Возможны три способа промышленного получения незаменимых аминокислот: гидролиз белков растительного и микробного происхождения; микробиологический синтез; химический синтез

Производство незаменимых аминокислот

Получение кормовых белковых концентратов с повышенным содержанием незаменимых аминокислот позволяет балансировать корма сельскохозяйственных животных главным образом по уровню белка, тогда как ошимальньш аминокислотный состав кормового белка при таком способе балансирования полностью не достигается. По некоторым аминокислотам почти всегда требуется для доведения их концентрации в кормовом рационе до оптимума добавление препаратов чистых аминокислот, полученных промышленным способом. В мире ежегодно производится не менее 300 тыс. т кормовых препаратов незаменимых аминокислот. Расширяется их производство и в нашей стране.

Возможны три способа промышленного получения незаменимых аминокислот: гидролиз белков растительного и микробного происхождения; микробиологический синтез; 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 Д-, так и к L-ряду, тогда как биологической активностью в организме человека и животных обладают лишь L - формы. Д- формы аминокислот биологически не активны, а некоторые из них токсичны для человека и животных.

Исключением в этом отношении является аминокислота метионин, у которой биологически активны как Д-, 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.

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 аминокислоты в клетках мутанта и в культуральной жидкости повышается.

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 других странах (Япония, США, Франция, Испания и др.), 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 Со-rynebacterium, способных к сверхсинтезу этой аминокислоты. Обычно у диких штаммов, из которых получены ауксотрофные мутанты, сверхсинтеза лизина не наблюдается, т.к. у них действуют механизмы саморегуляции.

В клетках бактерий аминокислота лизин синтезируется из аспа-рагиновой кислоты через ряд промежуточных этапов, связанных с образованием полуальдегида аспарагиновой кислоты, дигидропиколино-вой кислоты и L-альдэа, Е — диаминопимелиновой кислоты, являющейся непосредственным предшественником лизина. Полуальдегид аспарагиновой кислоты является также одним из предшественников в синтезе аминокислот—треонина, метионина и изолейцина.

Процесс синтеза указанных аминокислот начинается фосфорилирова-нием аспаргиновой 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 осуществлять-

ся даже при условии, когда она накапливается в довольно высокой концентрации.

Для снятия регуляции синтеза лизина необходимо прекратить образование треонина на стадии превращения полуальдегида аспарагиновой кислоты в гомосерин, катализируемое ферментом гомосериндегидрогеназой. Последнее достигается посредством мутагенеза. Опыты показывают, что мутантные клетки, не образующие гомосериндегидрогеназы, при их культивировании на искусственной питательной среде обеспечивают высокий выход лизина. Дефицитные аминокислоты, которые не синтезируются му-тантными клетками, вводятся в состав питательной среды в таком количестве, чтобы они не были регуляторами синтеза лизина.

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, Fe, Са, Мп и др.) и витамины (группы В, биотин и др.). В процессе культивирования микроорганизмов обеспечивается подача стерильного воздуха, для предотвращения вспенивания субстрата и клеточной суспензии в среду культивирования добавляется пеногаситель.

Посевной материал, предназначенный для производственной ферментации, вначале выращивают в посевных аппаратах при температуре +2832 С, рН 7-7.2 в течение 18-24 ч, а затем полученная таким путем суспензия клеток подается в производственные ферментеры емкостью 50-100 м, в которых поддерживается постоянный режим аэрации, необходимое давление, осуществляется контроль за всеми компонентами и параметрами среды. Время ферментации длится 55-72 ч. Накопление в культуральной жидкости лизина к концу ферментации достигает 40-50 г/л. Культураль-ную жидкость отделяют от культуры клеток продуцента фильтрованием и используют для получения препаратов лизина.

Организовано производство нескольких видов товарной продукции: жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), высококонцентрированные кормовые и высокоочищенные

Поиск по сайту: