ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Производство незаменимых аминокислот из "Сельскохозяйственная биотехнология Изд2" Возможны три способа промышленного получения незаменимых аминокислот гидролиз белков растительного и микробного происхождения, микробиологический, а также химический синтез. Более 60 % всех производимых промышленностью чистых препаратов аминокислот получают путем микробиологического синтеза. На втором месте по объему производства находится химический синтез. Основным недостатком химического синтеза является получение смеси аминокислот, состоящей из изомеров, относящихся как к D-, так и к L-ряду, тогда как биологической активностью в организме человека и животных обладают лишь L-формы. D-Формы аминокислот не превращаются ферментными системами этих организмов, а некоторые из них токсичны для человека и животных. Исключением в этом отношении является аминокислота метионин, у которой биологически активны как D-, так и L-формы, в связи с чем данная аминокислота производится преимущественно методом химического синтеза. Технологически получение аминокислот за счет гидролиза белков экономически менее выгодно, поэтому не получило широкого распространения. [c.275] Путем микробиологического синтеза образуются L-аминокислоты, являющиеся продуктами жизнедеятельности специально подобранных и отселектированных штаммов микроорганизмов, которые способны накапливать в культуральной жидкости до 150 г/л синтезируемой аминокислоты. Чаще всего для микробиологического синтеза аминокислот используются ауксотрофные мутантные штаммы, которые получают методами обычной селекции или генной инженерии. С помощью мутагенных факторов у таких ауксотрофных штаммов индуцируется мутация, в результате которой прекращается или ингибируется синтез одного из продуктов, оказывающих регуляторное воздействие на ферментные системы, катализирующие образование данной аминокислоты, в результате чего концентрация этой аминокислоты в клетках мутанта и в культуральной жидкости повышается. [c.275] Микробиологический синтез лизина. Белки семян зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы и др.) не сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот и прежде всего лизина. Поэтому для удовлетворения потребностей животноводства в нашей стране, как и в ряде других стран (Япония, США, Франция, Испания, Югославия), организовано крупнотоннажное производство этой незаменимой аминокислоты. В основу производства положены технологии с использованием одноступенчатого микробиологического синтеза, которые включают промышленное культивирование ауксотрофных мутантов бактерий из рода СотупеЬас1егшт, способных к сверхсинтезу этой аминокислоты. Обычно у диких штаммов, из которых получены ауксотрофные мутанты, сверхсинтеза лизина не наблюдается, так как у них действуют механизмы саморегуляции. В клетках бактерий аминокислота лизин синтезируется из аспарагиновой кислоты через ряд промежуточных этапов, связанных с образованием полуальдегида аспарагиновой кислоты, дигидропиколино-вой кислоты и а,8-диаминопимелиновой кислоты, являющейся непосредственным предшественником лизина. Полуальдегид аспарагиновой кислоты является также одним из предшественников в синтезе аминокислот— треонина, метионина и изолейцина (схема I). [c.276] Процесс синтеза всех указанных аминокислот (лизина, треонина, метионина и изолейцина) начинается фосфорилированием аспарагиновой кислоты с участием фермента аспартаткиназы, активность которого ингибируется совместным действием двух аминокислот — лизина и треонина, если они накапливаются в клетках бактерий в избыточной концентрации. Если каким-либо путем понизить концентрацию одной из этих аминокислот, то синтез другой будет осуществляться даже при условии, когда она накапливается в довольно высокой концентрации. [c.276] ВЫСОКИЙ выход лизина. Дефицитные аминокислоты, которые не синтезируются мутантными клетками (гомосерин, треонин, метионин), вводятся в состав питательной среды в таком количестве, чтобы они не были регуляторами синтеза лизина. [c.277] В процессе приготовления питательной среды для культивирования производственных штаммов ауксотрофных мутантов, обладающих способностью к сверхсинтезу аминокислоты лизина, в качестве источника углерода обычно используют смеси, включающие уксусную кислоту и свекловичную мелассу, в качестве источника азота — соли аммония, мочевину, кукурузный экстракт, гидролизаты дрожжей. Кроме дефицитных аминокислот, которые не синтезируются клетками мутантов, в питательную среду также добавляют необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов макро- и микроэлементы (Р, Mg, Ре, Са, Мп и др.) и витамины (витамины группы В, биотин и др.). В процессе культивирования микроорганизмов обеспечивается подача стерильного воздуха с помощью специальных турбинных мешалок, для предотвращения вспенивания субстрата и клеточной суспензии в среду культивирования добавляется пе-ногаснтель. Схема технологической линии по производству лизина показана на рис. 7.4. [c.277] На основе промышленной культуры синтезирующих лизин бактерий организовано производство нескольких видов товарной продукции жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), высококонцентрированные