|
2 Получение витаминов группы B в промышленности 2.1 Получение витамина В2
Рисунок 1 – Строение витамина В2
Название витамина В2 - рибофлавин - происходит от сахара рибозы, входящего в состав молекулы витамина в виде многоатомного спирта D-рибита (рисунок 1). Он широко распространен в природе и в значительных количествах синтезируется растениями, дрожжами, грибами, бактериями.
Животные, не синтезирующие этот витамин, должны получать его в составе комбикормов, поскольку при его дефиците в организме нарушаются процессы белкового обмена, замедляется рост. Препараты рибофлавина используют в медицине для лечения ряда заболеваний, а в животноводстве — в качестве добавки в корма. Микроорганизмы синтезируют рибофлавин и две его коферментные формы — ФАД (флавинадениндинуклеотид) и ФМН (флавиномононуклеотид). [2]
Вплоть до 30-х годов прошлого столетия рибофлавин выделяли из природного сырья. В наибольшей концентрации он присутствует в моркови и печени трески. Из 1 т моркови можно изолировать лишь 1 г рибофлавина, а из 1 т печени — 6 г. Со временем выявлены продуценты витамина В2: бактерии (Brevibacterium ammoniagenes, Micrococcus glutamaticus), дрожжи (Candida guilliermondii, C. flaveri), микроскопические (Ashbya gossypii, Eremothecium ashbyii) и плесневые (Aspergillus niger) грибы.
Промышленное получение рибофлавина осуществляют химическим, микробиологическим и комбинированным синтезом. В последнем случае синтезированная микроорганизмами рибоза химически трансформируется в В2: аллоксазиновое кольцо синтезируют химическим способом, а затем также путем химической реакции соединяют его с остатком D-рибозы, которую в свою очередь получают из D-глюкозы в клетках мутантных штаммов Bacillus pumilus. Такой метод пока не нашел широкого применения в промышленности.
Химический синтез витамина В2 был осуществлен в 1935 г. Р. Куном. Недостатком химического синтеза рибофлавина является сложность технологического процесса и низкий выход целевого продукта.
Для медицинских целей микробиологический рибофлавин получают на основе гриба Aspergillus. Для высоких выходов витамина (до 7 г/л) используют усовершенствованные штаммы и оптимизированные среды, содержащие (в процентах): кукурузный экстракт — 2,25; пептон — 3,5; соевое масло — 4,5 и стимуляторы (пептоны, глицин). Используют активный инокулят, которым засевают стерильную среду. Ферментацию проводят в течение семи суток при 28 °С и хорошей аэрации. Исходный pH составляет около 7,0, в ходе ферментации в связи с выделением кислот среда подкисляется до pH 4,0—4,5. После использования углеродного субстрата продуцент начинает утилизировать кислоты, pH повышается, и затем начинается образование витамина В2. При этом кристаллы рибофлавина накапливаются в гифах и вне мицелия. На постферментационной стадии для выделения витамина мицелий нагревают в течение 1 ч при 120 °С.
В ряде стран для получения кормовых препаратов витамина В2 используют достаточно простой способ, основанный на выращивании микроскопического гриба Eremothecium ashbyii в глубинной культуре в типовых биореакторах объемом 63 - 100 м3 в стерильных условиях в течение 80—84 ч до начала лизиса мицелия гриба и образования спор (определяется микроскопически) при 28—30 °С на среде с глюкозой или мальтозой (2,5 %) (соевая мука, меласса), источником азота в виде NH4NO3 (молочная сыворотка, рыбная и кукурузная мука или экстракт, казеин) и карбоксидом кальция (0,5 %) (минеральные соли). В качестве посевного материала используют споры Е. ashbyii, выращенные на пшене (7 —8 дней при 29 — 30 °С).
Рисунок 2 - Технологическая схема получения витамина В2 из Eremothecium ashbyii
При подготовке инокулята гриб пересевают последовательно по схеме: посев на скошенную агаризованную среду в пробирке, жидкая среда, колба, бутыль, инокулятор. В инокуляторе культуру выращивают в течение 21-26 ч. затем её переводят в биореактор с питательной средой. Среду стерилизуют в смесителе при 120 – 122 °С в течение 1 часа. Развитие гриба-продуцента стимулируется добавлением ненасыщенных жирных кислот, аминокислот, биотина, тиамина, инозита, ростовых веществ, содержащихся в зародыше пшеницы, картофельном соке и дрожжевом автолизате. Культивирование продуцента проводят поверхностным или глубинным способом. Во время ферментации необходимо обеспечить хорошую аэрацию. Расход воздуха (r) составляет 0,3 м3/мин. Исходный водородный показатель (рН среды) составляет 7,0; в ходе ферментации он снижается до 4,5–6,0. Выход рибофлавина составляет 1250 мкг/мл. По окончании ферментации культуральная жидкость концентрируется в вакуумном испарителе до содержания сухих веществ 30—40 %. Полученный после упаривания концентрат в виде сиропообразной биомассы высушивается в распылительной сушилке до содержания влаги не более 8 %. В результате получают смесь биомассы мицелия Е. Ashbyii и сухих остатков питательной среды. Для получения однородного товарного продукта смесь размалывают и просеивают, в результате получают порошок с содержанием рибофлавина не менее 10 мг/г и 20 % сырого протеина. В препарате присутствуют также никотиновая кислота и витамины В1з В3, В6 и В12 (0,3- 0,5 %). На современных предприятиях концентрат гранулируют, поскольку порошкообразный продукт сильно пылит, что создает неудобства работы с ним и приводит к его потерям. Технологическая схема получения витамина В2 представлена на рисунке 2. [3]
В 1983 году в институте генетики был сконструирован рекомбинантный штамм продуцента Bacillus subtilis, способный синтезировать в три раза больше по сравнению с Eremotheciuma shbyii. Грибок выращивают в глюкозной патоке при температуре 28–30°C в течение 80–84 ч, в присутствии добавок Са(ОН)2 - 0,5 % , NН4NО3 – 2,5%.
Преимущество и рентабельность микробного синтеза витамина В2 иллюстрируется следующими цифрами: из 1 т моркови получают 1г витамина, из 1 т тресковой печени - 6 г, а из 1 т культуральной жидкости гриба E.ashbyii - 25 кг.
Do'stlaringiz bilan baham: |
