Виробництво вітаміну В12

Опубліковано Сб, 26/03/2011 - 16:30 користувачем admin

виробництво

Вітаміни – група низькомолекулярних органічних речовин, які у дуже низьких концентраціях мають сильну та різноманітну біологічну дію. У природі джерелом вітамінів є головним чином рослини та мікроорганізми. Менахінони та кобаламіни синтезуються виключно мікроорганізмами. І хоча хімічний синтез у виробництві більшої частини вітамінів займає провідне становище, мікробіологічні методи також мають велике практичне значення [1,2].

Принципи хімічної будови вітамінів настільки різноманітні, що класифікація їх основі структури неможлива. Вітаміни діляться за принципом розчинності на жиророзчинні та водорозчинні. З жиророзчинних вітамінів найбільше значення у народному господарстві й у мікробіологічної промисловості мають вітаміни груп А і D, та якщо з водорозчинних – вітаміни В2 іВ12 [1,4]. Крім того, мікроорганізми використовуються як селективні окислювачі сорбіту в сорбозу (при отриманнівітаміну С), а також для виробництва вітамінних концентратів (вітаміну В2, каротиноїдів). Перспективне мікробіологічне отримання біотину, що використовується в раціоні курей та свиней. Нині у країнах більшість комбікормів для свиней включають біотин, одержуваний шляхом хімічного синтезу. В результаті хімічного синтезу утворюється рацемічна суміш, а біологічна активність має лише D-форма вітаміну, яку синтезують мікроорганізми [1].

Вітамін B12

Серед неполімерних сполук вітамін B12 має найскладнішу будову. Це α (5,6-диметилбензімідазол) - кобамідціанід:

виробництво

У молекулі вітаміну B12 розрізняють:

1. Порфириноподібне, хромофорне, або корінове,кільце, пов'язане з атомом кобальту чотирма координаційними зв'язками через атоми азоту.

2. Верхнім координаційним лігандом кобальту в вітаміні B12 є ціаногрупа. Її місце можуть займати інші неорганічні або органічні заступники, наприклад, NO2 2- , SO2 2- , ВІН - , H2O, CH3, аденозил; заступники визначають назву похідних вітаміну В12.

3. Шоста позиція кобальту зайнята нуклеотидним ядром (нижнім лігандом кобальту), що складається з азотистої основи, рибози та залишку фосфорної кислоти. Нуклеотидне ядро ​​пов'язане з кобальтом через азот основи, а з коріновим кільцем через амінопропаноловий місток.

У складі вітаміну B12 або ціанкобаламіну азотисту основу представлено 5,6-диметилбензимидазолом (5,6-ДМБ). Наявність 5,6-ДМБ визначає активність молекули кориноїдів (синонім назви вітамінів групи B12) для вищих тварин. Замість 5,6-ДМБ мікроорганізми можуть включати в молекулу інші бензімідазольні та пуринові основи. Нуклеотидне ядро ​​взагалі може бути відсутнім, як у випадку фактора В.

Через 25 років після відкриття вітаміну B12 у 1972 р. внаслідок багаторічних досліджень було здійснено повний хімічний синтез кориноїдної структури. Кориноїд синтезований в результаті тридцяти семи послідовних ступенів, але через складність такого синтезу мікробіологічний метод залишається поки що єдиним промисловим способом отримання вітаміну B12 [1].

Продуценти вітаміну B12

У природі вітамін B12 та споріднені кориноїдні сполуки знаходять у клітинах мікроорганізмів, у тканинах тварин та деяких вищих рослинах (горох, лотос, пагони бамбука, листя та стручки квасолі). Проте походження вітаміну B12 у вищих рослин остаточно не встановлено. Такі нижчі еукаріоти, як дріжджі таміцеліальні гриби, кориноїди, мабуть, не утворюють. Організм тварин не здатний до самостійного синтезу вітаміну. Серед прокаріотів здатність до біосинтезу кориноїдів широко поширена. Активно продукують вітамін В12 представники роду Propionibacterium [1, 4, 5]. вітаміну [1,5]. У сімействі Propioni bacberiaceae є інші представники, здатні до високого накопичення вітаміну B12в клітинах. Це, насамперед Eubacterium limosum Butyribacterium rettgerii). Як продуценти вітаміну практичний інтерес мають багато представників актиноміцетів та споріднених мікроорганізмів [1, 4]. Справжній вітамін B12 у значних кількостях синтезує Nocardiarugosa. Шляхом мутацій та відбору отримано штам N. rugosa, що накопичує до 18 мг/л вітаміну B12. Активні продуценти вітаміну виявлені серед представників роду Micromonospora: M. purpureae, M. echinospora, M. halophitica, M. fusса, M. chalceae. Високу кобаламінсинтезуючу активність мають метаногенні бактерії, наприклад Methanosarcina barkeri, M. vacuolata та окремі штами галофільного вигляду Methanococcus halophilus [1, 4]. Останній організм синтезує більше 16 мг кориноїдів на грам біомаси. Настільки високого вмісту кориноїдів не зазначено в жодного іншого з вивчених мікроорганізмів. Причини високого вмісту кориноїдів у метаногенних бактерій не встановлено. Кориноїди синтезують строго анаеробні бактерії з роду клостридій. У Clostridlum tetanomorphum та Cl. sticklandil аденозилкобаламін входить до складу ферментних систем, що каталізують специфічні реакції ізомеризації таких амінокислот, як глутамінова, лізин та орнітин. у значнихкількостях утворюють вітамін B12 ацетогенних клостридій Cl. thermoaceticum, Cl. formicoaceticum та Acetobacter woodi, що синтезують ацетат із СО2. Відомі активні продуценти вітаміну B12 у псевдомонад, серед яких краще за інших вивчений штам Pseudomonas denitrificans MB-2436 – мутант, що дає на оптимізованому середовищі до 59 мг/л кориноїдів. Інтерес являють собою термофільні бацили, а саме Bacillus circulans і Вас. Stearothermophilus, які ростуть відповідно при 60 і 75 ° С і за 18 год. культивування без дотримання стерильних умов дають високі (2,0-6,0 мг/л) виходи вітаміну. Кориноїди синтезують Rhodopseudomonas palustris, фототрофні пурпурні бактерії Rhodobactersphericus, Rh. capsulatus, Rhodospirillumrubrum, Chromatiumuinosumі ряд інших видів. Значна кількість вітаміну B12 утворює ціанобактерії Anabaena cylindrica, одноклітинні зелені водорості Chlorella pyrenoidosae та червоні водорості Rhodosorus marinus [1].

Поживні середовища

Продуценти вітаміну B12 культивують у середовищах, приготованих на основі харчової сировини: соєвого борошна, рибного борошна, м'ясного та кукурудзяного екстракту. Останніми роками виявлено мікроорганізми, що утворюють високі якості кориноїдів при утилізації нехарчової сировини. Achromobactersp., використовуючи ізопропіловий спирт як джерело вуглецю та енергії, накопичує до 1,1 мг/л провітаміну, Pseudomonassp. синтезує вітамін B12 у середовищі з метанолом або пропандіолом (до 160 мкг/л), факультативний метилотроф утворює серед метанолу до 2,6 мг/л вітаміну. Виділено штам Klebsiella 101, що утворює велику кількість кориноїдів у клітинах тільки при зростанні на середовищі з метанолом як єдиному джерелі вуглецю та енергії [1].

Біосинтез вітаміну В12 [1]:

кориноїдів

Виробництвовітаміну В12

У нашій країні як продуцент вітаміну В12 використовують Propionibacteriumf reudenreichii var. Shermanii [1,5]. Для отримання вітаміну B12 бактерії культивують періодичним методом в анаеробних умовах у середовищі, що містить кукурудзяний екстракт, глюкозу, солі кобальту та сульфат амонію. Утворені в процесі бродіння кислоти нейтралізують розчином лугу, який безперервно надходить у ферментер. Через 72 години в середу вносять попередник – 5,6-ДМБ. Без штучного введення 5,6-ДМБ бактерії синтезують фактор В і псевдовітамін B12 (азотистим основою служить аденін), які не мають клінічного значення. Ферментацію закінчують через 72 год. Вітамін B12 зберігається у клітинах бактерій. Тому після закінчення бродіння біомасу сепарують і екстрагують з неї вітамін водою, підкисленої до рН 4,5-5,0 при 85-90 С протягом 60 хв з додаванням як стабілізатор 0,25% NaNO2. При отриманні Ko-B12 стабілізатор не додають. Водний розчин вітаміну B12 охолоджують, доводять рН до 6,8-7,0 50%-ним розчином NaOH. До розчину додають Аl2(SO4)3*18H2O безводний FеСl3 для коагуляції білків і фільтрують через фільтр-прес. Очищення розчину проводять на іонообмінній смолі СГ-1, з якої кобаламіни елююють розчином аміаку. Далі проводять додаткове очищення водного розчину вітаміну органічними розчинниками, упарювання та очищення на колонці з Al2O3. З окису алюмінію кобаламіни елююють водним ацетоном. При цьому Ko-B12 може бути відокремлений від CN- та оксикобалу міну. До водно-ацетонового розчину вітаміну додають ацетон і витримують при 3-4°С 24-48 год. Випадаючі кристали вітаміну відфільтровують, промивають сухим ацетоном і сірчаним ефіром і сушать у вакуум-ексикаторі над P2O5. Для запобігання розкладу Ko-B12 всі операції необхідно проводитив сильно затемнених приміщеннях або червоному світлі. Таким чином, можна отримати не тільки суміш CN- і оксикобаламінів, але і коферментну форму, яка має високий терапевтичний ефект. Для хімічного очищення вітаміну B12 використовується його здатність утворювати продукти з фенолом та резорцином. При цьому способі відокремлення вітаміну B12від супутніх йому факторів спрощується. Промисловий концентрат ціанкобаламіну обробляють водним розчином резорцину (або фенолу), виділяють комплекс вітаміну B12 з резорцином (або фенолом), далі розкладають його та отримують кристалічний препарат [1].

Застосування вітаміну В12

Технологічна схема представлена ​​малюнку. Ацетоно-бутилова барда з нижньої частини бражної колони надходить у збірник барди і подається насосом в декантатор 3. Відстій барди збирається в збірці 4 і використовується на корм худобі. Декантат, охолоджений до температури 55-57°С, метанол і хлористий кобальт надходять у ферментер 12. Скинуту масу з верхньої частини ферментера відбирають і направляють в реактор 19, де здійснюють стабілізацію вітаміну B12 шляхом додавання сульфіту натрію і соляної кислоти, змішаних. З стабілізованої бражки видаляють гази в сепараторі газів 22, бражку упарюють у випарній установці 24 і збирають у збірниках 26. Згущена метанова бражка перекачується насосом 27 збірник метанової бражки 28, а від туди насосом 29 в розпилювача. гази бродіння, що спалюються в печі 39. Сухий порошок надходить у бункер 33 і розфасовується в поліетиленові мішки, вкладені в крафт-пакети. Відсутність промислових відходів, доступність сировини, безперервність методу, який вимагає стерильних умов, роблять його економічним [1].

виробництво

Українським науково-дослідним інститутом спиртової та лікеро-горілчаної промисловості розроблено технологію отримання кормового концентратувітаміну B12 шляхом зброджування меласно-спиртової барди змішаною культурою метаноутворюючих бактерій. Попередньо на мелассно-спиртовій барді вирощують кормові дріжджі. Після сепарування дріжджів одержують культуральну рідину, що містить 7-8% сухих речовин. На цій рідині вирощують метаноутворюючі бактерії та отримують з 1 м 3 вихідної барди 1,5-2 г вітаміну В12 [1].

  1. Промислова мікробіологія : Навч. посібник для вузів П 81 за спец. "Мікробіологія" та "Біологія" / З.А.Аркадьєва, А.М. Безбородов, І.Н.Блохіна та ДР.; За ред.. Н.С. Єгорова. - М.: Вищ. шк., 1989. - 688 с.: Іл.
  2. Н.А. Шмалько, І.І. Уварова, Ю.Ф. Осляків. Амарантове борошно - антиоксидантна добавка для макаронних виробів, збагачених β-каротином //Харчова технологія. - 2004р. - №5-6. – стор. 39–41.
  3. К.К. Полянський, Л.В. Голубєва, О.І. Дол матова, Д.В. Дорохіна. Вивчення реологічних властивостей видів молочних консервів з β-каротином // Харчова технологія. - 2001р. - №1. – стор. 28–29.
  4. Ніктін Г.А. Біохімічні основи мікробіологічних виробництв: Навч. допомога. - Київ: Вища школа. Головне вид-во, 1981. - 312 с.
  5. Єлінов Н.П. Основибіотехнології. Видавнича фірма "Наука" СПБ 1995р. 600 стор. 166 іл.
  6. Голубєв В.М., Жиганов І.М.Харчова біотехнологія. - М.: ДеЛі принт, 2001. - 123 с.

Читайте також статті на тему "Виробництво вітамінів":

Автор статті та фото у статті: Ляпустіна О.В.