Получение водорастворимых витаминов

Получение витамина В2 (рибофлавин). Вначале этот витамин выделяли из природного сырья (в максимальных концентрациях он присутствует в моркови и в печени). Затем был разработан как химический, так и микробиологический способы промышленного синтеза. Для рибофлавина характерно функционирование в коэнзимных формах:

-флавиномононуклеотид (ФМН)

-флавинадениндинуклеотид (ФАД).

К источникам рибофлавина относятся:

-высшие растения

-дрожжи

-мицелиальные грибы.

Все они способны синтезировать рибофлавин.

Активным продуцентом рибофлавина являются культура дрожжеподобного гриба Eremothecium ashbyii и Ashbya gossipii.

Сверхсинтез рибофлавина можно получить, если действовать на дикие штаммы мутагенами, нарушающими механизм ретроингибирования синтеза витамина В2, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды.

В состав среды для роста продуцентов рибофлавина входят:

-соевая мука

-кукурузный экстракт

-сахароза

-карбонат кальция

-хлорид натрия

-витамины

-технический жир.

Перед подачей в ферментер среду стерилизуют с помощью антибиотиков и антисептиков во избежание ее инфицирования. По завершении процесса ферментации культуральную жидкость концентрируют, высушивают и смешивают с наполнителями. В 1983 году в институте генетики был сконструирован рекомбинантный штамм продуцента Bacillus subtilis, способный синтезировать в три раза больше по сравнению с Eremothecium ashbyii и этот продуцент более устойчив к экзогенной кантаминации.

Получение витамина В12. Этот витамин был открыт одновременно в США и в Англии. В 1972 г. В Гарвадском университете был осуществлен химический синтез витамина В12, включающий 37 стадий его получения, что лишало возможности организовать промышленное производство этого витамина. С другой стороны это производство было необходимо, так как витамин В12 очень важен в коррекции определенных нарушений в организме человека и животных. Онрегулирует углеводный и липидный обмен, участвует в метаболизме незаменимых аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, стимулирует образование гемоглобина, применяется для лечения злокачественной анемии, лучевой болезни, заболеваний печени и в других случаях.

Учитывая важную функцию витамина в организме человека, его мировое производство достигло10 т в год, из которых 6, 5 т расходуют на медицинские нужды, а 3, 5 т – в животноводстве.

Сначала витамин В12 получали исключительно из природного сырья (1 тонна печени – 15 милиграмм витамина).

Единственный способ его получения в настоящее время – это микробиологический синтез в промышленном масштабе. Интересно, что обнаружение витамин В12 как побочного продукта при производстве антибиотиков стимулировало поиск продуцентов этого витамина.

Продуцентом витамина В12 являются пропионовокислые бактерии из рода Propioni bacterium. Применение мутантов и добавление в среду предшественника витамина В12 - 5, 6 диметилбензимидазола (5, 6 ДМБ) резко повышает продуктивность продуцента. Этому способствует также добавление в питательные среды кукурузного и мясного экстракта, соевой муки, рыбной муки. Выращивание пропионовых бактерий производится периодическим методом в анаэробных условиях на среде с кукурузным экстрактом, глюкозой, солями кобальта и сульфатом аммония, рН около 7, 0 поддерживают добавлением NH₄OH; продолжительность ферментации – 6 суток. Через 72 часа после начала ферментации вносят предшественники - 5, 6 ДМБ. Длительность ферментации – трое суток.

Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому операции по выделению витамина заключаются в следующем: сепарирование клеток, экстрагирование водой при рН 4, 5–5, 0 и температуре 85–90 ^оС 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^оС из водно-ацетонового раствора.

Очищают на ионообменной смоле, кристаллизуют и проводят химическую очистку продукта. Далее следует получение различных лекарственных форм поливитаминных препаратов. Для увеличения производства витамина В₁₂ перспективным является применение генной инженерии при получении гибридных штаммов и использовании методов иммобилизации на полимерах.

 

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.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота). Способ получения – тонкий органический синтез и микробиологический синтез с использованием иммобилизованных клеток бактерий, актиномицетов (основной метод).

Аскорбиновая кислота. Здесь применяется в основном химический синтез и лишь одна стадия осуществляется биотехнологическим способом с применением уксуснокислых бактерий, проводящих реакцию трансформации d-сорбита в L-сорбозу (рис. 1).

Рис. 1. Промышленное получение L-аскорбиновой кислоты (по Б. Глику, Джю Пастернаку)

 

Для получения сорбозы культуру продуцента Gluconobacter oxydans выращивают в ферментерах периодического действия с мешалкой, барботером, усиленной аэрацией в течение 20-40 часов. Выход сорбозы достигает 98% от начального сорбита. Питательная среда: кукурузный дрожжевой экстракт до 20%. Сорбозу выделяют из культуральной жидкости. Развитие микробиологического метода получило развитие в производстве 2-кето L -гулоновой кислоты – это промежуточный продукт синтеза витамина С.

Продуценты: Corynebacterium, Erwinia herbicola. Однако оптимальные условия культивирования, приемлемые для одного организма не приемлемы для другого, что влечет спонтанное «вымывание» одного из них. В подобных случаях можно культивировать микроорганизмы последовательно, однако такой процесс трудно сделать непрерывным, так как для роста микроорганизма необходимы существенно разные среды.

Наиболее простой способ создания одного микроорганизма, способного превращать D-глюкозу в 2-KLG, состоит в выделение гена 2, 5-DKG-редуктазы Corynebacterium и введение его в Erwinia herbicola (рис.2).

Рис.2. Превращение D-глюкозы в 2-KLG рекомбинантной бактерией Erwinia herbicola. Ферменты, участвующие в этом процессе, обозначены буквой Е и последовательно пронумерованы.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: