Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
создает оптимальный фон для образования лимонной кислоты. Видимо, в этих
условиях стимулируется гликолиз и обеспечивается неограниченное
поступление углерода в реакции промежуточного метаболизма. Уровень
накопления цитрата зависит при этом от поступления оксалоацетата.
При недостатке марганца активность ферментов цикла три-карбоновых кислот
уменьшается, что в свою очередь подавляет анаболизм. Такое нарушение
обмена приводит к повышению концентрации аммонийных ионов внутри клеток,
и они могут смягчать ингибирующее влияние цитрата на фосфофруктокина-зу.
Кроме того, марганец, видимо, как-то влияет на биохимические свойства
поверхности клеток и морфологию гиф. Поскольку в процессе потребляется
много кислорода, возможно повторное окисление цитоплазматического NADH
без образования АТР. В нем участвует альтернативная, а не основная цепь
дыхательных реакций. В результате без сколько-нибудь выраженного
изменения обмена возникает метаболическая "утечка" (flux) через гликолиз.
Эта утечка, происходящая при участии конститутивной пируваткарбоксилазы и
некоторых ферментов цикла трикарбоновых кислот, а также необычная
кинетика действия ферментов, участвующих в метаболизме оксалоацетата,
приводят к увеличению внутриклеточной концентрации цитрата. Последний
способствует дальнейшему накоплению цитрата путем ингибирования
изоцитратдегидрогеназы.
В промышленном производстве лимонной кислоты применяется несколько
вариантов процесса. Традиционным твердофазным вариантом является процесс
Коджи; он имеет много общего с процессом поверхностной ферментации.
Глубинная ферментация с технической точки зрения сложнее, чем
поверхностная, но возможна в разных вариантах: периодическом с подпиткой
и непрерывном. Периодическая ферментация используется при работе с
глюкозосодержащими субстратами, а ее вариант с подпиткой чаще применяется
при переработке мелассы. Непрерывное культивирование, дающее наибольший
выход продукта, также возможно, но применение этого способа в
промышленности в обозримом будущем маловероятно. Для процесса характерно
два максимума скорости: роста и образования продукта. На первом этапе
образуется значительное количество продукта, зависящее от скорости роста.
На втором этапе рост отсутствует, а предельное количество образующегося
продукта определяется концентрацией биомассы. В конце ферментации массу
мицелия
Химия и технология
отделяют фильтрованием и промывают. Затем при рН<3,0 осаждают щавелевую
кислоту в форме оксалата кальция. Богатый белком мицелий можно
использовать на корм скоту. Лимонную кислоту осаждают из жидкой фазы в
форме кальциевой трехзамещенной соли в комплексе с четырьмя молекулами
воды. Осадок отфильтровывают, промывают и свободную кислоту получают
путем обработки сульфатом кальция. Далее ее очищают при помощи
активированного угля и ионообменных смол. Можно также экстрагировать
кислоту растворителем.
У лимонной кислоты приятный кислый вкус, она хорошо растворима в воде. Ее
широко используют в пищевой, фармацевтической и косметической
промышленности. Эфиры лимонной кислоты применяются в производстве
пластмасс. Поскольку лимонная кислота связывает (хелатирует) металлы, ее
используют для их очистки. В составе детергентов она легко разрушается
живыми организмами, и ею заменяют фосфаты.
4.2.3. Другие органические кислоты
Процессы, основанные на микробиологической ферментации, разработаны и для
получения ряда других органических кислот. Среди них - глюконовая кислота
и ее производные, яблочная, виннокаменная, салициловая, янтарная,
пировиноградная и кое-вая кислоты. Хотя некоторые из них и поступают на
рынок, в нынешних условиях в большинстве случаев такое производство
экономически невыгодно.
D-глюконовая кислота и ее б-лактон представляют собой простые продукты
окисления (дегидрогенизации) глюкозы (рис. 4.3). Еще в начале 20-х годов
было налажено промышленное производство этой кислоты из глюкозы при
участии Aspergillus niger. Нейтрализация кислоты позволяла получать
большой выход продукта. В погруженных культурах за 48 ч конверсия
субстрата составляла 90%. Исследования на полупромышленных установках
показали, что если ферментацию вести при повышенном давлении, то выход
кислоты за 24 ч составляет 95% от теоретического при использовании
раствора глюкозы с концентрацией 150-200 г/л. Процесс можно вести в
полунепрерывном режиме, заново используя мицелий (до девяти раз подряд).
Более того, концентрацию глюкозы можно довести до 350 г/л, если для
удаления кислоты использовать комплексообразование с соединениями бора и
получать боро-глюконат кальция. Однако для осуществления этого процесса
нужны особые, устойчивые штаммы. От него отказались после того, как было
выяснено, что эта соль неблагоприятно влияет на кровеносные сосуды
животных. Контроль за pH осуществляли путем добавления углекислого
кальция либо едкого натра.
142
Глава 4
снгон
j5h
он
D Гпюкоза
\ Ферментация
СН2ОН
