Промышленная микробиология. Получение витаминов

25 Декабря в 12:39 4361 0


Витамины поставляются в организм с пищей или их назначают в форме лекарственных препаратов при определенных патологических процессах. Среди жиро- и водорастворимых витаминов биотехнологическим путем производят витамины А1 и D, рибофлавин (витамин В6), аскорбиновую кислоты (витамина С) и цианкобаламин (витамин В12).

Получение витамина D

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 эргостерина как провитамина, обладающего антирахитическим действием. Содержание эргостерина в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2-11 %.

При недостатке в организме гормона 1,25-дигидрокси-холекальциферола, предшественником которого является витамин D, у детей развивается рахит, а у взрослых - остеомаляция.

Трансформация эргостерина в витамин D2 (кальциферол) происходит под влиянием ультрафиолетового света. 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. Физиологическая активность этих витаминов равноценна.
Трансформация эргостерина в витамин D2
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, облучение ультрафиолетовыми лучами, высушивание и упаковка целевого продукта.

Так, применительно к дрожжам, инокулят получают на средах, обеспечивающих полноценное развитие клеток, после чего основную среду 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».

В случае получения кристаллического витамина D2 клетки продуцента гидролизуют соляной кислотой при 110 оС, затем температуру снижают до 75-78 оС и добавляют этанол. Смесь фильтруют при 10-15 оС, оставшуюся после фильтрации массу промывают водой, высушивают, измельчают, нагревают до 78 оС 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 кристаллизуют из неомыленной фракции концентрата при 0 оС. Его можно очистить повторными кристаллизациями. Кристаллы высушивают, растворяют в этиловом эфире, облучают УФЛ, эфир отгоняют, раствор витамина D2 концентрируют и кристаллизуют.

Получение витамина В12

Продуцентами витамина В12 являются пропионовые бактерии, которые и в естественных условиях образуют этот витамин.

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 трое суток в среду добавляют 5,6-диметилбензимидазол - предшественник витамина В12 и продолжают ферментацию еще трое суток.

Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому операции по выделению витамина заключаются в следующем: сепарирование клеток, экстрагирование водой при рН 4,55,0 и температуре 85-90 С в присутствии стабилизатора (0,25 %-й раствор нитрита натрия).

Экстракция протекает в течение часа, после чего водный раствор охлаждают, нейтрализуют раствором едкого натра, добавляют коагулянты белка (хлорид железа (III) и сульфат алюминия) с последующим фильтрованием. Фильтрат упаривают и дополнительно очищают, используя методы ионного обмена и хроматографии, после чего проводят кристаллизацию витамина при 3-4 С из водно-ацетонового раствора. Все операции по выделению витамина необходимо проводить в затемненных условиях (или при красном свете) из-за высокой светочувствительности витамина В12.

Первоначальная стоимость витамина В12 составляла 12500 долларов/г, в настоящее время она составляет 200 долларов/г, однако, витамин В12 остается самым дорогим органическим соединением в мире.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Похожие статьи
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы