном дыхании, синтезе белков и жиров, регулировании состояния нервной системы, функции печени и т.д. При его недостатке резко замедляется рост, нарушается белковый обмен. В природных условиях источниками рибофлавина (РФ) являются высшие растения, дрожжи, мицелиальные грибы и бактерии. Большинство микроорганизмов образуют свободный рибофлавин. Недостаток витаминов в пище ведёт к кожным заболеваниям, поражению глаз, и т. д. При использовании кормов с низким содержанием рибофлавина наблюдается замедление роста животных, нарушение белкового обмена. Рибофлавин можно выделять из природного сырья. Больше всего его содержится в моркови и печени трески. Суточная потребность в витамине В2 составляет для птиц 3-4 г (кристаллического препарата) на 2 т корма, а для свиней 10 - 15 мг на 100 кг живой массы. Достаточно большие количества витамина В2 способны синтезировать некоторые виды дрожжей, бактерий и микроскопических грибов. Наибольшую продуктивность в биосинтезе витамина В2 имеет микроскопический гриб Eremotheciumashbyii (Эримотециум ашбаил), образующий до 6000 мкг рибофлавина на 1 г сухого вещества культуральной жидкости. Микроорганизмы, образующие рибофлавин
(Слайд 51). Технология получения кормового препарата витамина В2 микробиологическим способом достаточно проста. В качестве микроорганизма-продуцента используют микроскопический гриб Eremothecium ashbyii. Установлено, что грибы-продуценты витамина В2 очень чувствительны к изменению состава сред, подвержены инфицированию. В связи с этим предлагаются различные антибиотики и антисептики для обеспечения асептики производства. При хранении на твёрдых средах при комнатной, низкой температуре и даже при хранении в лиофилизированном состоянии гриб теряет способность к сверхсинтезу рибофлавина. Продуцент витамина В2 выращивают на средах, где источником углерода является глюкоза, сахароза, крахмал, пшеничная мука. В качестве источника азота используют молочную сыворотку, бобы, рыбную и кукурузную муку или экстракт, соевую муку, казеин. Развитие гриба-продуцента стимулируется добавлением ненасыщенных жирных кислот, биотина, тиамина, инозита, ростовых веществ, содержащихся в зародыше пшеницы, картофельном соке и дрожжевом автолизате. Для производства рибофлавина используют поверхностный или глубинный/ способы культивирования. Рибофлавин накапливается в клетках микроорганизмов либо в виде флавина дениннуклеотида, либо в свободном состоянии. Время культиви-рования - 60-80 ч до начала лизиса мицелия гриба и образования спор. Содержание рибофлавина в КЖ - 1200 мг/л. Кормовой препарат рибофлавина - упаренная до 30-40 % сухих веществ и высушенная в сушилках культуральная жидкость продуцента. Он содержит 20 % белка и не менее 15 мг рибофлавина на 1 грамм препарата. Для животноводства можно получить кормовой рибофлавин как отход при производстве ацетона. Продуцентами витамина при этом являются ацетонобутиловые бактерии. Преимущество и рентабельность микробного синтеза витамина В2 иллюстрируется следующими цифрами: из 1 т моркови получают 1 г витамина, из 1 т тресковой печени - 6 г, а из 1 т питательной среды с помощью гриба Eremothecium ashbyii можно получить 25 кг. РИБОФЛАВИН  Витамин В12 (цианкобаламин) Технологическая схема получения концентрата В12 (Слайд 52). Витамин B12 занимает особое место среди витаминов, так как он полностью отсутствует в растительных кормах и в относительно небольших количествах содержится в кормах животного происхождения (рыбной и мясокостной муке, молочных отходах). Витамин B12 обладает очень ценным биологическим свойством повышать у животных усвояемость белка растительных кормов. Недостаток витамина В12 в организме вызывает у животных злокачественную анемию, тормозит рост животных, снижает способность животных усваивать белок из растительных кормов. До недавнего времени основным источником снабжения этим витамином поголовья скота и птицы служили корма животного происхождения - рыбная и мясокостная мука. Поскольку кормовые рационы обычно не богаты кормами животного происхождения, часто имеет место недостаток в них витамина В12. Получение В12 в промышленных условиях Единственным способом получения витамина В12 в промышленных масштабах является микробиологический синтез. В природе витамин B12 синтезируют многие микроорганизмы (например, метанобразующие и пропионовокислые бактерии), а также биоценоз бактерий, осуществляющих термофильное метановое сбраживание сточных вод. В клетках микроорганизмов встречается около 30 аналогов витамина В12, однако биологическую активность проявляют только два из них. Витамин В12 - единственный витамин, в структуру которого входит кобальт. На большинстве зарубежных предприятий витамин В12 выпускают в чистом кристаллическом виде и применяют в животноводстве большей частью в виде компонентов премиксов. Указанный способ включения витамина В12 в кормовые рационы применяется и в нашей стране. В России в промышленных масштабах выпускают кормовой концентрат витамина В12 (КМБ -12). Сырьем для получения кормового концентрата витамина В12 служит ацетонобутиловая барда - отход микробиологического производства ацетона и бутилового спирта. Витамин В12 кристаллизуют из барды. (Слайд 53). Витамин D2 (эргокальциферол) Фотохимическое превращение предшественников витамина Д в эргокальциферол (при обработке дрожжевой суспензии или сухих дрожжей ультрафиолетовыми лучами) Витамин D2 производят микробиологическим синтезом: при выращивании микроорганизмов на углеводах и на углеводородном сырье. Предшественником в образовании жирорастворимого витамина и кормовых препаратов, обогащенных витамином D2 является эргостерин. Витамин D2 образуется при облучении УФ-лучами эргостерина. При обработке суспензии дрожжей или сухих дрожжей УФ-лучами происходит фотохимическое превращение эргостерина в эргокальциферол (витам. Д2). (Слайд 54). Много эргостерина содержится в мицелии плесневых грибов Aspergiliusи Penicillium. Из дрожжей или мицелия плесневых грибов витамин D2 получают в кристаллическом виде или в виде масляного концентрата. Получение препарата витамина D2 организуют так, чтобы можно было использовать и другие витамины дрожжей. Для выделения из клетки эргостерина и витаминов необходимо гидролизовать дрожжи, что осуществляют либо при нагревании с кислотой, либо ферментативно (автолиз). Технология приготовления витамина D2 Для получения витамина D2 из дрожжей или мицелия биомассу гидролизуют в автоклавы, используя на 100 кг дрожжей или грибного мицелия 20 л воды и 10 мл концентрированной соляной кислоты. Гидролиз идёт при температуре 10 С в течение 20-30 минут. Затем гидролизованную массу обрабатывают спиртом (40-50 минут) при 75-78°С в специальном коагуляторе. Массу охлаждают до 10-15 С, фильтруют. Фильтрат концентрируют, отделяя спирт и часть воды, получают концентрат витаминов группы В, содержащий 50 % сухих веществ. Массу, оставшуюся после фильтрации, промывают водой, отгоняют спирт и воду. Полученную пасту сушат до влажности 2 % и размельчают. Порошок дрожжей при 78°С в экстракторе обрабатывают трёхкратным объёмом спирта-ректификата. После отделения раствора осадок ещё раз экстрагируют спиртом, который удаляют из экстракта, а остаток сгущают до 70 %-го содержания сухих веществ. Из 100 кг дрожжей получают 20-25 кг липидного концентрата. Концентрат омыляют щёлочью, после чего раствор кристаллизуют при 0°С. Установлено, что культурные расы дрожжей богаче стеринами, чем дикие.  ( слайд 55). Заключение Рассмотренные выше продукты микробиологической промышленности для сельскохозяйственных производств играют важную роль в интенсификации животноводства и птицеводства, увеличения объемов производства и улучшения технико-экономических показателей продукции сельского хозяйства. |