Первинні метаболіти
Ряд метаболітів клітини представляють інтерес як цільові продукти ферментації. Їх поділяють на первинні та вторинні.
Первинні метаболіти– це низькомолекулярні сполуки (молекулярна маса менше 1500 дальтон), необхідні зростання мікроорганізмів. Одні є будівельними блоками макромолекул, інші беруть участь у синтезі коферментів. Серед найважливіших для промисловості метаболітів можна виділити амінокислоти, органічні кислоти, нуклеотиди, вітаміни та ін.
Біосинтез первинних метаболітів здійснюють різні біологічні агенти – мікроорганізми, рослинні та тваринні клітини. У цьому використовуються як природні організми, а й спеціально отримані мутанти. Щоб забезпечити високі концентрації продукту на стадії ферментації, необхідно створювати продуценти, які протистоять генетично властивим їх природному виду механізмів регуляції. Наприклад, необхідно усунути накопичення кінцевого продукту, що репресує або інгібує важливий фермент для одержання цільової речовини.
Виробництво амінокислот.
У процесі ферментацій, здійснюваних ауксотрофами (мікроорганізми, які потребують відтворення чинниках зростання), виробляють багато амінокислоти і нуклеотиди. Найпоширенішими об'єктами селекції продуцентів амінокислот є мікроорганізми, що належать до пологів Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter.
З 20 амінокислот, що становлять білки, вісім не можуть синтезуватися в організмі людини (незамінні). Ці амінокислоти повинні надходити в організм людини з їжею. Серед них особливе значення мають метіонін та лізин. Метіонін виробляється хімічним синтезом, а понад 80% лізину – біосинтезом. Перспективним є мікробіологічний синтез амінокислот, такяк у результаті цього процесу виходять біологічно активні ізомери (L-амінокислоти), а при хімічному синтезі обидва ізомери виходять у рівних кількостях. Оскільки їх важко поділити, половина продукції виявляється біологічно марною.
Амінокислоти використовують як харчові добавки, приправи, підсилювачі смаку, а також як сировину в хімічній, парфумерній та фармацевтичній промисловості.
Розробка технологічної схеми одержання окремої амінокислоти базується на знанні шляхів та механізмів регуляції біосинтезу конкретної амінокислоти. Необхідного дисбалансу метаболізму, що забезпечує надсинтез цільового продукту, домагаються шляхом строго контрольованих змін складу та умов середовища. Для культивування штамів мікроорганізмів під час виробництва амінокислот як джерела вуглецю найдоступніші вуглеводи – глюкоза, сахароза, фруктоза, мальтоза. Для зниження вартості живильного середовища використовують вторинну сировину: бурякову мелясу, молочну сироватку, гідролізати крохмалю. Технологія цього процесу удосконалюється у напрямку розробки дешевих синтетичних поживних середовищ на основі оцтової кислоти, метанолу, етанолу, н-парафінів.
Виробництво органічних кислот.
Нині біотехнологічними методами у промислових масштабах синтезують ряд органічних кислот. З них лимонну, глюконову, кетоглюконову та ітаконову кислоти одержують лише мікробіологічним способом; молочну, саліцилову та оцтову - як хімічним, так і мікробіологічним способами; яблучну – хімічним та ензиматичним шляхом.
Оцтова кислота має найважливіше значення серед усіх органічних кислот. Її використовують при виробленні багатьох хімічних речовин, включаючи каучук, пластмаси, волокна, інсектициди,Фармацевтичні препарати. Мікробіологічний спосіб отримання оцтової кислоти полягає в окисленні етанолу в оцтову кислоту за участю бактерій штамів GluconobacterіAcetobacter:
Лимонну кислоту широко використовують у харчовій, фармацевтичній та косметичній промисловості, застосовують для очищення металів. Найбільший виробник лимонної кислоти США. Виробництво лимонної кислоти є найстарішим промисловим мікробіологічним процесом (1893). Для виробництва використовують культуру гриба Aspergillus niger, A. wentii. Поживні середовища для культивування продуцентів лимонної кислоти як джерело вуглецю містять дешеву вуглеводну сировину: мелясу, крохмаль, глюкозний сироп.
Молочна кислота – перша органічних кислот, яку почали виробляти шляхом бродіння. Її використовують як окислювач у харчовій промисловості, як протраву в текстильній промисловості, а також при виробництві пластмас. Мікробіологічним шляхом молочну кислоту одержують при зброджуванні глюкози Lactobacillus delbrueckii.