Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
кислоты при непрерывном культивировании. В одностадийном процессе выход в
случае L. delbrueckii составлял 89 г/л в сутки. При использовании
препаратов молочнокислых бактерий, иммобилизованных в альгинатных гелях,
степень конверсии достигала 97%. Доля L( + )-изомера составляла 90%, а
время полужизни-100 суток. В этих процессах молочную кислоту получают в
форме кальциевой соли; чтобы выделить конечный продукт, ее обрабатывают
серной кислотой. Молочную кислоту используют в качестве добавки к
безалкогольным напиткам, эссенциям, фруктовым сокам, джемам и сиропам,
для декальцификации кож в дубильной промышленности, а также при
производстве пластмасс, когда L( + )-форму полимеризуют в полилактат,
применяемый для производства пластиковых оберток. Соли молочной кислоты
используются в медицине.
Производство лимонной кислоты методом ферментации при участии грибов
(рис. 4.2) также принадлежит к числу давних биотехнологических процессов;
оно было налажено в 1893 г. Его развитие шло в тесной связи с разработкой
многих фундаментальных аспектов микробиологии. Вначале основные проблемы
были связаны с микробным загрязнением. В поисках их решения было найдено,
что процесс можно вести при очень
133
Глава 4
Г люкоза
Фруктозо-6-фосфаг
pi
nh4
(c)
I
(c)
Фруктозо-1. 6-дифосфат
ТрИОЗОфОСфЗТ
Фосфоенолпируваг
\
(c)
Пируват
Оксалоацетат
Манат
Фумарат
Сукцинат
. к , ЫН а
Ацетил-СоА
Цитрат
Изоцитрат
<Х -Кетоглу тарат
I
Стимуляция потока углерода при гликолизе
Стимуляция О) Подавление
Рис. 4.2. Производство лимонной кислоты.
низких pH, и это почти не сказывается на образовании кислоты грибами. В
таких условиях создавать и поддерживать стерильность гораздо проще. За 1-
2 недели ферментации при высоких концентрациях сахара в сырье выход
достигал 60% • Наибольший выход получали, когда тем или иным способом
ограничивали рост мицелия. Первоначальный вариант процесса основывался на
поверхностной ферментации, но в 1950 г. было внесено важное изменение -
освоено глубинное культивирование. Было
Химия и технология
139
показано, что стабильный процесс глубинной ферментации возможен только в
том случае, 'если он осуществляется в две стадии: на первой идет рост
мицелия, а на второй (в несодержащей фосфор среде)-образование лимонной
кислоты. За короткий срок были разработаны схемы, основанные на
использовании дешевого углеводного сырья: мелассы, крахмала и
глюкозного сиропа. Наличие ионов металлов в исходном сырье приводит к
резкому падению выхода; их нужно удалять либо путем осаждения
гексацианоферратом, либо пропусканием через ионообменные смолы, либо
применением солей четвертичного аммония. Для устранения вредного влияния
этих примесей широко используется также метанол и другие низшие спирты.
Механизм их действия неизвестен. Возможно, они как-то влияют на
цитоплазматическую мембрану. В 60-х годах для производства лимонной
кислоты был предложен новый процесс на основе н-парафинов (С9_3о) и
штаммов Corynebacterium, Arthro-bacter и Brevibacterium, но рыночной
продукции с его помощью получено не было. Изучалось также образование
лимонной кислоты дрожжами Candida. Они синтезируют смесь лимонной и
изолимонной кислот в соотношении, зависящем как от генетических факторов,
так и от условий ферментации. Было найдено, что ключевую роль здесь
играет аконитат-гидролаза: мутанты с малой активностью этого фермента
продуцировали больше лимонной кислоты. Растущие на углеводородах дрожжи
также способны синтезировать лимонную кислоту из глюкозы. Гриб
Trichoderma viride образует большое количество цитрата из глюкозы; это
позволяет вырабатывать лимонную кислоту из целлюлозы. С помощью некоторых
видов Penicillium можно вести ферментацию с образованием 1-5-алло-
изолимонной кислоты, диастереомера изолимонной кислоты.
В промышленном производстве лимонной кислоты в основном используется
Aspergillus niger, но применяется также и A. wentii. Процесс ферментации
очень сложен, так как лимонная кислота является продуктом первичного
метаболизма этих грибов, и любое сколько-нибудь существенное выделение
этого промежуточного соединения обмена веществ в окружающую среду
свидетельствует о сильном нарушении метаболизма, возникающем вследствие
его дисбаланса или генетических нарушений. Рост грибов обычно регулируют
путем изменения состава среды (Р, Mn, Fe, Zn). Субстрат должен легко
усваиваться; негидролизованные полимеры обычно не используют, так как в
этом случае внеклеточный гидролиз будет лимитировать скорость всего
процесса.
Сверхпродукция лимонной кислоты является ответной реакцией на недостаток
фосфата, но при выраженной нехватке металлов лимитирующим фактором не
обязательно является фос-
140
Глава 4
фат. Роль металлов при этом до конца еще не понята. Оптимум pH составляет
1,7-2,0; в более щелочной среде происходит образование заметных количеств
щавелевой и глюконовой кислот. Таким образом, тщательный контроль за
культуральной средой позволяет обойти регуляторные системы обмена и
