Что нужно для производства витамин

Человеческий организм не может существовать без витаминов. Есть теория, согласно которой наши далекие предки могли самостоятельно вырабатывать витамины. Однако из-за мутации эта способность оказалась безвозвратно утерянной. Производство витаминов перешло полностью к растениям. Хотя в XXI веке вряд ли можно произносить слово «полностью», говоря об этом процессе. Кэтрин Прайс, автор книги «Витамания», рассказывает о том, как же на самом деле получают витамины на заводах.

Современные фотографии в глянцевых журналах о здоровом питании нередко создают обманчивое впечатление, будто мы получаем витамины только из грецких орехов и черники. Стоит отметить, что первые витаминные добавки, атаковавшие рынок в 1920—1930-х годах, действительно являлись концентратами и вытяжками из природных источников.

Так, чтобы получить рыбий жир, печень трески заливали кипятком, и обогащенный витаминами жир всплывал тонкой пленкой на поверхность, откуда его и собирали. Витамин С добывали из плодов шиповника. Но в наши дни, хотя мы все еще можем извлекать витамины из натуральных продуктов (например, витамин Е из соевых бобов), это считается слишком дорогим удовольствием.

И это не говоря уже о его разрушительном воздействии на окружающую среду: обычно для экстракции нужны химические растворители, а они, как правило, ядовиты.

Для получения сока требуется не просто раздавить манго или апельсин. А учитывая, в каких мизерных концентрациях содержатся витамины в большинстве пищевых продуктов, становится понятно: получить витамины из натурального сырья — задача совершенно нереальная.

Тут в дело вступает промышленность, ведь витамины, которые содержатся в пищевых добавках или обогащенных продуктах, получены искусственным путем. Многие из этих веществ (сырье для синтетических витаминов) появляются на свет в ходе реакций, где в роли катализаторов выступают высокая температура, среда или высокое давление — факторы, под воздействием которых так меняется химическая структура двух или более веществ, что они превращаются в витамины.

Нечего даже и думать о том, чтобы удовлетворить мировую потребность в витамине С исключительно за счет апельсинов или лимонов.

Вот как описывает промышленное производство витамина С журналистка Мелани Уорнер, автор книги об американской пищевой индустрии Pandora’s Lunchbox («Ланч-бокс Пандоры»):

«Для начала в дело идет зерно или даже извлеченный из зерна крахмал, но сорбитол, шестиатомный спирт со сладким вкусом, который имеется во фруктах, в промышленных масштабах создается путем размельчения и новой сборки молекул, содержащихся в зерне, в процессе ферментативных реакций и гидрогенизации. Для получения сорбитола запускается ферментативный процесс, который отчасти очищает воздух (хотя он же может стать причиной загрязнения воды). Ферментация происходит благодаря деятельности бактерий, которые продолжают преобразование молекулы сорбитола в сорбозу. Следующий этап ферментации требует участия генетически модифицированных бактерий: они преобразуют сорбозу в вещество под названием „2-кетоглюконовая кислота“. И только потом 2-кетоглюконовая кислота, обработанная соляной кислотой, становится грубо очищенной аскорбиновой кислотой. Ее фильтруют, очищают от химических примесей, измельчают до состояния белой пудры — и на этом завершается процесс синтеза аскорбиновой кислоты, готовой стать компонентом пищи и быть добавленной в ваши кукурузные хлопья».

Уорнер обращает внимание на то, что каким бы сложным и запутанным ни показался нам процесс синтеза витамина С, «в его основе все-таки лежат натуральные продукты», чего в большинстве случаев нельзя сказать о других витаминах.

Возможно, все это звучит для вас дико, но вспомните, что главным поставщиком сырья для витамина D во всем мире являются… овцы! Или, точнее, вещество под названием «ланолин» — жир, который выделяют их кожные железы. Тут важно отметить, что нет ничего ужасного или угрожающего здоровью в синтетическом «овечьем» витамине D, как и в любом другом странном или заведомо «несъедобном» сырье для прочих витаминов.

Ведь в итоге синтетический витамин химически является точной копией форм, обнаруженных в природе, а значит и наш организм сможет использовать его безо всяких проблем.

Главная причина, по которой нутрициологи так усердно пропагандируют витамины, естественным образом полученные с пищей, отдавая им предпочтение перед синтезированными витаминами, кроется не в том, что синтетические витамины плохие, а в том, что помимо витаминов натуральные продукты содержат бессчетное число других компонентов, способных укрепить наше здоровье.

По материалам книги Кэтрин Прайс «Витамания».

источник

Среди биологически активных веществ, необходимых для нормального развития организма животных, одно из первых мест занимают витамины. Важное значение витаминов объясняется их участием в биохимических реакциях, способностью служить катализаторами процессов, обеспечивающих обмен веществ в организме и его связь с окружающей средой.

Витамины — низкомолекулярные органические соединения, присутствующие в живых клетках в низких концентрациях и являющиеся компонентами энзиматических систем, ответственных за различные реакции.

Производство витаминов осуществляется следующими основными путями:

1. Экстракция витаминных препаратов из растительного или животного сырья. С этого направления начиналась витаминная промышленность, поскольку первые витаминные препараты были получены именно таким путем. Например, витамин В₁₂ получали из сырой печени крупного рогатого скота, каротин — из моркови. Но в настоящее время доля витаминов, получаемых этим методом, незначительна ввиду очень низкого содержания их в природном сырье и ограниченности сырьевых ресурсов.

2. Химический синтез витаминов. Производство синтетических витаминов занимает, пожалуй, ведущее место в современной витаминной промышленности, поскольку основная номенклатура витаминных препаратов представлена веществами, полученными химическим синтезом из химических видов сырья или сочетанием химического синтеза с биосинтезом. Однако такой способ производства витаминов представляет собой сложный, многоступенчатый процесс, сопряженный с большими производственными затратами, что делает конечные продукты слишком дорогими.

3.Биосинтез витаминов. Некоторые витамины, имеющие сложное строение, химический синтез которых в крупномасштабном производстве невозможен или экономически нецелесообразен, получают исключительно биосинтезом, с применением микроорганизмов, способных к сверхсинтезу и накоплению определенных витаминов. Примером может служить производство цианкобаламина (витамина В₁₂). Микробиологический синтез применяется также в производстве витаминных концентратов, предназначенных для сельского хозяйства, поскольку в данном случае обычно в индивидуальном чистом виде витамины не выделяют.

Следует отметить условность такого деления витаминной промышленности. Производство некоторых витаминов включает и химические стадии и стадии биотрансформации с применением микроорганизмов (например, производство аскорбиновой кислоты). Витамин рибофлавин получают и синтетическим и микробиологическим путями. Некоторые витаминные препараты (например, витамин D₂) получают путем химической модификации провитаминов или витаминов, выделенных из растительных клеток или органов животных.

Использование витаминов в качестве добавок в корма животных требует крупномасштабного производства, поэтому возникла необходимость в более дешевых способах изготовления витаминов. Таким перспективным способом получения ряда витаминов оказался микробиологический синтез.

Для нормальной деятельности организма животных и птиц необходимо включать в рационы витамины A, D, К, группы В и др.

Микробиологическая промышленность нашей страны выпускает кормовые препараты витаминов В₂ и B₁₂. Кроме того, микробиологическим можно считать и производство витамина D₂, который образуется из эргостерина при облучении ультрафиолетовым светом кормовых дрожжей.

Микроорганизмы содержат много различных витаминов, которые чаще всего являются компонентами ферментов. Состав и количество витаминов в биомассе зависят от биологических свойств культуры микроорганизмов и условий их культивирования. Так, кормовые дрожжи, получаемые на гидролизатах древесины и углеводородах, сравнительно богаты витаминами группы В и содержат (в расчете сухую биомассу) следующие витамины (мг/кг):

Никотиновая кислота — 440-610

Продукцию микроорганизмами отдельных витаминов можно увеличить, изменяя состав питательной среды. Например, количество витамина В₂ (рибофлавина) в биомассе дрожжей зависит от интенсивности аэрации и содержания железа в среде.

На содержание витаминов в клетках дрожжей заметное влияние оказывают микроэлементы. Так, небольшие добавки марганца способствуют накоплению в клетках дрожжей инозита, а повышенные дозы кобальта приводят к увеличению содержания витамина В₆ (пиридоксина).

