Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
добавление растворителя в меньшем количестве, чем требуется для осаждения
полимера. После удаления твердых: компонентов фильтрованием при 100 °С
добавляют еще одну порцию растворителя для осаждения полисахарида. Можна
также высушивать отфильтрованную культуральную жидкость, распылением,
осаждать полимер путем добавления поливалентных катионов или с помощью
четвертичных аммониевых соединений (цетилтриметиламмонийхлорида) в
сочетании с метанолом. Последний метод используется нечасто.
Недостатки, присущие культивированию в ферментерах, для1 которого
характерны постоянные изменения концентрации питательных веществ,
микроорганизмов и синтезируемых продуктов, можно устранить, применяя
непрерывные культуры. Исходно такие культуры использовались при изучении
физиологии синтеза полисахаридов, однако они оказались весьма
перспективными для получения стабильно высокой продуктивности. Рост
микроорганизмов можно регулировать с помощью только одного лимитирующего
компонента и непрерывно контролировать остальные параметры. Таким образом
можна изучать влияние разных лимитирующих питательных веществ; и разных
скоростей роста при постоянных прочих условиях среды (например,
регулировать количество растворенного кислорода путем изменения скорости
вращения мешалки и интенсивности аэрации). У некоторых микроорганизмов,
например у Xanthomonas campestris и Azotobacter vinelandii, скорость
образования полисахарида зависит от разведения, причем при-более низком
разведении наблюдается увеличение выхода полимера. У других организмов
синтез не зависит от разведения. В случае непрерывных культур возникает
проблема стабиль
Материалы и биотехнология
221
ности штаммов, т. е. появления вариантов, не образующих полисахарид. Все
здесь определяется природой используемого-организма и условиями его
культивирования. Так, Xanthomo-nas juglandis, специфичный по отношению к
хозяину вариант X. campestris, в культурах с ограниченным содержанием
азота не меняется на протяжении более чем 900-часового непрерывного
синтеза полисахарида; при этом наблюдается высокий выход полимера.
Параметром, способствующим возникновению мутантов с измененной
способностью к синтезу полисахаридов иногда служит ограничение по
углероду в непрерывных культурах. Ферментацию с образованием
полисахаридов удается контролировать многими способами, но постоянного
выхода продукта можно достичь путем регуляции вязкости культуры.. Однако
при культивировании в ферментерах с перегородками иногда образуются
области с повышенной вязкостью из-за пристеночного роста или накопления
полисахарида в других участках. При таких неоднородных условиях роста
контроль за вязкостью среды осуществлять не удается.
К нерешенным биоинженерным проблемам относятся: большой расход энергии на
перемешивание вязких сред, недостаток кислорода из-за неидеального
перемешивания и необходимость постоянной обработки культуральной среды,
включающей удаление клеток и использование больших количеств
растворителей для осаждения. В связи с низкой концентрацией продукта
(часто ниже 5%, вес/объем) требуются большие ферментеры (50-200 м3). Для
оценки реологических характеристик культуральных сред проводят
исследования на опытных установках. Полученные данные используют для
изменения конструкции ферментеров и мешалок с целью увеличения их
эффективности при работе с псевдопластичными культуральными средами.
Проблемы последующей обработки конечного продукта при синтезе
полисахаридов связаны прежде всего с удалением микроорганизмов, что
крайне важно, если этот продукт применяется в пищевой промышленности. Для
разрушения бактерий используют литические и протеолитические ферменты,
что в свою очередь приводит к дальнейшему загрязнению среды" поскольку
при этом добавляется потенциальный субстрат для роста микробов. При
удалении бактериальных остатков фильтрованием применяют обработку
полимера протеолитическими ферментами при щелочном pH с последующим
добавлением-кремниевого адсорбента. Во избежание деградации полимера при
щелочном pH можно при необходимости подкислять среду. Для осветления
растворов полисахаридов их пропускают через иммобилизованные
эндоглюканазы, что приводит к незначительному уменьшению вязкости
вследствие гидролиза глико-зидных связей.
:222
Глава 5
В настоящее время осуществляется промышленное производство ряда микробных
полисахаридов [декстран, ксантан, неплановая смола, занфло (Zanflo) и
политран (Polytran)]. Получение многих других находится на стадии
разработки. В следующем разделе описаны основные свойства полисахаридов
микробного происхождения и перспективы их применения.
5.4.4. Микробные полисахариды:
свойства, применение и коммерческая ценность
Ксантан [келтрол (Keltrol), келзан (Kelzan), Родогель
(Rhodogel) ]
Ксантан синтезируется Xanthomonas campestris при росте на глюкозе,
сахарозе, крахмале, кукурузной декстрозе и барде. В качестве источников
углерода могут использоваться промышленные отходы, например сыворотка,