кормовые и высокоочищенные кристаллические препараты для пищевой и медицинской промышленности. [c.279] Жидкий концентрат лизина получают путем упаривания культуральной жидкости на вакуумной установке до концентрации сухого вещества 40 %. Для предотвращения деградации лизина в процессе нагревания в культуральную жидкость добавляют бисульфит натрия и соляную кислоту до pH 4,5—5,0, в результате чего образуется соль — монохлоргидрат лизина. [c.279] В процессе получения сухого кормового концентрата лизина ЖКЛ высушивают горячим воздухом на распылительной сушилке при температуре 90 С до влажности препарата 4—8 %. Высушенный таким образом препарат содержит 15—20% монохлоргидрата лизина, 15—17% белков, 14 % других аминокислот, витамины группы В, минеральные вещества. В целях снижения гигроскопичности препарата в него добавляют наполнители костную муку, негашеную известь, бентонит, пшеничные отруби. Чаще всего в качестве наполнителя используют отруби, которые добавляются в ЖКЛ после упаривания. Полученную в результате тщательного перемешивания пасту высушивают на вальцово-ленточной сушилке и гранулируют. Гранулированный препарат ККЛ негигроскопичен, содержит 7—10% лизина. [c.279] Для получения очищенного высококонцентрированного препарата лизина культуральную жидкость после фильтрования подкисляют соляной кислотой до pH 1,6— 2,0. Образовавшийся в результате взаимодействия с соляной кислотой раствор монохлоргидрата лизина направляется на колонки с катионитом, где происходит сорбция аминокислоты и отделение ее от культуральной жидкости. Затем проводится десорбция аминокислоты путем элюирования 0,5—5 %-ным раствором аммиака. Элюат упаривается под вакуумом при 60°С до концентрации сухого вещества 30—50 %, после чего подкисленный соляной кислотой раствор монохлоргидрата высушивается и используется как кормовой концентрат.Пу-тем перекристаллизации полученной соли можно получить препараты лизина с содержанием монохлоргидрата 97— 98%. [c.279] В результате химического синтеза образуется рацемическая смесь D-и L-капролактама. Эта смесь направляется в реактор с ферментом гидро-лазой а-амино-8-капролактама, который катализирует превращение L-капролактама в L-лизин. D-Изомер капролактама далее подвергается превращению в L-форму с участием специфической рацемазы. При такой технологии получения лизина его содержание в реакционной смеси по завершении рабочего цикла достигает свыше 150 г/л. [c.280] Микробиологический синтез триптофана. Наряду с лизином разработаны промышленные технологии получения кормовых и высокоочи-щенных препаратов другой незаменимой аминокислоты — триптофана. Для производства этой аминокислоты применяется как одноступенчатый синтез с помощью бактериальных ауксотрофных мутантов с нарушенной регуляцией, так и двухступенчатый синтез, включающий вначале получение предшественника триптофана, а затем его ферментативное превращение в конечный продукт — триптофан. [c.281] У бактерий и многих других организмов аминокислота триптофан образуется из эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпировиноградной кислоты через ряд последовательных реакций, включающих образование шикимо-вой и хоризмовой кислот, а непосредственным предшественником триптофана в процессе его синтеза является антраниловая кислота (схема 2). [c.281] В целях промышленного получения незаменимой аминокислоты триптофана разработаны технологии на основе использования ауксотрофных мутантов бактерии Ba illus subtilis с нарушенным синтезом фенилаланина и тирозина. Все технологические процессы организованы примерно по такой же схеме, как и получение лизина с помощью мутантов коринебактерий. Ферментация длится 48 ч при 37 С, концентрация триптофана в культуральной жидкости достигает 10 г/л. После отделения культуральной жидкости от клеток бактерий она упаривается и высушивается при 110—120°С. Высушенный продукт называют кормовым концентратом триптофана (ККТ). [c.282] При получении высококонцентрированных препаратов триптофана культуральную жидкость подвергают дополнительной очистке. Вначале ее подкисляют соляной кислотой до pH 1,0, затем центрифугированием отделяют образовавшийся осадок. Далее центрифугат, содержащий триптофан, пропускается через ионно-обменные колонки с катионитом, в результате чего происходит связывание аминокислоты катионитом и выделение ее из культуральной жидкости. После промывки колонок производится десорбция триптофана 5 %-ным раствором аммиака в смеси изо-пропанола и воды. Элюат направляется на вакуумный выпариватель, после чего проводится кристаллизация аминокислоты при 4—8°С. Выделенная в кристаллическом виде соль триптофана промывается этанолом и высушивается под вакуумом при 60°С. Высушенный кристаллический препарат содержит не менее 99 % триптофана в виде его хлорида. Осадок после отделения культуральной жидкости, содержащий клетки культуры бактерий, также высушивается и используется как высокобелковая кормовая добавка, содержащая, кроме того, повышенное количество триптофана. [c.282] Для получения высококонцентрированных препаратов триптофана производится его выделение из культуральной жидкости и очистка по методике, указанной выше (см. с. 278). [c.283] Вернуться к основной статье