Контрольные вопросы. Лекция 18. Частная биотехнология витаминов

Контрольные вопросы

1. Биологическая роль витаминов.

2. Продуценты витаминов.

3. Биотехнологическое производство витаминов, особенности процессов.

 4. Микробиологический синтез витамина В₂, В₁₂.

Лекция 18

   Частная биотехнология витаминов       

   Форма проведения лекции: лекция-конференция

План лекции         

1. Эргостерин и витамины группы D.

2. Продуценты и схема биосинтеза эргостерина.

3. Среды и пути интенсификации биосинтеза.

4. Получение витамина D из эргостерина

 

1. Впервые кальциферол был выделен из рыбьего жира в 1936 г. А. Виндаусом и применен при лечении рахита. Он получил назва­ние витамина D₃, так как ранее из растительных масел был выде­лен эргостерин под названием витамин D₁ при облучении кото­рого получили витамин D₂ —- эргокальциферол (кальциферол — в переводе «несущий кальций»).

В настоящее время кальциферол производят из эргостерина с применением УФ-облучения биотехнологическим методом. В про­цессе преобразования эргостерина в эргокальциферол принима­ют участие микроорганизмы. Особенно богаты эргостерином клетки дрожжей всех видов и плесневые грибы. В сухой биомассе дрожжей содержится 5— 10 % эргостерина.

 

2. В качестве промышленного источника эргостерина используют дрожжи Saccharomyces cerevisiae вследствие высокого содержания в них эргостерина. В анаэробных условиях культивирования про­исходит накопление в клетках дрожжей сквалена (предшествен­ника эргостерина). Индукция синтеза эргостерина начинается при строго определенной концентрации кислорода от 0, 03 до 2 %. При этом среда должна содержать избыток углеводов и малое количе­ство азота. По окончании процесса спиртового брожения дрожжи отделяют от барды и вносят в питательную среду необходимое количество источников углерода, азота и фосфора. Ферментацию ведут в аэробных условиях 12 —        20 ч, по окончании которой клет­ки дрожжей отделяют от культуральной жидкости, добавляют антиоксиданты и сушат. Обычно в такой биомассе содержание эрго­стерина достигает 1, 5 %.

При дальнейшем УФ-облучении эргостерина получают витамин D₂, который либо используется как пищевая добавка, либо подвергается дальнейшей обработке с целью получения кристаллического витамина D₂.

При получении эргостерина из дрожжеподобных грибов рода Candida  сухую массу грибов экстрагируют петролейным эфиром для извлечения остаточных углеводородов. Полученная таким образом липидная фракция называется «микробный жир» и является побочным продуктом микробиологической пррмышленности. Эта фракция  может быть использована как источник не только эргостерина, но и убихинона, а также других жирорастворимых соединений. Для грибов рода Candida характерно, что при переходе от периодического культивирования на углеводородах к непрерывному в клетках сохраняются как уровень образования стеринов, так и относительное содержание в них эргостерина.

3. Стерины, каротиноиды, соединения групп Q-коферментов относятся к терпенам, имеют общий путь биосинтеза, подчиняющийся «изопреновому правилу».  Интермедиатами синтеза стеринов являются ацетат, мевалоновая кислота, сквален, ланостерин. Сквален - общий предшественник стеринов растительного, животного происхождения - накапливается в дрожжах и при аэрации превращается в стерин.

Превращение ланостерина в эргостерин происходит в результате следующих стадий:

1) деметилирования ланостерина;

2)трансалкилирования с образованием 24(28) -метиленовой группы и одновременным восстановлением С-24(25) двойной связи;

3) десатурации боковой цепи с образованием С-22(23) двойной связи.

Последовательность реакций точно не установлена, но выделен ряд веществ, которые рассматривают как интермедиаты на пути от ланостерина к эргостерину. Предполагают, что ферменты, участвующие в поздних стадиях синтеза эргостерина, локализуются в микросомах дрожжей.

Условия образования эргостерина дрожжами

Важное условие синтеза эргостерина дрожжами - хорошая аэрация. В анаэробных условиях в клетках дрожжей накапливается предшественник эргостерина - сквален. Показано, что кислород индуцирует синтез стеринов, оказывая активирующее влияние на эпоксидазу сквалена - первого фермента биосинтетического пути. Индукция синтеза эргостерина начинается при 0, 03 %-ном содержании О₂ в газовой фазе и достигает максимума при 2%-ной концентрации.

Для биосинтеза стеринов дрожжами важно, чтобы среда содержала большой избыток углеводов и мало азота. Дрожжи, богатые белком, как правило, содержат мало стеринов. Эти данные касаются главным образом пекарских дрожжей. Для дрожжей, использующих н-алканы, последние являются лучшим источником углерода для синтеза эргостерина, чем угле­воды. Вероятно, это связано с образованием из алканов ацетата (предшественника эргостерина) в результате В-окисления парафинов. И для пекарских дрожжей ацетат является хорошим источником углерода в биосинтезе стеринов. Стимулирующее действие на образование стеринов дрожжами оказывают ингибиторы гликолиза и разобщители окислительного фосфорилирования и дыхания, а также обеспеченность дрожжей витаминами и, прежде всего, пантотеновой кислотой, которая в составе КоА участвует в построении молекулы эргостерина.

При действии на дрожжи рентгеновского излучения содержание эргостерина увеличивается в 2-3 раза, что объясняют угнетением процесса аминирования, сопровождающегося повышением синтеза липидов. Подобно ионизирующим облучениям действуют радиомиметические вещества, нарушающие метаболизм клетки и стимулирующие липидный обмен.

4. Получение и применение эргостерина. Впромышленности эргостерин получают, используя дрожжи, а также мицелиальные грибы. Засев производят большим количеством инокулята. Культивирование ведут при высокой температуре и сильной аэрации в среде, содержащей большой избыток источников углерода по отношению к источникам азота. В качестве концентрата в животноводстве применяют облученные сухие дрожжи. Максимум поглощения эргостерина отмечен при 280 нм. Именно это излучение возбуждает отдельные связи колец А и В в молекуле эргостерина и вызывает его превращение в витамин D₂. Облучение производят ультрафиолетовыми лампами с длиной волны 280-300 нм. На выход витамина D₂ (и образование других соединений) оказывают влияние длительность облучения, температура, наличие примесей. Поэтому облучение эргостерина, используемого в качестве пищевых добавок, производят с большой осторожностью. Для получения кристаллического витамина D₂ дрожжи или мицелий грибов подвергают гидролизу раствором соляной кислоты при 110⁰С. Гидролизованную массу обрабатывают спиртом при 75-78⁰С и после охлаждения до 10-15⁰С фильтруют. Фильтрат упаривают до содержания в нем 50% сухих веществ и используют как концентрат витаминов группы В. Витамин D₂ получают из массы, оставшейся после фильтрации. Массу промывают, сушат, размельчают и дважды обрабатывают при 78⁰С трехкратным объемом спирта. Спиртовые экстракты сгущают до 70%-ного содержания сухих веществ. Таким образом получают липидный концентрат. Его омыляют раствором NaOH, а стерины остаются в неомыленной фракции. Кристаллы эргостерина выпадают из раствора при 0⁰. Очистку кристаллов проводят путем перекристаллизации, последовательным промыванием 69%-ным спиртом, смесью спирта и бензола (80: 20) и повторной перекристаллизацией. Полученные кристаллы эргостерина сушат, растворяют в эфире, облучают, после чего эфир отгоняют, а раствор витамина концентрируют и кристаллизуют. Для получения масляного концентрата раствор витамина после фильтрации разбавляют маслом до стандартного уровня. Источником получения эргостерина может служить мицелий грибов, остающийся как отход антибиотической промышленности и производства лимонной кислоты. Обогащенные эргостерином, облученные ультрафиолетовым излучением дрожжи используют в животноводстве как кормовую добавку. Эргостерин - исходный продукт для получения некоторых стероидных гормонов, лечебных и пищевых препаратов. Количество производимого эргостерина пока недостаточно, и внедрение новых производственных мощностей - задача ближайшего будущего.

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: