Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
Скачать 1.52 Mb.
|
4.3 Разработка биотехнологической схемы производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина Для удовлетворения физиологических потребностей организма человека необходим «идеальный» белок. Данную проблему можно решить на основе комбинации и рационального использования белковых ресурсов методом подбора и расчета. Весьма эффективны методы математической оптимизации на базе имеющейся информации о биологической ценности различных белков. При этом могут быть вовлечены и побочные продукты переработки вторичного сырья. Такой подход ведет не только к обеспечению организма необходимыми компонентами, но и к созданию реальных условий для эффективной работы пищевой индустрии и режиму экономии пищевых ресурсов в широком смысле. Очевидно, реализация безотходных технологий во многом решает и экологические проблемы пищевых производств. В настоящее время разработаны и успешно используются полноценные белковые добавки и продукты, приготовленные на основе растительного сырья из нетрадиционных источников. Увеличение потребности в белковых продуктах на перспективу и необходимость обеспечения рационального питания привели к возникновению и быстрому развитию качественно новых направлений в производстве пищи. Они заключаются в получении комбинированных и искусственных продуктов на основе значительных потенциальных ресурсов пищевого белка, не используемого совершенно или используемого крайне нерационально, с учетом строжайшей экономии высокоценных животных белков, в том числе модифицированных. Белки составляют наиболее дорогостоящий и дефицитный компонент рационов питания. Наряду с количественным недостатком белка все большую отрицательную роль играет качественная неполноценность. Мясо - ценнейший источник белков - относится к числу наиболее трудновоспроизводимых и дорогостоящих продуктов питания. Это прежде всего связано с тем, что из всех белоксодержащих организмов организм сельскохозяйственных животных дольше всего усваивает белок и обладает самым низким коэффициентом конверсии пищевых субстратов в животные белки. Учитывая установившуюся практику получения жизненно необходимых животных белков и эволюционно сложившиеся вкусовые привычки людей разнообразить пищу, интенсификация производства мяса в обозримом будущем останется главным способом обеспечения людей белками высокой биологической ценности. Этим и объясняется явная тенденция спроса на мясные продукты питания. Однако спрос на эти продукты растет быстрее, чем само производство. В связи с этим совершенно очевидно стремление обосновать и найти приемлемые реальные пути непосредственного использования в питании той части белка, которая до последнего времени составляла пищевой дефицит с низкой эффективностью утилизации в животноводстве. В настоящее время обоснованы пути и способы реализации данного направления. Все известное многообразие форм пищевых продуктов можно условно разделить на две основные группы: 1) продукты, основанные на использовании нативных белков различного происхождения (природные продукты, концентраты, изоляты); 2) продукты, основанные на белках с модифицированной структурой (текстураты, гидролизаты) для улучшения питательной ценности и свойств конечного продукта [104]. Люпин относится к ценным однолетним бобовым культурам. В сельскохозяйственном производстве возделываются в основном 4 вида люпина: жёлтый, узколистный, белый и многолетний. Однако, в последние годы наибольшее распространение в АПК России и многих зарубежных странах (Австралия, Германия, Польша и др.) получил узколистный люпин. Узколистный люпин - высокотехнологичная культура, способная накапливать до 40% белка в семенах и 20% сухом веществе зелёной массы, обеспечивающая сбор его с гектара до 1,5...2 тонн. Белок отличается высоким качеством, высокой переваримостью из-за низкого содержания ингибиторов трипсина. Новые возможности открылись перед люпином после выведения селекционным путём его безалкалоидных форм, что дало возможность в большем масштабе использовать эту культуру во многих регионах нашей планеты. Этому способствуют и высокие адаптивные свойства люпина по отношению к различным климатическим и почвенным условиям. В России люпин известен давно. Он настойчиво рекомендовался для широкого использования, особенно на бедных песчаных и супесчаных почвах ещё Д. Н. Прянишниковым, Е. К. Алексеевым, Н. И. Шараповым и другими выдающимися отечественными учёными. Кроме того, обладая наивысшей азотофиксирующей способностью среди однолетних бобовых культур, люпин способен аккумулировать в биомассе (в зависимости от условий выращивания) от 100 до 300 кг/га экологически чистого симбиотического азота. Эффективность запашки 300...450 ц/га зелёной массы заменяет внесение 5-7 ц/га аммиачной селитры. В условиях кризисного состояния сельскохозяйственного производства, при его слабом ресурсном обеспечении, высоких ценах на энергоносители и другие материально-технические средства, повышение роли люпина в земледелии будет способствовать энерго-, ресурсосбережению, снижению затрат при производстве продукции растениеводства и животноводства, повышению плодородия почвы и охране окружающей среды. Таким образом, люпин имеет огромный биологический и экономический потенциал, который до настоящего времени полностью не используется. В настоящее время селекционерами страны создается новое поколение российских сортов, обладающих высокой продуктивностью, устойчивостью к болезням и скороспелостыо. Выводятся сорта, адаптивные к конкретным почвенно-климатическим зонам с учётом их агро- и биоклиматических условий [105]. Люпин узколистный (Lupinus. angustifolius.) – однолетнее травянистое, хорошо облиственное растение. По своей биологии и требованиям к факторам жизни приспособлен к возделыванию на обширной территории в различных почвенно-климатических зонах РФ. Это наиболее скороспелый вид, семена которого устойчиво вызревают в регионах с суммой активных температур 1900°С и выше, а детерминантные эпигональные (колосовидные) сорта - 1700... 1800°С. Из всех видов люпина узколистный наименее требователен к факторам внешней среды. Селекционная работа с люпином проводилась менее интенсивно, чем с другими культурами. В связи с этим перед селекционерами стоит ряд специфических задач, определяемых как биологическими особенностями выращиваемых видов, так и требованиями производства к вновь создаваемым сортам. Люпин узколистный является наиболее скороспелым и быстрорастущим, поэтому именно ему принадлежит решающая роль в расширении посевных площадей и продвижении культуры в северные регионы России. В соответствии с определяющимися направлениями в селекции люпина перед селекционерами стоят многочисленные задачи, при решении которых будут достигнуты намеченные цели. Основной задачей при создании сортов всех видов люпина является селекция на скороспелость. Этот признак имеет исключительно важное значение для всех зон люпиносеяния (независимо от направления использования сортов), так как от него зависит успех в расширении посевных площадей, увеличении валовой продукции люпина и решении проблемы белка. Кроме этого, скороспелые сорта должны обладать к целым рядом других признаков, без которых получение ежегодных высоких урожаев в любых люпинопригодных почвенно-климатических условиях нельзя гарантировать. В последнее время в селекции узколистного люпина большое внимание уделяется созданию сортов нового морфотипа - растений с полностью заблокированным ветвлением, у которых репродуктивная сфера представлена только главным соцветием, такие морфотипы называются колосовидными или детерминантными. Успехи в этом направлении имеются – в МСХА совместно с НИИСХЦР НЗ созданы сорта Ладный и Дикаф 14. Такие формы получены и во ВНИИ люпина, многие из них не уступают по семенной продуктивности лучшим сортам обычного типа ветвления и значительно превосходят районированные детерминантные формы. Сортам узколистного люпина должен быть передан признак нерастрескиваемости бобов. С помощью анатомических исследований найдены доноры, имеющие со спинной стороны боба сплошную склеренхимную обкладку, препятствующую растрескиванию бобов при созревании. Для получения необходимых сортов с нерастрескивающимися бобами необходимо добиться сочетания этого признака с другими ценными качествами через внутривидовую гибридизацию с последующим индивидуальным отбором наиболее удачных комбинационных форм. В настоящее время существует сорт узколистного люпина, обладающий устойчивостью к растрескиванию бобов - Кристалл. Большие задачи перед селекционерами стоят по созданию сортов, устойчивых к болезням. Особенно сильный вред наносят фузариозивирусное израстание. Самой радикальной и эффективной мерой борьбы с этим серьезным заболеванием является создание фузариозоустойчивых сортов. Такая работа усиленно и в широких масштабах проводится в Беларуси, в Польше и Германии. В настоящее время в распоряжении селекционеров имеются необходимые источники фузариозоустойчивости, которые служат донорами при работе в этом направлении. Первостепенная задача состоит в том, чтобы совместить высокую урожайность и скороспелость лучших отечественных сортов с устойчивостью к фузариозу. Итоговым результатом при выполнении всех поставленных задач в зависимости от направления селекции должно явиться создание сортов высокопродуктивных и устойчивых по урожаю