Класифікація продуктів біотехнологічних виробництв

Сторінки роботи

Фрагмент роботи тексту

Біотехнологія виробництва метаболітів

Класифікація продуктів біотехнологічних виробництв

Інтактні клітини:
-одноклітинні організми використовують для отримання біомаси як джерела кормового білка;
-клітини, зокрема, в іммобілізованому стані, виступають у ролі біологічних каталізаторів для біотрансформації.
білки;
ферменти;
полісахариди;
поліефіри (полі--гідроксибутират), виділені з клітин мікроорганізмів, тканин, органів рослин та тварин.

По відношенню до процесу зростання

Первинні метаболіти
(Необхідні для зростання клітин) Це структурні одиниці біополімерів -амінокислоти, нуклеотиди, моносахариди, вітаміни, органічні кислоти та інші сполуки.

Вторинні метаболіти
низькомолекулярні сполуки, які не потрібні для виживання клітин і утворюються після завершення фази росту. Це антибіотики, пігменти, токсини.

Біотехнологія одержання первинних метаболітів Виробництво амінокислот

Обсяг світового виробництва АК становить більше
500 тис.т/рік
глутамат натрію - 300 тис.т,
метіонін - 140 тис.т,
лізин-100 тис. т

Потреба людства
(за даними ВООЗ)
метіонін – 4 млн.т
лізин – 5 млн.т,
треонін -3,7 млн.т,
триптофан –2 млн.т.

АК залучені до біосинтезу ферментів,ряду гормонів, вітамінів, антибіотиків, алкалоїдів, токсинів та інших азотовмісних сполук (пурини, піримідини та ін.).

Харчова цінність білка визначається порівнянням частки незамінних АК у їжі з тим самим показником при адекватному харчуванні.

Білки яйця і молока мають високу харчову цінність і використовуються в якості еталона при оцінці інших білків.

АК використовують як харчові добавки, приправи, підсилювачі смаку, як сировину в хімічній, парфумерній та фармацевтичній промисловості та при виробництві інших речовин:

гліцин-підсолоджувач, антиоксидант, бактеріостатик;
аспарагінова кислота-підсилювач смаку, сировина для синтезу аспартаму;
глутамінова кислота-підсилювач смаку, препарат для лікування психічних захворювань;
гістидин -протизапальний засіб;
метіонін -харчова та кормова добавка;
цистеїн-фармацевтичний препарат;
треонін та триптофан -харчові та кормові добавки;
фенілаланін -сировина для отримання аспартаму;
лізин-харчова та кормова добавки, сировина для отримання штучних волокон та плівок.

Потреба людини у незамінних амінокислотах (за Єгоровою та ін., 2005)

У промислових масштабах білкові АК отримують:

гідролізом природної сировини, що містить білок;
хімічним синтезом;
мікробіологічним синтезом;
хіміко-мікробіологічним методом.

Гідроліз природної сировини, що містить білок

Сировина: відходи харчової та молочної промисловості.
Умови процесу: нагрівання із розчинами кислот або лугів (20%) при t = 100-1050С протягом 20-48 годин. Вакуум чи атмосфера інертного газу.
Каталітичні системи: іммобілізовані протеолітичні ферменти та іонообмінні смоли.
Переваги: раціональне використання сировини, що забезпечує створення безвідходних технологій.
Використання гідролізних АК: фармацевтична, харчова, мікробіологічна промисловість, медицина та тваринництво.

Недолік: одержання цільових препаратів у вигляді рацемічної суміші D- та L-стереоізомерних форм.
Проникність L-AK в клітині в 500 разів вища за таку у її антипода. Стереоспецифічні також транспорт та метаболізм АК. Виняток-метіонін, метаболізм якого нестереовиборчий, завдяки чому ця АК виходить переважно шляхом хімічного синтезу.
Поділ рацематів інших АК -дорога та надзвичайно трудомістка процедура.

Більше 60% всіх вироблених нині промисловістю високоочищених препаратів білкових АК одержують шляхом мікробіологічного синтезу.
Головна перевага його полягає у можливості отримувати L-AK на основі відновлюваної сировини.

Мікроорганізми-продукти амінокислот

відносяться до пологів:
Arthrobacter,
Brevibacterium,
Corynebacterium,
Micrococcus.

Мікроорганізми-продукти амінокислот (за Градовою і Решетник, 1987)

Схема біосинтезу лізину, метіоніну і треоніна в клітинах Corynebacterium glutamicum і Brevibacterium flavum (за Єгоровим та ін., 2005)