Производство кормового концентрата витамина В₂ (рибофлавин).Витамин В₂ входит в структуру многих ферментов, в составе которых участвует в клеточном дыхании, синтезе белков и жиров, регулировании состояния нервной системы, функции печени и т.д. При его недостатке резко замедляется рост, нарушается белковый обмен.

Суточная потребность в витамине В₂ составляет для птиц 3 — 4 г (кристаллического препарата) на 2 т корма, а для свиней 10 — 15 мг на 100 кг живой массы.

В природных условиях источниками рибофлавина являются высшие растения, дрожжи, мицелиальные грибы и бактерии. Большинство микроорганизмов образуют свободный рибофлавин.

В 30-е годы XX в. был найден суперпродуцент витамина — микроскопический гриб Eremothecium ashbyii, образующий до 6000 мкг рибофлавина на 1 г сухого вещества культуральной жидкости.

Для получения витамина В₂ можно также использовать культуру дрожжей, ацетобутиловые бактерии, продуцент лизина Brevibakterium и др.

Микроорганизмы — продуценты рибофлавина

Технология получения кормового препарата витамина В₂ микробиологическим способом достаточно проста. В качестве микроорганизма-продуцента обычно используют Е. ashbyii.

Технологический процесс производства состоит из трех основных стадий:

2. Термолиз и концентрирование.

3. Сушка, размол, гранулирование и упаковка.

Посевной материал и стерильный воздух получают по типовой, для многих микробиологических производств, схеме. Ферментация осуществляется в типовых биореакторах объемом 63 — 100 м₃ в стерильных условиях при температуре 28 — 30 °С.

Основными ингредиентами питательной среды являются соевая мука, меласса, технический жир и минеральные соли (СаСОз, КН₂Р0₄). Продуцент витамина В₂ выращивают также на средах, где источником углерода является глюкоза, сахароза, крахмал, пшеничная мука. В качестве источника азота используют молочную сыворотку, рыбную и кукурузную муку или экстракт, казеин. Развитие гриба-продуцента стимулируется добавлением ненасыщенных жирных кислот, биотина, тиамина, инозита, ростовых веществ, содержащихся в зародыше пшеницы, картофельном соке и дрожжевом автолизате.

Известно использование в производственных условиях питательной среды следующего состава:

— 1 — 3 % мелассы, гидрола или глюкозы;

— 3 — 8 % кукурузного экстракта или дрожжевого автолизата;

Культивирование продуцента проводят поверхностным или глубинным способом. Витамин накапливается в клетках гриба-продуцента, либо в виде предшественника — флавина дениннуклеотида, либо в свободном состоянии.

Время культивирования длится 60 — 80 ч до начала лизиса мицелия гриба и образования спор (определяется микроскопически). При этом содержание рибофлавина в культуральной жидкости достигает 1200 мг/л.

Для сохранения штамма Е. ashbyii в активном состоянии рекомендуется производить систематический его рассев на твердые питательные среды и отбирать колонии наиболее .интенсивно окрашенные в оранжевый цвет. Яркая окраска колонии коррелирует с высокой способностью к синтезу рибофлавина.

При подготовке инокулята гриб пересевают последовательно по схеме:

посев на скошенную агаризованную среду в пробирке > жидкая среда > колба > бутыль > инокулятор

Винокуляторе культуру выращивают в течение 21-26 ч. затем ее переводят а биореактор с питательной средой, содержащей кукурузную и соевую муку, кукурузный экстракт, свекловичный сахар, КН₂РО₄, СаСОз, NaCl и технический жир.

Среду стерилизуют в смесителе при 120 – 122 °С в течение 1 часа. Культивирование в биореакторе ведут до начала лизиса клеток и появления спор (определяют микроскопически). Температура культивирования 28 — 30 °С, давление воздуха в биореакторе (1 — 2) — 10 4 Па, расход воздуха 1,5 -2,0 л в минуту на 1 л культуральной жидкости. Выход рибофлавина около 1200 мг/л.

По окончании процесса ферментации культуральную жидкость вместе с мицелием передают в вакуум-выпарные аппараты (10), где ее нагревают до 80 °С с целью разрушения (термолиза) клеточных структур и одновременно ведут процесс концентрирования (упаривания) до содержания сухих веществ 30-40 %.

Полученный после упаривания концентрат в виде сиропообразной биомассы высушивают 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. На современных предприятиях концентрат гранулируют, поскольку порошкообразный продукт сильно пылит, что создает неудобства работы с ним и приводит к его потерям.

Кормовой концентрат витамина В₂ представляет собой обработанную, высушенную, размолотую или гранулированную биомассу гриба-продуцента Е. ashbyii, содержащую не менее 15 мг рибофлавин на 1 г вещества. Помимо витамина В₂, концентрат содержит 0,3- 0,5 % других витаминов группы В (В₁, В₆, В₁₂, никотинамид), около 20% белковых веществ, а также полисахариды, липиды, минеральные соли.

Для животноводства можно получить кормовой рибофлавин как отход при производстве ацетона. Продуцентами витамина при этом являются ацетобутиловые бактерии.

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.

Производство витамина В₁₂(цианкобаламина).Среди неполимерных биологически активных соединений витамин В₁₂ имеет самое сложное строение. Его принятое химическое название α-(5.6-диметилбензимидазолил)-кобамидцианид. Это единственный витамин, в структуру которого входит кобальт.

Организм животных не способен к самостоятельному синтезу витамина В₁₂. Этот витамин полностью отсутствует в растительных кормах в относительно небольших количествах содержится в кормах животного происхождения (рыбной и мясо-костной муке, молочных отходах). Среди растительного мира витамин В₁₂ был обнаружен лишь у нескольких видов высших растений (горох, фасоль, побеги бамбука), причем его происхождение в этих растениях окончательно не установлено.

Цианокобаламин обладает высокой биологической активностью с широким спектром действия. В первую очередь, витамин B₁₂ необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, он является эффективным противоанемическим препаратом. Цианкобаламин применяют для лечения злокачественного малокровия, железодефицитных анемий, апластических анемий и т.п. Этот препарат назначают также при лучевой болезни, заболеваниях печени, полиневритах, болезни Дауна, детском церебральном параличе и многих других заболеваниях.

Для медицинских целей субстанцию витамина B₁₂ получают в виде кристаллического тёмно-красного порошка, содержащего не менее 99% основного вещества. Из этой субстанции готовят различные лекарственные формы, из которых наиболее широкое применение находят цианкобаламин в изотоническом растворе хлорида натрия для инъекций, и таблетки, содержащие цианкобаламин и фолиевую кислоту.

Важное значение витамин B₁₂ имеет для животноводства. Его недостаток тормозит рост животных и приводит к серьезным заболеваниям. Цианкобаламин повышает усвояемость белка растительных кормов и является необходимым фактором полноценного питания животных.

Для животноводства отечественной промышленностью выпускается кормовой концентрат витамина В₁₂ (КМВ-12), который по эффективности не уступает кристаллическому препарату, но является более дешевым и доступным для широкого использования в сельском хозяйстве.

Полный химический синтез витамина В₁₂ был осуществлен через 25 лет после его открытия Р. Вудвордом и А. Эшенмозером с участием большой группы исследователей нескольких лабораторий университетов и научных центров США, Англии, Франции, Японии. Конечно, химический синтез витамина В₁₂ имеет чисто теоретическое значение и в настоящее время он не может рассматриваться как вариант промышленного производства этого важного препарата.

Единственным способом получения витамина В₁₂ в промышленном масштабе является его микробиологический синтез с использованием специальных штаммов микроорганизмов, способных активно продуцировать этот витамин.

В природе витамин В₁₂ синтезируют многие микроорганизмы (например, метанобразующие и пропионовокислые бактерии), а также бактерии,осуществляющие термофильное метановое сбраживание сточных вод.

Активно продуцируют витамин В₁₂ представители рода Pzopionibacterium, природные штаммы которых образуют 1,0 — 8,5 мг/л цианокобаломина, а полученный искусственный мутант P. shermanii M-82 способен накапливать витамин В₁₂ до 58 мг/л.

Практический интерес для микробиологического синтеза этого витамина имеют представители актиномицетов и родственных микроорганизмов. Истинный витамин B₁₂ в значительных количествах синтезируют Nocardia rugoza (до 18 мг/л), а также представители рода Miromonospora. Высокой кобаламинсинтезирующей активностью обладают метаногенные бактерии, например, Methanosarcina barkeri, M. vacuolita и отдельные штаммы галофильного вида Methanococcus halophilus (до 16 мг/л).

Цианкобаламин синтезируют строго анаэробные бактерии из рода клостридий. В значительных количествах образуют витамин B₁₂ ацетогенные клостридии C.thermoaceticum, C.formicoaceticum и Acetobacter woodi, синтезирующие ацетат из СО₂.

Известны активные продуценты витамина Bi₂ переди псевдомонад. Некоторые штаммы Pseudomonas denitrificans нашли применение для промышленного получения цианкобаламина (фирма Merk, США). Интерес представляют также термофильные бациллы, а именно Bacillus eirculans и Bacillus stearothermophilus, которые растут при температурах, соответственно, 60 °С и 75 °С и за 18-24 культивирования без соблюдения стерильных условий дают высокие выходы витамина.

В нашей стране в качестве основного продуцента витамина В₁₂, получаемого для медицинских целей, используют культуру Propionibacterium shermanii, а для нужд животноводства применяют смешанную культуру, содержащую термофильные метанобразующие бактерии.

На большинстве зарубежных предприятий витамин В₁₂выпускают в чистом кристаллическом виде и применяют в животноводстве большей частью в виде компонентов премиксов.

Указанный способ включения витамина В₁₂ в кормовые рационы применяется и в нашей стране.

Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; Нарушение авторского права страницы

источник

Получение лекарственных веществ на основе применения биологического синтеза

Одним из перспективных путей получения ЛВ является биотехнология с использованием методов генной инженерии. Ее основу составляют генетические ресурсы, заложенные в клетках растений, животных и микроорганизмов. Современный уровень развития химии, биологии и других наук позволяет изменять молекулы, входящие в состав биологических систем, и создавать их варианты, которые не могли появиться в процессе естественной эволюции.

Биотехнология обеспечивает самые прогрессивные методы получения новых ЛВ. Начиная со второй половины 70-х гг. создана отрасль биотехнологии, обеспечивающая получение ЛВ на основе использования генной инженерии. С помощью генной инженерии были разработаны новые штаммы микроорганизмов, позволившие получить гормональные вещества, осуществить микробиологический синтез инсулина, интерферона и других ценных веществ, синтезируемых только организмом человека.

Чрезвычайно важно, что в качестве источников сырья для биотехнологии все шире используются непищевые растительные ресурсы и отходы сельского хозяйства, пищевой промышленности. Это позволяет превратить биотехнологию в безотходное производство. Сравнительная оценка продолжительности традиционных и биотехнологических методик убедительно подтверждает преимущества последних.

Традиционная методика получения ЛВ путем выращивания растений на опытном поле требует длительного времени (1-6 мес.). Более экономично использование биотехнологической методики, основанной на выращивании каллусных и меристемных клеточных культур (7-14 дней). При получении биологически активных веществ из животных тканей традиционный способ разведения животных требует 1-9 мес., выращивание культуры клеток ткани на твердой фазе — 7-10 дней. Меньше всего времени, всего 1-3 дня, требуется для получения БАВ путем культивирования микроорганизмов, так как они растут быстрее клеток растений и животных и требуют простых питательных сред.

Микробиологический синтез

Микробиологический синтез витаминов и коферментов все шире включается в новые технологические схемы. Использование достижений в области физиологии микроорганизмов — продуцентов БАВ — позволяет оптимизировать биосинтез и увеличивать их выход. Использование в промышленности указанных методов дает возможность применять более дешевые источники сырья, увеличивать выход продукции, заменять дорогостоящие и трудоемкие стадии химического синтеза.

Большинство органических кислот получают химическими методами из продуктов переработки нефти и сухой перегонки древесины. Однако, когда кислота используется для пищевых или медицинских целей или синтез ее является сложным, целесообразно использовать микробиологические методы. Сейчас лимонную, глюконовую, кетогулоновую и итаконовую кислоты получают только микробиологическим путем, а молочную и уксусную — как химическим, так и микробиологическим методами. Многие из этих кислот либо сами являются ЛВ, либо используются в качестве исходных продуктов их синтеза или получения солей. Основным сырьем для производства органических кислот ранее служили углеводы (глюкоза, сахароза, крахмал). Начиная с 60-х гг. XX в. для этой цели все шире используется непищевое сырье — нормальные парафины нефти в сочетании со специально селекционированными штаммами дрожжей.

Биотехнология аминокислот

Аминокислоты являются составными элементами белков. Все 20 аминокислотявляются мономерами для построения природных полипептидов и хорошо изучены (методы их синтеза давно подробно описаны). Известно также, что эти соединения существуют в виде оптических изомеров (вспомните теорию строения органических соединений Бутлерова А.М., открывшего ассиметрию атома углерода с четырьмя заместителями, определяющими направление и степень вращения плоскости поляризованного света) .

Современные методы органического синтеза позволяют синтезировать L- и D-формы аминокислот, но только как рацематы, дальнейшее разделение которыхпредставляет трудную задачу и экономически не эффективно.

Другой способ получения аминокислот – это микробиологический синтез, когда используют штаммы-продуценты, осуществляющие сверхсинтез аминокислот. Избыточные количества аминокислот, например, L -лизина, L –глутаминовой кислоты, L -треонина, L –трептофана экскретируются (выходят) в культуральную (внешнюю) среду. Культуральная среда в этом случае можетсодержать от четырех, пяти и до ста граммов целевой аминокислоты на одинлитр жидкой фазы. В отличие от химического синтеза, в этом случае, то есть прибиосинтезе аминокислот с помощью ферментных систем микроорганизмов,получаются исключительно L-формы аминокислот, обуславливающих терапевтический эффект, а не рацематы. Это обстоятельство решает проблему выбора получения аминокислот в промышленном масштабе в пользу биотехнологических методов.

Аналогичная ситуация сложилась и в области производства антибиотиков. Химический синтез, как правило, не эффективен. Именно поэтому в фармацевтической промышленности антибиотики получают с помощью штаммов-продуцентов, которые генерируют нужный антибиотик в определенной фазе роста в заданном режиме культивирования. Однако, использование вдальнейшем химической трансформации природных антибиотиков рождаетновые лекарственные средства и помогает преодолевать резистентностьмикроорганизмов к лекарственным препаратам, повышая эффективностьлечения.

Сегодня известны 4 метода получения аминокислот:

1. химический метод (тонкий органический синтез)

2. химико-энзиматический метод (энзиматическая трансформация химически синтезированных предшественников аминокислот с образованием биологически активных L-изомеров). Метод достаточно дорогой.

3. биологический метод (применение гидролиза белоксодержащих субстратов)

4. прямой микробиологический метод (получение L-аминокислот). Методболее дешевый, экономически выгодный.

Наиболее распространенными методами получения аминокислот являются химико-энзиматический и микробиологический.

В качестве примеров использования химико-энзиматического метода можно привести:

• синтез аспарагиновой кислоты из фумаровой (используются клетки

• синтез L-фенилаланина из коричной кислоты (используются клетки

Имея задачу получения аминокислот, используя природные микроорганизмы,надо помнить о механизмах регуляции биосинтеза по принципу обратной связи (ретроингибирование). Эта регуляция осуществляется либо за счетингибирования активности одного из начальных ферментов собственногосинтеза избыточным продуктом, то есть самой аминокислотой, либорепрессируется весь комплекс ферментов всей биохимической цепочкиметаболизма клетки, что является естественной реакцией живогомикроорганизма-продуцента для сохранения собственного равновесия наклеточном уровне. Таким образом перед биотехнологом стоит задача в нарушении этих механизмов, чтобы иметь возможность получить целевойпродукт в необходимых количествах.

Как это делается, можно рассмотреть на примере продуцентов лизина (Corynebacteriumglutaminicum) итреонина (Escherichiacoli).

У Corynebacteriumglutaminicum есть принцип согласованного ингибированияферментативной активности, что является особенностью биосинтеза предшественника лизина. Ингибирование синтеза лизина в клеткевозможно только при повышенной концентрации обеих конечных продуктов –лизина и треонина. Самостоятельно ни лизин, ни треонин не ингибируют активности ключевого фермента –аспартакиназы. Они ингибируют этот синтезтолько вместе. Таким образом, вызвать сверхсинтез лизина можно лишь нарушив синтез треонина или его предшественника – гомосерина.

Действительно, большинство продуцентов лизина не способны синтезировать гомосерин или треонин, то есть являются «ауксотрофами» по этим аминокислотам.

Таким образом большинство продуцентов лизина нуждается в присутствии гомосерина или треонина, иначе они работать не будут. Зная это, биотехнолог, выращивая такие продуценты, должен обязательно вносить в питательнуюсреду от половины грамма и до полутора граммов на один литр гомосерина или треонина. В этом случае происходит активный рост биомассы продуцента безсинтеза лизина. Как только треонин исчезает из среды и рост биомассыпрекращается, начинается активный синтез лизина. Таким образом, данныйпроцесс имеет две стадии развития:

Продолжительность синтеза составляет 2-3 суток. Уровень накопления продукта составляет 50-100 граммов на литр. Это особенности биосинтезализина.

Второй пример. Минтезтреонина. Особенности регуляции биосинтеза треонина в клетках Escherichiacoli (кишечной палочки). В этом случаеситуация другая. У кишечной палочки нет механизма согласованногоингибирования ферментативной активности, то есть, если лизин ингибируетактивность своих ферментов по принципу обратной связи, то треонин – своихферментов. Кроме того, имеет место «репрессия» всего комплекса треониновых ферментов при избытке треонина или изолейцина и это похоже на«согласованную репрессию» Самостоятельно (по отдельности) ни треонин, ни изолейцин не репрессируют синтез ферментов.

Для решения задачи получения треонина в необходимых количествах пришлось сделать следующее:

1. изменить, сделать нечувствительным к треонину первый ферменттреонина

2. снизить активность фермента, синтезирующего из треонина изолейцин

3. убрать механизм репрессии при недостаточном количестве изолейцина не смотря на избыток треонина

4. применить генную инженерию (выделить треониновые гены и размножить их на плазмидах в клетке микроорганизма, резко повысив синтез треонина клетками продуцента)

В рассматриваемом случае синтез треонина отличается от синтеза лизинатем, что его синтез происходит одновременно с ростом биомассы. Здесь уже нет двух стадий.

Особенности культивирования штаммов-продуцентов аминокислот приводят к следующему результату:

1. достигаются максимально высокие скорости синтеза аминокислотклетками продуцента

2. достигается максимальная длительность работы продуцента

3. минимально образуются побочные продукты биосинтеза аминокислот.

Первая задача решается путем выращивания высокоактивной биомассы ипомогают в этом случае наличие в питательной среде:

· оптимизация рН (кислотность среды)

· дробная подача субстратов.

Для предотвращения закисления среды проводят автоматическое рН-статирвоание аммиачной водой и источниками углерода.

В случае биосинтеза лизина добавляют ростовые факторы по меренеобходимости, что зависит от самого сырья, от аппаратуры, от температуры.Процесс биосинтеза энергоемкий и требует интенсивной аэрации иперемешивания.

Для длительной работы ауксотрофных продуцентов лизина в питательнуюсреду вносят комплексный источник аминокислот (белковые гидролизаты).

Внимание! Синтез нужной аминокислоты может прекращаться, если на еепродуцент действуют его токсические метаболиты, которые синтезируютсясамим продуцентом. Например, в процессе биосинтеза фенилаланина, продуцентом которого является Bacillussubtilis, этот продуцент синтезирует примеси ацетоина и бутандиола, в результате этого клетки продуцента лизируются, образуют споры и прекращают вырабатывать фенилаланин. Чтобыизбежать это явление, необходимо ферментацию вести в условиях лимита(ограничения) по источнику углерода. В этом случае весь сахар расходуется только на синтез фенилаланина, увеличивая как количество (в два раза), так ичистоту получаемого продукта.

Как итог можно сказать, что:

— эффективность использования субстрата при биосинтезе аминокислот зависит от продуктивности биомассы,

— если синтез аминокислот разобщен с ростом биомассы (лизин), то эффективность использования субстрата будет тем выше, чем дольше будетработать культура после остановки роста,

— если же синтез аминокислоты идет параллельно росту биомассы (треонин), то эффективность биомассы можно увеличить добавляяопределенное количество предшественников.

Наиболее перспективным направлением являются методы генетической инженерии – введение в клетку продуцента многокопийных плазмид, содержащих гены, контролирующие биосинтез аминокислот в ущерб синтезубиомассы и других клеточных компонентов.

С помощью гибридных плазмид в биосинтезе аминокислот мы получаем:

1. рост продуктивности биомассы.

2. исчезновение примесей (более чистый продукт).

3. возрастает коэффициент использования субстрата (его минимум даетмаксимум продукта).

Биотехнология в производстве витаминов

Витамины представляют группу незаменимых органических соединенийразличной химической природы. Они необходимы любому организму внебольших концентрациях с целью выполнения в нем каталитических ирегуляторных функций. Они не являются материалом для биосинтетическихпроцессов, они не являются источниками энергии.

Что касается источника витаминов – это в первую очередь растения. Витамины поступают в организм человека с пищевыми продуктами. Недостаток витаминов может привести к различным заболеваниям (это цинга,различные анемии и так далее).

2. это компоненты сбалансированного питания

3. это компоненты парфюмерной продукции

4. это биологически активные добавки

5. это компоненты для интенсификации биотехнологических процессовпроизводства.

Известно, что высокой биологической активностью обладают, как правило,не сами витамины, а их производные – коферменты. Открыты также коферменты, для которых не обнаружено витаминных аналогов. Коферментные формы на основе различных витаминов обладают широким спектром действия и эффективно используются в медицинской практике.

Большинство витаминов либо выделяют из природных источников, либо синтезируют химическим путем. Однако, с помощью биотехнологии сегодня производят особо сложные по строению витамины В2, В12, β-каротин (провитамин А), РР и предшественники витамина Д (эргостерина).

Кроме того, в синтезе витамина С (аскорбиновой кислоты) используют микроорганизмы как селективные окислители d-сорбита в L-сорбозу.

Получение витамина В2 (рибофлавин).Вначале этот витамин выделяли из природного сырья (в максимальных концентрациях он присутствует в моркови и в печени). Затем был разработан как химический, так имикробиологический способы промышленного синтеза. Для рибофлавина характерно функционирование в коэнзимных формах:

К источникам рибофлавина относятся:

Активным продуцентом рибофлавина являются культура дрожжеподобного гриба Eremotheciumashbyii и Ashbyagossipii.

Сверхсинтез рибофлавина можно получить, если действовать на дикиештаммы мутагенами, нарушающими механизм ретроингибирования синтеза витамина В2, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды.

В состав среды для роста продуцентов рибофлавина входят:

Перед подачей в ферментер среду стерилизуют с помощью антибиотиков иантисептиков во избежание ее инфицирования. По завершении процесса ферментации культуральную жидкость концентрируют, высушивают исмешивают с наполнителями. В 1983 году в институте генетики был сконструирован рекомбинантный штамм продуцента Bacillussubtilis, способный синтезировать в три раза больше по сравнению с Eremotheciumashbyii и этот продуцент более устойчив к экзогенной кантаминации.

Этот витамин был открыт одновременно в США и в Англии. В 1972 г. В Гарвадском университете был осуществлен химический синтез витамина В12, включающий 37 стадий его получения, что лишало возможности организовать промышленное производство этого витамина. С другой стороны это производство было необходимо, так как витамин В12 очень важен в коррекции определенных нарушений в организме человека и животных. Он регулирует углеводный и липидный обмен, участвует в метаболизме незаменимых аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, стимулирует образование гемоглобина, применяется для лечения злокачественной анемии, лучевой болезни, заболеваний печени и в другихслучаях.

Сначала витамин В12 получали исключительно из природного сырья (1 тонна печени – 15 миллиграмм витамина).

Единственный способ его получения в настоящее время – этомикробиологический синтез в промышленном масштабе. Интересно, что обнаружение витамин В12 как побочного продукта при производстве антибиотиков стимулировало поиск продуцентов этого витамина.

Продуцентом витамина В12 являются пропионовокислые бактерии из рода Propionibacterium. Применение мутантов и добавление в средупредшественника витамина В12 — 5,6 диметилбензимидазола (5,6 ДМБ) резко повышает продуктивность продуцента. Этому способствует также добавлениев питательные среды кукурузного и мясного экстракта, соевой муки, рыбной муки. Выращивание пропионовых бактерий производится периодическим методом в анаэробных условиях на среде с кукурузным экстрактом, глюкозой,солями кобальта и сульфатом аммония. Образующиеся кислотынейтрализуются щелочью. Через 72 часа после начала ферментации вносят предшественники — 5,6 ДМБ. Длительность ферментации – трое суток.

Полученную массу сепарируют, стабилизируют нитритом натрия, охлаждают, нейтрализуют, коагулируют белки и фильтруют. Очищают на ионообменной смоле, кристаллизуют и проводят химическую очистку продукта. Далее следует получение различных лекарственных форм поливитаминных препаратов. Для увеличения производства витамина В12 перспективным является применение генной инженерии при получении гибридных штаммови использовании методов иммобилизации на полимерах.

Витамин В3 (пантотеновая кислота).Способ получения – тонкий органический синтез и микробиологический синтез с использованием иммобилизованных клеток бактерий, актиномицетов (основной метод).

Витамин РР. Используется биотехнологический метод, метод экстракции из микроорганизмов, обычно из пекарских дрожжей с добавлением предшественников. Используется штамм – Brevibacterium ammoniagenes.

Аскорбиновая кислота.Здесь применяется в основном химический синтезилишь одна стадия осуществляется биотехнологическим способом с применением уксусно-кислых бактерий, проводящих реакциютрансформации d -сорбита в L-сорбозу. Для получения сорбозы культуру продуцента Gluconobacteroxydans выращивают в ферментерах периодического действия с мешалкой, барботером, усиленной аэрацией в течение 20-40 часов. Выход сорбозы достигает 98% от начального сорбита. Питательная среда: кукурузный дрожжевой экстракт до 20%. Сорбозу выделяют из культуральной жидкости. Развитие микробиологического метода получило развитие в производстве 2-кето L -гулоновой кислоты – это промежуточный продукт синтеза витамина С.

Продуценты: Acetobacter, Erwinia ,Gluconobacter. Перспективно создание генноинженерных штаммов продуцентов.

Эргостерин – это основной компонент стеринов дрожжеподобных грибов рода Candida, использующих углеводы. Есть несколько вариантов выращивания дрожжей – продуцентов эргостерина.

Продуценты – это дрожжи, плесени, особенно Saccharomycescerevisiae.

Питательная среда должна содержать источники углерода, азота, фосфора.

Ферментация идет в аэробных условиях около 12-20 часов. Для получения кристаллического витамина Д2, биомассу гидролизуют, охлаждают, фильтруют, делают спиртовые экстракты, которые омыляют (обрабатывают щелочью), кристаллизуют, очищают, растворяя в эфире, удаляют эфир, а затем эргостерин облучают ультрафиолетовыми лучами (УФ-облучение), так как витамин Д 2 из эргостерина образуется только после ультрафиолетового облучения (УФ-облучения ).

Источником получения эргостерина может служить и мицелий грибов, который остается как отход (побочный продукт) антибиотической промышленности. Микроорганизмы Cryptoccocuscurvatus на средах с отходами молочной промышленности и при переработке хлопка синтезируют значительные количества эргостерина. Это все относится к вопросу рентабельности и экологичности биотехнологического производства.

β-каротин.Каротиноиды (политерпены) – это природный пигмент. Общий путь биосинтеза из изопреновых единиц. Источник – это высшие растения, водоросли, микроорганизмы. Получение — это тонкий органический синтез (химический способ) и биотехнология (использование мицелиальных грибов).

Питательная среда – кукурузно-соевая среда. Процесс получениямногостадийный. β-каротин экстрагируется подсолнечным маслом ииспользуется в виде масляных Если используют химический синтез, то болеерентабельно после экстракции егокристаллизовать.

Витамин РР– в его производстве используется биотехнологический метод, применяя способ экстракции из микроорганизмов, обычно это пекарские дрожжи. В качестве штамма используется Brevibacterium ammoniagenes.

Эти соединения синтезируются в организме животных и человека. Участие убихинона в метаболических процессах проявляет регуляторныйэффект, он же принимает участие в тканевом дыхании, окислительном фосфолирировании, в переносе электронов.

Получение убихинонов – это биотехнология на основе каллусных культур риса или опухолевой ткани. Продуценты – бактерии, дрожжи идрожжеподобные микроорганизмы. Сухая масса грибов рода Candida содержит смесь убихинонов. Это один из примеров, когда биотехнологиясовмещает в едином процессе получение убихинонов и эргостерина из микробных липидов. Применение убихинонов – при ишемической болезнисердца и при повышенных нагрузках.

Уксуснокислые бактерии, используемые при окислении сорбита в сорбозу (при получении витамина С) содержат убихинон-10 )с десятью изопреновыми единицами в боковой цепи, который является коферментом организмачеловека.

1. Применение генной инженерии при синтезе витамина В2 и витамина С– открыло новые возможности селекции высокоактивных продуцентов.

2. Внедрение непрерывного способа ферментации в производстве сорбозы увеличило скорости образования этого сахара почти в два раза.

3. Дробная подача компонентов в питательные среды обеспечило высокийуровень ферментации в производстве витамина В12 и сорбозы.

4. Применение иммобилизованных клеток при получении витаминов В12и В3 привело к разработке новых конструкций биореакторов.

5. Утилизация различных промышленных отходов существенно снижаетсебестоимость получаемой продукции – витаминов В2 , В12 и β-каротина, улучшает экологию производства.

Таким образом, получение этих важных биологически активных веществ(БАВ) свидетельствует о существенном вкладе биотехнологии и в этомсекторе фармацевтической промышленности.

Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 6478 | Нарушение авторских прав

источник

Вам интересно знать, как получают натуральные витамины? Тогда эта статья для Вас. Ежедневно организм человека нуждается в витаминной подпитке, которая является для нас, по большому счёту, источником жизни. Во времена, когда человечество ещё не познало техногенного прогресса, все полезные вещества люди получали из пищи. Сегодня взять весь объём необходимых веществ вместе с едой практически невозможно. Нашими незаменимыми помощниками в этой ситуации становятся натуральные витамины. Да-да, не синтетические, не фракционированные, а именно натуральные. От всех других типов они отличаются способом производства, который позволяет сохранить в препарате максимум полезных веществ, необходимых организму для нормальной работы. Применяемые способы обработки сырья сохраняют его естественную структуру и не разрушают связей между веществом.

В качестве сырья для производства натуральных витаминов используются овощи, фрукты, ягоды растения, богатые полезными веществами разных групп и категорий. Для сравнения: при изготовлении синтетических препаратов берутся заготовки, полученные искусственным путём. В них не удаётся воссоздать молекулярную структуру, свойственную натуральным витаминным добавкам, и сохранить все полезные компоненты в комплексе. А значит, и наш организм не сможет их усвоить без вспомогательных веществ.

В качестве примера можно привести всем знакомую с детства аскорбиновую кислоту, которая является всего лишь одним из элементов витамина С.

А вот натуральные препараты, сразу же после попадания в кровеносную систему, отлично усваиваются. При этом коэффициент использования таких витаминов значительно выше, чем при приёме синтетических аналогов, которые, кстати, немного дешевле.

Из чего делают натуральные витаминные комплексы? Из обычных для нас продуктов растительного происхождения. Выбираются из них те, которые содержат максимальное количество полезных веществ, и произрастают в форме наиболее удобной для переработки. Так, к примеру, многие производители для получения витаминных концентратов используют вишню ацеролу, петрушку, кресс, люцерну.

Процесс производства натуральных витаминов достаточно сложен и состоит из нескольких этапов. Над его разработкой трудились учёные из разных областей знания. Свою лепту в создание уникальной технологии внесли химики, биологи, диетологи, фитологии, занимающиеся изучением растений.

В основе производства витаминных препаратов лежит процесс дегидратации, говоря более простым языком обезвоживания. Из растения или плода полностью извлекается влага, которая препятствует длительному хранению того или иного продукта. При этом процесс дегидратации должен осуществляться при определённой температуре. В противном случае многие ферменты будут разрушены и добавки не принесут никакой пользы. Дегидратацию можно проводить с помощью сушки, холодного отжима, выпаривания.

Помимо влаги необходимо удалить и все волокна как элемент, не содержащий полезных веществ. После дегидратации высушенная масса тщательно измельчается. Её в дальнейшем используют для получения комплексных витаминных препаратов, или индивидуальных витаминов.

Данный процесс описан очень схематично. На самом деле, чтобы он прошёл успешно, необходимо соблюсти множество условий и выполнить ряд манипуляций (предварительно подготовить сырьё, запустить оборудование, приготовить вспомогательные компоненты). Кроме того, многое зависит от того или иного вида натуральных витаминов. К примеру, многие из них разрушаются при термической обработке. Поэтому их производство проходит с тщательным контролем температурного режима. Многие технологические процессы получения натуральных витаминов охраняются законом, а некоторые являются даже секретными. Сотни учёных внесли свою лепту в технологию изготовления витаминов, минеральных добавок и биологически активных препаратов.

Конечно, чтобы получить натуральный витаминный препарат, нужно затратить немало усилий, времени и ресурсов. Но результат того стоит: они позволяют нам сохранить молодость и здоровье.

источник

Витаминная эйфория

В последние годы многие говорят о ценности и полезности витаминов. Поскольку витамины дешево производить в лаборатории, их продают как нечто необходимое для здорового образа жизни. При этом здоровье зависит не только от количества принимаемых витаминов, а и от пропорционального соотношения жиров, белков, углеводов, минералов и разнообразных других биологически активных веществ. Кроме того, имеет значение физическая активность, образ жизни, курение, алкоголь, прием лекарств.

Витамины могут присутствовать в натуральных источниках, например во фруктах, овощах, мясе, яйцах, а могут синтезироваться в лаборатории и добавляться в различные продукты: биологически активные добавки, продукты питания, детское питание, косметику.

Возьмем для примера печенье, которое позиционируется как здоровый продукт, обещающий прилив энергии. Наряду с добавлением цельных зерен, польза которых неоспорима, в составе есть еще и витаминные добавки, не имеющие ничего общего с природой. Другим примером может служить белая мука, потерявшая в процессе переработки основную часть полезных веществ, а потому ее обогащают витаминами. Кроме того, витамины добавляют в соки, мюсли, фруктовые йогурты, лимонад, хлебобулочные изделия, сладости, колбасу, мясо.

Если же говорить о витаминных препаратах, то они разработаны для самых разных целей: витамины для беременных, витамины для кормящих матерей, витамины для курильщиков против грозящего им рака легких, витамины для алкоголиков против болезней печени, витамины для укрепления иммунитета против простуды и др.

Одна из важнейших причин устойчивости витаминного бума: у витаминов просто непревзойденный имидж. Уже само название «витамин» гарантирует потребителю жизненную силу.

Повсеместного дефицита витаминов у населения не существует. Правда определенные группы населения, такие как младенцы, дети, подростки, беременные, кормящие матери, спортсмены и пожилые люди, иногда, в зависимости от привычек в питании, могут иметь определенный дефицит витаминов. Однако то, что им всем необходимы витаминные препараты, ничем не доказано.

Против тезиса о дефиците витаминов говорит и то, что глобализация рынков приносит на наш стол все больше экзотически продуктов: апельсины, грейпфруты, киви, хурма, ананасы, мандарины стали для нас в какой-то мере привычнее, чем сезонные ягоды. Кроме того, мясо, яйца, рыба и молочные продукты также содержат значительные количества витаминов. Например, в рыба богата ниацином и пиридоксином, витаминами А, Е, D и В12.

Многие верят в то, что растения из-за современных методов выращивания содержат недостаточно витаминов. В этом мало правды, так как нет никаких научных доказательств этому.

Большинство сторонников идеи дефицита витаминов ссылаются на исследования Сиба-Гейги 70-80-х годов прошлого века. В этих исследованиях, проведенных химическим концерном из Базеля (Швейцария) изучалось содержание минеральных веществ и минералов в растительных продуктах питания. Данные служили сравнительной базой в более поздних исследованиях.

Одно из таких исследований, опубликованное во многих газетах, было выполнено в 1996 году диетологами санатория «Оберталь» в Шварцвальде (Германия). Исследователи из Оберталя закупили на овощном рынке и в отделе овощей крупного магазина два одинаковых набора продуктов, которые затем были переданы в научную лабораторию, изучающую наличие в них минералов и витаминов, чтобы сравнить эти данные с данными исследования Сибы-Гейги, проведенного одиннадцать лет раньше.

Результаты обертальского исследования на самом деле пугают. Например, яблоки потеряли 80% витамина С. В целом обертальские ученые пришли к выводу, что за период с 1985 по 1996 год фрукты и овощи потеряли почти 50% минералов и витаминов. Это звучит как смертный приговор нашим фруктам и овощам.

Но сравнительные исследования лишь тогда имеют смысл, если они измеряют нечто сравнимое. В случае изучения продуктов питания непросто, в особенности, если речь идет о таком чувствительном и неоднородном классе веществ как витамины.

Для того, чтобы получить действительно пригодные данные, нужно позаботится о репрезентативности исследования. Необходимо покупать фрукты, овощи, зерновые в нескольких местах и повторять закупку позднее в точно тех же местах. Какая может быть информационная значимость при сравнении данных по яблокам, выращенным в 1985 году крестьянином и проданным через два дня с данными по яблокам, выращенным в 1996 году и проданным в супермаркете после хранения в течение четырех недель?

Также важно, чтобы соответствующие измерения выполнялись той же самой лабораторией при помощи тех же самых методов анализа. Например, в 1970-е годы было невозможно выявить бета-каротин изолированно от других каротинов. Тогда просто замеряли все, что хоть как-то относилось к обширной группе каротинов.

Тот, кто хочет провести по-настоящему точные сравнительные исследования продуктов питания, должен учитывать много факторов. Однако это стоит много денег и времени, а окупятся ли все затраты и усилия, неизвестно.

Из чего производят синтетические витамины

В описании полезных свойств витаминных добавок производители часто опираются на натуральное происхождение витаминов: чем полезны и где встречаются в природе. Но произведенное в лаборатории и природой – это не одно и то же.

В самом начале производства витаминов была природа. Тиамин и пиридоксин были выделены из оболочки рисовых зерен, биотин – из яичного желтка, первоначальным источником фолиевой кислоты был шпинат.

Новые методы производства экономичны и позволяют добиться большого выхода. Синтетические витамины создают в лаборатории из совсем неаппетитных источников. Рибофлавин могут производить при помощи бактерии Bacillus subtilis при помощи генных манипуляций. Жизненно необходимую фолиевую кислоту получают из трупов лягушек-быков. И наконец, в лабораториях используют метод производства витаминов из нефти.

Польза или вред?

Витамины в лечебных целях, как антибиотики и гормоны, относятся к тем веществам, к которым должны быть серьезные показания. Только врач, основываясь на лабораторных анализах, может прописать витамины. При этом витамины выступают как вспомогательное или основное лекарство, а не замена здоровому питанию.

Помните, что принимая витамины из аптеки в целях профилактики, в лучшем случае они проходят транзитом через организм либо усваиваются на 5% (в то время как из натуральных источников витамины усваиваются на 95%). Поэтому синтетические витамины существенной пользы не приносят. Например, витамины считаются эффективными антиоксидантами, поэтому защищают от опухолей. Но сомнительно, что витамины защищают от рака. Ученые, проводившие исследования о раке груди на 600 женщинах в американском штате Северная Каролина, пришли к выводу: «Некоторые факты свидетельствуют в пользу того, что еда, богатая витаминами, снижает риск рака груди. Однако этот эффект ни в коем случае нельзя переносить на витаминные добавки». Исследователь витаминов Петер Вебер, работающий в американском филиале фирмы Roche Vitamins & Fine Chemicals, вынужден признать: «Большинство научных исследований последних двадцати лет пришли к выводу, что профилактический прием витамина С не оказывает существенного влияния на подверженность простудным заболеваниям».

В худшем случае даже те 5%, которые попали в организм могут причинить гипервитаминоз, который даже опаснее гиповитаминоза. К примеру ниацин, витамин В3, в последнее время рекламируют как «тайное оружие» против атеросклероза и инфаркта миокарда. Поэтому отравление препаратами ниацина встречается часто. Проблемы начинаются с дозы 100 миллиграммов. Симптомы отравления: тошнота, головные боли и мышечные судороги. В очень высоких дозах, равных 1000 миллиграммах, ниацин может привести к нарушениям сердечного ритма, а также к желтухе и повреждению печени.

Большое значение имеет то, потребляются ли витамины вместе с другими веществами, то есть с фруктами, овощами и прочими продуктами питания. Или же принимаются изолированно, как витамины, созданные в лаборатории.

«Я вижу изрядную долю высокомерия в том, — говорит американский диетолог Вик Шейн, — чтобы приписывать синтетическим витаминам такое же действие, как и витаминам природным». Ведь совершенно неясно, каким образом ведут себя витамины в природе в соединении с другими веществами.

Мегадозы витаминов

Сторонники витаминной медицины продают мегадозы витаминов как лечение силами природы. Это удивительно уже потому, что используемые объемы витаминов невозможно было бы получить естественным путем.

Покровителем витаминизации считается двукратный лауреат Нобелевской премии Линум Паулинг. Отец ортомолекулярной медицины с ее экстремально высокими дозировками витаминов ежедневно принимал 12 000 миллиграмов витамина С, то есть количество которое соответствует 24 килограммам апельсинов. То, что он достиг возраста девяноста трех лет, считается доказательства успеха этого метода.

Правда, такая аргументация научно неубелительна: к примеру писатель Эрнс Юнгер прожил сто три года и был страстным курильщиком. Однако, никто не будет на основании этого примера рекламировать курение как средство продления жизни. Или метод фармаколога из Франкфурта Отто Леви, тоже нобелевского лауреата. По воспоминаниям современников, он начинал день дозой векамина, после просмотра почты наступал черед небольшой дозы морфия либо героина («чтобы не появлялось никаких депрессивных мыслей»), перед обедом для возбуждения аппетита принимал что-либо из анаболиков (которые сегодня возглавляют список запрещенных препаратов допинга в спортивных союзах), взбодриться после дневного сна помогала щепотка кокаина, а вечером, если не ощущалось достаточной сонливости, фармаколог принимал барбитурат. Леви прожил восемьдесят восемь лет.

Правильная доза витаминов

Ни для кого не секрет, что существуют нормы потребления витаминов. Они регулярно пересматриваются и отличаются в зависимости от страны. К тому же, поливитамины могут иметь абсолютно разный состав и дозировки у разных производителей.

Какая «правильная» доза витаминов? Знать это должен сам организм. Обычно он регулирует свои потребности самостоятельно, определяет нехватку питательных веществ и развивает аппетит на нужные продукты. Организм напоминает об ингредиентах соответствующих продуктов питания и регулирует поступление нужных веществ при помощи удовольствия от вкуса продуктов. Передозировка каких-то веществ исключается, ведь обычные продукты питания содержат вещества только в полезных количествах. Прежде чем получить избыток, человек почувствует пресыщение.

Как обойтись без синтетических витаминов?

Живите по принципу: «Доверять только тем витаминам, которые не указаны на упаковке». Это означает: избегайте готовых продуктов, витамизированных порошков, капсул и добавок, мультивитаминных соков или прочих продуктов питания, в которые добавлены витамины. Вместо этого каждый день съедайте кусок хлеба из цельных зерен, свежие фрукты с чистым йогуртом, а на обед солидную порцию овощей с картофелем или рисом, которые вы сами потушили. Или что-то вкусное, что снабжает вас витаминами естественным образом. При этом продукты должны быть правильно приготовлены, иначе от витаминов в них ничего не останется.

Уделите внимание полноценному питанию, а также в целом образу жизни. Займитесь физическими упражнениями себе по душе, научитесь расслабляться и радоваться тому, что есть. Получайте удовольствие от жизни и, в частности, от еды. Включите в свой рацион полезные продукты. Многочисленные исследования показывают, что люди с высоким потреблением рыбы, растительных масел, цельнозернового хлеба, фруктов и овощей имеют меньший риск заболеть атеросклерозом, диабетом и определенными видами рака. А о таких молочных продуктах, как йогурт и кефир, известно много положительных фактов, как и о красном вине, разноообразных приправах и чае. Помните, что витамины – не единственные полезные вещества в питании человека. Важную роль играют и минералы, клетчатка, антиоксиданты (например, из группы флавоноидов), эфирные масла, белки, углеводы, жиры и др.

Кроме акцента на здоровом питании уделите внимание профилактике с помощью фитотерапии, а также обогащении питания натуральными высоковитаминными продуктами: спирулине, ростках пшеницы, ростках ячменя, хлорелле, масле момордики, льняном масле.

источник

Витамины (от лат vita – жизнь) – «амины жизни» – низкомолекулярные органические соединения, которые, присутствуя в малых количествах, обеспечивают нормальное протекание биохимических процессов. Витамины – незаменимые факторы питания.

Изучение физиологии и генетики микроорганизмов – продуцентов витаминов, выяснение путей биосинтеза каждого из них позволили создать теоретические основы получения микробиологическим способом практически всех известных витаминов. Однако биотехнологическими методами целесообразнее производить лишь особо сложные по строению витамины: В₂, В₁₂, β-каротин и предшественники витамина D. Остальные витамины либо выделяют из природных источников, либо синтезируют химическим путем.

Получение витамина В₂ (рибофлавин). 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. В 1935 г. обнаружен активный продуцент рибофлавина – гриб Eremothecium ashbyii, способный при выращивании на 1 т питательной смеси синтезировать 25 кг витамина В₂. Сверхсинтеза рибофлавина добиваются действием на дикие штаммы мутагенов, нарушающих механизм ретроингибирования синтеза витамина В₂, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды. Отбор мутантов ведут по устойчивости к аналогу витамина В₂ – розеофлавину.

Технология получения. В состав среды для роста продуцентов витамина В₂ входят соевая мука, кукурузный экстракт, сахароза, карбонат кальция, хлорид натрия, гидрофосфат калия, витамины, технический жир. Грибы чувствительны к изменению состава среды и подвержены инфицированию. Перед подачей в ферментер среду подвергают стерилизации, добавляя к ней антибиотики и антисептики.

В качестве посевного материала используют споры Е. ashbyii. Процесс ферментации грибов для получения кормового рибофлавина длится 3 суток при температуре 28 – 30 °С. Концентрация рибофлавина в культуральной жидкости может достигать 1,4 мг/мл. По завершении процесса ферментации культуральную жидкость концентрируют в вакууме, высушивают на распылительной сушилке (влажность 5 – 10 %) и смешивают с наполнителями.

Методами генной инженерии сконструирован рекомбинантный штамм продуцента Bacillus subtilis, характеризующийся увеличенной дозой оперонов, которые контролируют синтез рибофлавина и способный синтезировать втрое больше по сравнению с Е. ashbyii количество рибофлавина за 40 ч ферментации.

Получение витамина В₁₂. Витамин В₁₂ открыт в 1948 г. одновременно в США и Англии. Первоначально витамин В₁₂ получали исключительно из природного сырья, но из 1 т печени можно было выделить всего лишь 15 мг витамина. В 1972 г. в Гарвардском университете был осуществлен химический синтез предшественника витамина В₁₂. Химический синтез корнестерона – структурного элемента корринового кольца витамина, включающий 37 стадий, в крупных масштабах не воспроизведен из-за сложности процесса. Учитывая важную функцию витамина в организме человека (он является противоанемическим фактором), его мировое производство достигло 10 т в год, из которых 6,5 т расходуют на медицинские нужды, а 3,5 т – в животноводстве.

Единственный способ получения витамина В₁₂ в настоящее время – микробиологический синтез. Его продуцентами являются прокариоты и, прежде всего, пропионовые бактерии, которые и в естественных условиях образуют этот витамин. Выделено 14 видов пропионовокислых бактерий, продуцирующих витамин В12. Мутанты Propionibacterium shermanii и Pseudomonas denitrificans продуцируют в жидкой среде до 58 – 59 мг/л цианкобаламина.

Технология получения. Для получения высокоочищенных препаратов витамина В₁₂ пропионовокислые бактерии культивируют периодическим способом без доступа кислорода на средах, содержащих глюкозу, казеиновый гидролизат, витамины, неорганические соли, хлорид кобальта. Уровень рН ферментационной среды поддерживают около 7,0 добавлением NH₄OH; продолжительность ферментации 6 суток; через 3 суток в среду добавляют 5,6-диметилбензимидазол. Добавление в среду предшественника 5,6-диметилбензимидазола по окончании первой ростовой фазы (5 – 6 суток) стимулирует быстрый (18 – 24 ч) синтез витамина с выходом последнего до 30 мг/л.

Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому операции по выделению витамина заключаются в следующем: сепарирование клеток, экстрагирование водой при рН 4,5 – 5,0 и температуре 85 – 90 о С, в присутствии стабилизатора (0,25 % раствор натрия нитрита), Экстракция протекает в течение часа, после чего водный раствор охлаждают, нейтрализуют раствором едкого натрия, добавляют коагулянты белка – хлорид железа трехвалентного и алюминия сульфат с последующим фильтрованием. Фильтрат упаривают и дополнительно очищают, используя методы ионного обмена и хроматографии, после чего проводят кристаллизацию витамина при 3 – 4 о С из в одноацетонового раствора.