семян и зеленой массы, минимально низкоалкалоидных со стабильно высоким содержанием белка, с наилучшим фракционным и аминокислотным составом белков, скороспелых с гарантированным обеспечением высоких урожаев семян во всех зонах люпиносеяния, устойчивых к имеющимся грибным и вирусным заболеваниям, устойчивых к полеганию в переувлажненные годы и к засухе в засушливые периоды вегетации, обладающих высоким коэффициентом размножения, неопадающими и нерастрескивающимися бобами и хорошей водопроницаемостью семенной кожуры [106,107,108]. На рис. 28 представлен первый этап биотехнологической схемы производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина. Более подробно этап пробоподготовки семян люпина описан в предыдущем этапе исследования. Подготовленную по вышепредставленной схеме муку люпина подвергали модификации с целью улучшения функциональных свойств и снижения концентрации антиалиментарных компонентов. Традиционно для модификации белкового сырья используются следующие методы: Кислотный гидролизат является одним из модифицированных белковых продуктов, полученных методом химической модификации. Процесс получения данных белковых препаратов включает в себя несколько основных операций: гидролиз, нейтрализацию, фильтрация, созревание, а в некоторых случаях - частичную или полную дегидратацию. Гидролиз производится с помощью соляной кислоты в концентрации около 20 %. Условия гидролиза (температура, давление, время гидролиза) зависят от типа сырья. Часто используют температуру 105-120 ºС, при давлении 0,15-0,20 МПа, время гидролиза 8-12 ч. Гидролизат нейтрализуют гидроксидом натрия до рН 4,5-7,0 (чаще всего до рН 5,3-5,5). При хранении в течение 1-6 мес. происходит созревание гидролизата, при котором он приобретает более нежные вкус и запах, а также более светлый цвет. При этом часть хлорида натрия и некоторые плохо растворимые аминокислоты выпадают в осадок. Затем следует фильтрация гидролизата. Большая часть белковых гидролизатов выпускается в виде сушеных гидролизатов. В настоящее время применяют три способа сушки: сушка распылением (гидролизат в форме тонкоизмельченного порошка), сушка в барабанных сушилках периодического действия (частицы порошкового гидролизата по размеру больше, чем при первом способе) и гранулирование.  Рисунок 28 - Биотехнологическая схема производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина (1 этап) Белковые гидролизаты содержат значительное количество летучих и нелетучих компонентов (например, свободные аминокислоты), которые влияют на их химические свойства и органолептические показатели. Некоторые аминокислоты в процессе гидролиза частично (серии, треонин) или полностью (триптофан) разлагаются. Алифатические разветвленные аминокислоты (изолейцин, лейцин, валин), стабильные при гидролизе, малорастворимы и после нейтрализация переходят в фильтрационные остатки. Все гидролизаты содержат в значительном количестве глютамовую, аспараговую кислоты, аргинин, аланин и лейцин [109]. Химически модифицированные белки с высокими функциональными свойствами можно использовать в качестве эффективных функциональных добавок в пищевые системы. Необходимо отметить, что данная модификация белка может быть обратимой. Методы химической модификации белка не получили широкого практического применения, несмотря на их большие потенциальные возможности, по следующим причинам: необходимость проведения тщательных медико-биологических исследований модифицированных белков и разработки методов контроля процессов модификации и состава получаемых продуктов; контроль процессов модификации очень сложен в связи с большим числом реакционноспособных функциональных групп в молекуле белка и меньшей специфичности методов химической модификации по сравнению с ферментативной; большое значение могут иметь возможные примеси в препаратах белка и используемых химических реактивах, которые могут сорбироваться и накапливаться в белке, а также образовывать токсичные продукты; не исключено и значительное снижение биологической ценности белка при его модификации, так как не все образующиеся химические связи гидролизуются в желудочно-кишечном тракте и не все новые продукты модификации могут усваиваться организмом [110]. Кроме этого можно отметить следующие недостатки данной группы методов: химический гидролиз - это в первую очередь изменение натуральных свойств и состава исходного сырья; снижение биологической активности аминокислот и их эффективности; образование новых веществ небезопасных для человека из-за побочных химических реакций; наличие большого количества соли в конечном продукте; химический синтез – процесс длительный и экологически небезопасный; возможно получение лишь одной аминокислоты из искусственного сырья; наличие опасных для человека полупродуктов; потребность в дорогом химическом сырье высокой степени очистки; необходимость удаления остатков сырья и полупродуктов незавершенного синтеза [111]. Наиболее широко используются физико-химические и ферментативные методы. Физико-химические приемы более просты в технологическом отношении и не требуют применения непищевых веществ. При использовании этой группы методов у белков повышается растворимость, гелеобразующая, жироэмульгирующая способность, способность к текстурированию и прядению [79]. Среди физико-химических приемов наибольшее значение имеют три группы методов: термоденатурация белков, комплексообразование белков с другими пищевыми веществами, а также фазовое расслоение многокомпонентных белоксодержащих пищевых систем. Функциональные свойства белков улучшаются и за счет обработки их веществами липидной (лецитин, стеароил-2-лактилат натрия) или иной природы (поливалентные металлы). Термоденатурацию широко используют для регулирования функциональных свойств белков, в первую очередь для снижения растворимости белков при их выделении и очистке. Этот метод привлекает к себе внимание еще и потому что была обнаружена возможность получения растворимых продуктов с новыми функциональными свойствами (поверхностные свойства, способность белка стабилизировать эмульсии и пены, реологические свойства и способность к гелеобразованию). При термоденатурации белка в разбавленных растворах ниже критической концентрации гелеобразования оказалось возможным получать растворимые денатурированные формы, которые характеризуются более высокой гидрофобностью, чем нативные макромолекулы. В результате повышаются эмульгирующая емкость, эмульгирующая и пеностабилизирующая способность белков. Путем тепловой обработки с последующим фракционированием получают такие продукты, как соевое молоко и т.п. Высокой эффективностью отличаются методы регулирования функциональных свойств белка, основанные на его взаимодействии с полисахаридами. Эта технология позволяет регулировать растворимость, реологические, поверхностные и другие физико-химические свойства наряду с фазовым и агрегатным состоянием белоксодержащих пищевых систем [110]. Достижения современной энзимологии значительно расширили возможности применения ферментативных методов для регулирования функциональных свойств белка. Методы связанные с использованием ферментов давно и успешно применяются в ряде Европейских стран, США. За рубежом уже давно существует крупнотоннажное производство ферментных препаратов. Мировой рынок применения промышленных ферментов составляет около 1,5 млрд долл. США. Ежегодный прирост этого рынка составляет 10 %, этот рост объясняется возможностью замены ферментными препаратами различных химических веществ, вредных для человека и животных. Ферменты сейчас используются практически во всех отраслях, в первую очередь в медицине и пищевой промышленности. Объемы мирового производства ферментов распределяются следующим образом: 33 % - для производства синтетических моющих средств, 26 % - для производства фруктовых и овощных соков, 3 % - в кожевенной, 15 % - в хлебопекарной и 10 % - пивоваренной промышленности. Такое активное использование ферментов обусловлено их преимуществами по сравнению с химическими катализаторами, а именно избирательностью действия, возможностью достижения высоких скоростей превращения субстратов при относительно мягких условиях процесса и безвредностью для окружающей среды и человека. Ферменты используют для модификации протеинов уже более 20 лет [112,113]. Ферменты присущи всем живым объектам и находятся практически во всех растениях, животных и микроорганизмах. Однако процесс биосинтеза ферментов в организме связан с обеспечением метаболизма клеток, и количество синтезируемых ферментов строго определяется жизненной потребностью организма; такие объекты не могут служить источником получения ферментных препаратов. Для этого пригодны только некоторые растительные организмы или отдельные органы растений и животных, способные накапливать значительное количество ферментов. Источником ферментов может быть пророщенное зерно различных злаков (солод). Оно может либо использоваться непосредственно как технический ферментный препарат, либо служить исходным материалом для получения очищенных ферментных препаратов. В тропических и субтропических странах в качестве сырья для промышленного производства протеиназ используют латекс дынного дерева, латекс растений, относящихся к виду фикусовых, например листья, побеги инжира, сок зеленой массы ананаса. Органы и ткани животных также могут являться сырьем для производства ферментов. На всех мясоперерабатывающих комбинатах собирают сырье, содержащее ферменты, консервируют его и используют для получения ферментных препаратов. Таким сырьем являются поджелудочная железа, слизистые оболочки желудков и тонких кишок свиней, сычуги крупного рогатого скота, сычужки молочных телят и ягнят, семенники половозрелых животных. Поджелудочная железа содержит большое количество разнообразных ферментов: химотрипсин, коллагеназу, эластазу, трипсин, амилазу, липазу и др. Слизистая оболочка желудков свиней и сычугов крупного рогатого скота служит источником пепсина и липазы. Из сычужков молочных телят и ягнят получают реннин (сычужный фермент). Семенники половозрелого скота содержат фермент гиалуронидазу. Микроорганизмы. В специально созданных условиях микроорганизмы способны синтезировать огромное количество разнообразных ферментов. Они неприхотливы к составу питательной среды, легко переключаются с синтеза одного фермента на другой и имеют сравнительно короткий цикл роста (16-100 ч). Для промышленного получения ферментных препаратов используют как природные штаммы микроорганизмов, выделенные из естественных объектов, так и мутантные штаммы. Продуцентами ферментов могут быть различные микроорганизмы: бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты. Микроорганизмы могут синтезировать одновременно целый комплекс ферментов, но есть и такие, особенно среди мутантных штаммов, которые являются моноферментными и образуют в больших количествах только один фермент [114]. Растительные протеиназы применяют для борьбы с белковым помутнением пива, для производства белковых гидролизатов [115]. Микробиальная ферментация бобов сои с выработкой таких продуктов как соевый соус, мисо, темпе является одним из самых древних способов обработки растительных белков [59]. Протеазы микроорганизмов применяются также при созревании сыров или мяса. Известна роль протеолитических ферментов в формировании структуры мякиша хлеба и сохранении его свежести, а также влияние грибной протеазы на технологию производства крекеров и печенья [115]. Ферментативная обработка протеазами (трипсином, микробной протеазой и др.) значительно улучшает растворимость белков, увеличивает влагоудерживающую способность, переваримость, консистенцию и другие показатели готовых изделий. Разработан способ получения гидролизата подсолнечникового шрота, содержащий 10 % сухих веществ, а также технология получения гидролизованной картофельной мезги [104]. Преимуществами метода ферментативной модификации являются мягкие режимы выделения белков, сохранение биологической ценности и возможность регулирования глубины той или иной реакции. К основным разновидностям данной группы методов относят протеолиз, пластеиновая реакция, гликозилирование, фосфорилирование, дезамидирование, сшивание [113]. Для наиболее полного использования потенциальных возможностей белков растений прекрасно зарекомендовал себя метод ферментативного гидролиза, глубоко затрагивающий структуру белков. Он протекает в достаточно мягких условиях и дает смесь аминокислот и пептидов. При этом степень рацемизации аминокислот более низкая и повышена биологическая ценность исходного субстрата [58,113]. Из группы ферментативных методов наибольшее распространение получил метод ограниченного ферментативного протеолиза. При нем, например, в легумине кормовых бобов под влиянием трипсина расщепляются пептидные связи только α-цепей, тогда как β-цепи остаются незатронутыми [79]. Использование этой технологии позволяет улучшить растворимость, эмульгирующие, пенообразующие, гелеобразующие свойства исходного белкового материала. Модифицированные протеины обеспечивают вязкость, текстуру и вкус [116,117]. В результате ферментативного воздействия увеличивается пищевая ценность, в частности, повышается степень экстракции белка, идет частичный гидролиз белков и полисахаридов, происходит накопление свободных аминокислот и легкоусвояемых сахаров. При протеолитическом распаде белков могут образовываться большое число абсорбируемых физиологически активных пептидов [60]. Различные ферментные препараты проявляют разную протолетическую активность, которая зависит от многих факторов прежде всего рН и температуры, соотношения фермент-субстрат, степени гидролиза. Повышение температуры ускоряет ферментативные реакции, для каждого протеолитического препарата характерна своя определенная температура максимальной скорости реакции. При выборе ферментного препарата самое большое значение имеет его специфичность к гидролизу исследуемого сырья [58,59,118]. В препаратах протеолитического действия обычно присутствуют сопутствующими ферменты, как правило амилаза и β-глюканаза. Наличие таких сопутствующих ферментов, может оказывать положительный эффект на выход конечного продукта, так как действие этих ферментов проявляется в разрушении полисахаридов клеточных стенок сырья и улучшении экстракции в целом [59]. Другим направлением регулирования функциональных свойств белка с помощью ферментов является пластеиновый синтез, который основан на использовании протеолитических ферментов для синтеза пептидных связей. Сначала идет частичный гидролиз белка до крупных пептидов с молекулярной массой 3-20 кДа, затем концентрируют полученную систему (до 30-40% массы) и вносят другой или тот же фермент, изменяя рН системы. В результате получают продукты, существенно отличающиеся по функциональным свойствам от исходного белка и пептидов. Метод пластеинового синтеза применяют для регулирования растворимости, аминокислотного состава, введения незаменимых аминокислот, в том числе эфиров аминокислот с длинными углеводородными радикалами с целью повышения поверхностной активности пластеинов [110]. Белковые продукты, полученные с применением ферментных препаратов практически не отличаются от выделенных без фермента белковых продуктов по растворимости, но они имеют более высокие значения жироэмульгирующей (ЖЭС), водосвязывающей (ВСС) и особенно жиросвязывающей (ЖСС) способностей. Высокие функциональные свойства новых белковых продуктов делают возможным их применение в качестве эмульгатора, влагопоглотителя и абсорбента жира в хлебопекарной, мясной, кондитерской, масложировой и других отраслях пищевой промышленности [58]. На рис.29 представлен второй и третий этап биотехнологической схемы производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина. Один из методов получения искусственных продуктов питания высокой биологической ценности при переработке нетрадиционных видов белков, особенно растительных, заключается в обогащении продуктов недостающими незаменимыми аминокислотами. Это особенно важно при производстве искусственных продуктов, имитирующих продукты животного происхождения, так как позволяет доводить их биологическую ценность до уровня натуральных аналогов и резко увеличить объем производства полноценной белковой пищи. Помимо обогащения белкового сырья и искусственных пищевых продуктов отдельными незаменимыми аминокислотами, последние используются для питания также и в виде смесей. Смеси аминокислот могут быть добавлены к продукту для повышения биологической ценности как за счет корректировки аминокислотного состава, так и для повышения общего содержания аминокислот, а кроме того, и для улучшения вкусовых свойств. Смеси аминокислот находят также применение в качестве синтетических диет различного назначения, например для парэнтерального питания, в тех случаях, когда прием и усвоение традиционной пищи нормальным путем невозможны. В качестве вкусовых добавок, помимо смесей аминокислот и композиций на основе реакции Майара, используют также и отдельные аминокислоты и пептиды [110]. Для повышения биологической ценности пищевых продуктов в производственной практике добавляют отдельные кристаллические аминокислоты. Наиболее важные из них - лизин, триптофан метионин, цистин и др.  Рисунок 29 – Биотехнологическая схема производства модифицированного белкового препарата из муки семян люпина (2 и 3 этапы) Некоторые аминокислоты и пептиды используют как вкусообразователи. Например, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, фенилаланин, тирозин при нагревании формируют специфический, свойственный мясным продуктам вкус и запах [104]. При обогащении продуктов питания аминокислоты обычно добавляют в количествах от долей процента до 1-1,5%. В результате стоимость продукта увеличивается незначительно, биологическая же ценность может при этом возрастать в 1,5-3 раза. Таким образом, в связи с проблемой переработки нетрадиционных белков в полноценные искусственные продукты питания еще более возрастает значение задачи производства значительных количеств незаменимых аминокислот, смесей аминокислот, а также вкусовых и ароматизирующих композиций на их основе Смеси аминокислот могут быть получены кислотным пиролизом белков, прежде всего белковых отходов пищевой промышленности, а также ферментативным гидролизом, в частности автолизом дрожжей. Они могут быть очищены от посторонних примесей и выделены методом ионообменной хроматографии. Состав таких смесей можно корректировать добавлением отдельных аминокислот [110]. Индивидуальные аминокислоты обычно получают микробиологическим и химическим синтезом или их комбинацией. Метод химического синтеза наиболее универсален и наиболее рентабелен экономически при больших масштабах производства. Незаменимые аминокислоты могут получаться микробиологическим путем более эффективно, чем путем химического синтеза, так как при биологическом синтезе используемые микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной L-форме. Как продуценты лизина изучаются Brevibacterium lactofermentum и бактерии рода Corynebacterium, также предложены способы биотехнологического получения изолейцина, треонина при использовании E. coli. Большинство исследованных штаммов микроорганизмов независимо от их систематического положения преимущественно накапливают L-аланин и глутаминовую кислоту. Значительно меньше штаммов и в меньшем количестве выделяют аспарагиновую кислоту, лейцин, валин, изолейцин, лизин. За рубежом 60% мощностей по производству аминокислот занимают глутаминовая кислота, далее идут метионин, лизин и глицин. Глутаминовая кислота производится при участии в качестве продуцента штамма Corynebacterium [119]. Путем микробиологической ферментации получают основное количество глутаминовой кислоты и весь лизин. У этого процесса свои преимущества и свои недостатки. С одной стороны, в нем мало стадий и требуется относительно простая и универсальная аппаратура. С другой стороны, живые микроорганизмы, с которыми приходится работать, очень чувствительны к малейшему изменению условий, а концентрация целевого продукта получается низкой, что ведет к увеличению размеров аппаратуры. Микробиологический синтез аминокислот наиболее перспективен и экономически выгоден. Более 60% всех производимых в настоящее время высокоочищенных препаратов аминокислот получают этим способом. Главное преимущество которого состоит в возможности получения аминокислот на основе возобновляемого сырья. Промышленное производство аминокислот стало возможным после открытия способности некоторых микроорганизмов выделять в культуральную среду значительных количеств какой-либо одной аминокислоты. При этом было выявлено, что продуктивные штаммы можно улучшать посредством селекции мутантов с измененной генетической программой. Это роды Brevibacterium, Micrococcus, Corinebacterium, Arthrobacter. Почти все протеиногенные аминокислоты можно получать с помощью специфических микроорганизмов. Принцип микробиологического метода заключается в аэробном выращивании микроорганизмов в разбавленных питательных растворах, содержащих усвояемые источники углерода и азота, как, например, углеводы, углеводороды, органические и неорганические соединения азота, минеральные соли и ростовые вещества. Можно использовать также полупродукты биосинтеза аминокислот. Например, изолейцин и серии можно получать ферментацией культуры, содержащей треонин или глицин. В качестве микроорганизмов применяются культуры дикого типа, например Cornynebacterium glutamicum и Brevibacterium flavum, а также мутанты, которые производят большое количество специфических аминокислот. В случае ауксотрофных мутантов микроорганизмы не располагают некоторыми ферментами, необходимыми для биосинтеза определенных аминокислот. Синтез поэтому может остановиться на одной из первых ступеней или пойти по другому пути. Если продуктом первой ступени или продуктом такого побочного пути являются аминокислоты, то они производятся и аккумулируются в большом количестве, например применение мутанта, дефицитного по гомосерину из Eschrichia coli, обусловливает накопление лизина. Отсутствие гомосериндегидрогеназы блокирует гомосеринтреонин-метиониновый путь синтеза в пользу побочного синтеза, приводящего к образованию лизина. В случае регуляторных мутантов, применяемых для получения аргинина, метионина, изолейцина и триптофана, наработка аминокислот осуществляется путем нарушения механизма обратной связи. Культивируют бактерии в стерилизованных ферментерах при 35ºС, используя в качестве источника углерода глюкозу или патоку и вводя в систему воздух и аммиак. Через 40 ч из культуры можно изолировать глутаминовую кислоту. Выход составляет 50 кг аминокислоты на 100 кг введенной глюкозы [120]. |
Похожие:
 | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и... ... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «лэти» им. В. И. Ульянова (Ленина)» |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программ «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт физики микроструктур ран |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет учебно-научно-производственный... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет учебно-научно-производственный... |
| 1. Банковский сектор2 Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет... |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук |
| Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики микроструктур Российской академии наук | | Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