При реализации данного биотехнологического процесса не забывать о высокой светочувствительности витамина В₁₂, поэтому все операции необходимо проводить в затемненных условиях (или при красном свете).

Получение β-каротина. β-Каротин – это изопреноидные соединения, из одной молекулы β-каротина при гидролизе образуются две молекулы витамина A. Каротиноиды можно выделить из ряда растительных объектов – моркови, тыквы, облепихи, люцерны, а также они синтезируются многими пигментными микроорганизмами из родов Aleuria, Blakeslea, Corynebacterium, Flexibacter, Fusarium, Halobacterium, Phycomyces, Pseudomonas, Rhodotorula, Sarcina, Sporobolomyces и др. Характерно, что содержание β-каротина у микроорганизмов во много раз превышает содержание этого провитамина у растений. Так, в 1 г моркови присутствует всего 60 мкг, в то время как в 1 г биомассы гриба Blaneslea trispora – 3 – 8 тыс. мкг.

Каротиноиды локализуются в виде сложных эфиров и гликозидов в клеточной мембране микроорганизмов, либо в гранулах цитоплазмы.

Технология получения. Питательные среды для производства β-каротина включают источники углерода, азота, витаминов, микроэлементов, специальных стимуляторов (кукурузно-соевая мука, растительные масла, керосин, -ионон или изопреновые димеры). В качестве продуцентов каротиноидов можно использовать бактерии, дрожжи, мицелиальные грибы. Более часто применяют зигомицеты Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta. При совместном культивировании штаммы этих видов могут образовать 3 – 4 г каротина на 1 л среды. Па первом этапе получения каротиноидов штаммы культивируют раздельно, а затем – совместно при 26 о С и усиленной аэрации с последующим переносом в основной ферментатор. Длительность ферментации – 6 – 7 дней. Каротиноиды извлекают ацетоном или другим неполярным растворителем. В целях очистки и более тонкого разделения используют методы хроматографии. Витамин A из β-каротина сравнительно легко можно получить при гидролизе.

Получение витамина D₂. Витамин D – это группа родственных соединений, в основе которых находится эргостерин, который обнаружен в клеточных мембранах эукариот. Содержание эргостерина в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2 – 11 %. Кроме дрожжей продуцентами эрогостерина могут быть мицелиальные грибы – аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2 – 2,2 % эргостерина. Трансформация эргостерина в витамин D₂ (кальциферол) происходит под влиянием ультрафиолетового облучения. При этом разрывается связь в кольце (позиции 9,10) и образуется двойная связь в боковой цепочке (позиции 22, 23).

Технология получения. В качестве продуцентов эргостерина микробиологическим способом используют культуры дрожжей, которые получают на средах, обеспечивающих полноценное развитие клеток. Основная среда содержит источник углерода и пониженное количество азота (высокое значение C/N), обогащается ацетатом (активатором биосинтеза стеринов). Культивирование дрожжей проводят при температуре, близкой к оптимальной для конкретного штамма, и выраженной аэрации. Спустя 3 – 4 суток, в зависимости от ростовых характеристик и биосинтетической активности культуры, клетки сепарируют и подвергают вакуум-высушиванию. Затем сухие дрожжи облучают ультрафиолетовыми лучами – УФЛ (длина волны 280 – 300 нм) в течение оптимального по продолжительности времени. Облучение дрожжей можно проводить до сепарирования клеток в тонком слое 5 % суспензии, учитывая малую проникающую способность УФЛ.

Облученные сухие дрожжи применяют в животноводстве; в промышленности их выпускают под названием «кормовые гидролизные дрожжи, обогащенные витамином D₂». В таком препарате содержится не менее 46 % сырого белка, незаменимые аминокислоты (лизин, метионин, триптофан) и 5000 ME витамина D₂ в 1 г.

В случае получения кристаллического витамина D₂ клетки продуцента гидролизуют соляной кислотой при 110 о С, затем температуру снижают до 75 – 78 о С и добавляют этанол. Спиртовой экстракт упаривают до 70 %-го содержания сухих веществ. Полученный «липидный концентрат» обрабатывают раствором едкого натрия. Эргостерин кристаллизуется из неомыленнной фракции концентрата при 0 о С. Его очищают повторной перекристаллизацией. Кристаллы высушивают, растворяют в серном эфире, облучают УФЛ, эфир отгоняют, раствор витамина D₂ концентрируют и кристаллизуют.

8.1.3. Производствоорганических кислот

В настоящее время биотехнологическими способами в промышленных масштабах синтезируют ряд органических кислот. Из них лимонную, глюконовую, кетоглюконовую и итаконовую кислоты получают лишь микробиологическим способом, молочную, салициловую и уксусную – как химическим, так и микробиологическим способами, а яблочную – химическим и энзиматическим путем.

Получение лимонной кислоты. Лимонная кислота впервые была выделена из сока лимона и перекристаллизована Шееле. В лимонах содержится 7 – 9 % этой кислоты; в Италии и Испании до сих пор ее получают из лимонов, но на 99 % ее продукция основана на микробиологическом синтезе. Объем мирового производства цитрата составляет 400 тыс. т/год.

Большая часть лимонной кислоты (70 %) используется в пищевой промышленности, около 12 % в фармацевтической промышленности и около 18 % – для технических целей. Использование лимонной кислоты в пищевой промышленности обусловлено ее хорошей растворимостью, низкой токсичностью и приятным кислым вкусом. Лимонная кислота образует хелаты с металлами, поэтому ее применяют для их очистки.

Способность грибов образовывать лимонную кислоту при росте на средах с углеводами впервые была установлена немецким ученым Вемером в 1893 г. Для промышленного производства лимонной кислоты используют главным образом культуру гриба Aspergillus niger, а также A. wentii.

Метаболический путь. Лимонная кислота – обычный метаболит цикла трикарбоновых кислот, в небольшом количестве присутствует в клетках разных микроорганизмов. Некоторые грибы (в первую очередь A. niger) способны синтезировать огромное количество этой кислоты. Накопление в культуральной среде существенных количеств цитрата – промежуточного соединения цикла Кребса – невыгодно для организма и является следствием дисбаланса метаболизма или нарушения его генетической природы. Сверхсинтез лимонной кислоты происходит при лимитировании роста грибов-продуцентов минеральными компонентами среды и одновременном избыточном содержании источника углерода. В условиях лимитирования роста гриба недостатком одного или нескольких минеральных компонентов (Fe, Mn, N, Р или S) после полного поглощения из среды дефицитного элемента он прекращает расти, однако продолжает потреблять имеющийся в среде источник углерода. При этом в клетках гриба начинает накапливаться лимонная кислота, которая в дальнейшем выделяется в среду.

Технология получения. В настоящее время получение лимонной кислоты биотехнологическими способами широко применяется в промышленности. Разработаны технологии получения лимонной кислоты как поверхностным, так и глубинным способами. Основной питательной средой в обоих случаях служит меласса – отход сахарного производства, она содержит 48 – 50 % сахара. Для хорошего роста и развития гриба среда должна содержать минеральные соли: NH₄Cl, KH₂PO₄, ZnSO₄. В мелассе содержатся соли тяжелых металлов, угнетающие рост гриба и образование лимонной кислоты. Для осаждения этих солей к мелассе добавляют желтую кровяную соль K₄[Fe(CN)₆].

Процесс ферментации, ведущий к образованию лимонной кислоты, проводят при низких значениях рН (3 – 4), что облегчает поддержание стерильных условий ферментации и уменьшает возможность образования побочных продуктов. Предполагают, что в кислой среде стимулируется гликолиз, что обеспечивает направление потока углерода в цикл Кребса. В щелочной среде происходит накопление щавелевой и глюконовой кислот. В процессе ферментации можно выделить две фазы: 1) активного роста гриба и 2) интенсивного кислотообразования, рост мицелия в этот период становится незначительным.

На первой стадии идет рост мицелия, а на второй, после выхода культуры в стационарную фазу – интенсивный синтез лимонной кислоты. В конце ферментации массу мицелия отделяют путем фильтрования и промывают. Затем при рН 41 4243444546474849Следующая

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 8374 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник