Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Для промышленного получения триптофана разработаны технологии на основе использования ауксотрофных мутантов
Схема 2. Синтез триптофана, фенилаланина и тирозина
бактерии Bacillus sibtilis с нарушенным синтезом фенилаланина и тирозина. Все технологические процессы организованы примерно по такой же схеме, как и получение лизина с помощью мутантов коринебактерий. Ферментация длится 48 ч при 37° С, концентрация триптофана в культуральной жидкости достигает 10 г/л. После отделения культуральной жидкости от клеток бактерий она упаривается и высушивается при 110—120° С. Высушенный продукт называют кормовым концентратом триптофана (ККТ).
При получении высококонцентрированных препаратов триптофана культуральную жидкость подвергают дополнительной очистке. Вначале ее подкисляют соляной кислотой до pH 1,0 и затем центрифугированием отделяют образовавшийся осадок. Далее центрифугат, содержащий триптофан, пропускают через ионо-обменные колонки с катионитом, в результате происходит связывание аминокислоты и, таким образом, отделение ее от культуральной жидкости. После промывки колонок производят десорбцию триптофана 5%-ным раствором аммиака в смеси изопропанола и воды. Элюат направляют на вакуумный выпа-риватель, после чего кристаллизуют аминокислоту при 4—8° С. Выделенную в кристаллическом виде соль триптофана промывают этанолом и высушивают под вакуумом при 60° С. Высушенный кристаллический препарат содержит не менее 99% триптофана в виде его хлорида. Осадок после отделения культуральной жидкости, содержащий клетки культуры бактерий, также высушивают и используют как высокобелковую кормовую добавку, содержащую, кроме того, повышенное количество триптофана.
Синтез триптофана в нашей стране производится преимущественно по двухступенчатой схеме. Вначале методом химического синтеза получают предшественник триптофана — антра-ниловую кислоту, которую затем с участием ферментов мик-
робного происхождения Биохимическое превращение фан проходит в три этапа:
превращают в триптофан, антраниловой кислоты в трипто-
соон ФРПФ
нон он
fjp-Lr ноояп?
®о?"И
н н н
антраниловая кислота
ОН
Г4-(5’-фосфорибозил)~ антраниловая кислота
индол-3-
гпицеро-
фосфат
На первом этапе из антраниловой кислоты с участием фос-форибозилпирофосфата (ФРПФ) образуется аминоглико-зиД—Ы-(5'-фосфорибозил) антраниловая кислота, которая в результате внутримолекулярной перегруппировки и декарбоксили-рования превращается в индол-3-глицерофосфат. На последнем этапе под действием фермента триптофансинтетазы из ин-дол-3-глицерофосфата и аминокислоты серина образуется триптофан. В связи с тем, что в качестве активной группы у фермента триптофансинтетазы служит пиридоксальфосфат, от наличия в среде этого кофермента зависит скорость превращения антраниловой кислоты в триптофан. В качестве источника ферментов для указанных реакций используются дрожжи С. utilis.
Производственный процесс биохимического превращения антраниловой кислоты в триптофан проводится в две стадии. На первой стадии производится наращивание биомассы дрожжей, являющихся продуцентами ферментов. Питательная среда для выращивания дрожжей готовится из свекловичной мелассы, мочевины и минеральных солей. Ферментация продолжается в течение 24 ч при 30° С. Далее в ферментер начинают вводить спиртовой 5%-ный раствор антраниловой кислоты и 50%-ный раствор мочевины. Через 3—4 ч после добавления антраниловой кислоты в ферментер дополнительно подается углеродный субстрат— меласса в виде 25%-ного раствора. На последующих этапах ферментации периодически производится подача антраниловой кислоты и мочевины через каждые 6 ч и раствора мелассы — через каждые 12 ч. Длительность ферментации около 120 ч, а с учетом времени наращивания биомассы дрожжей— 144 ч. Содержание триптофана в культуральной среде составляет 0,3—0,5% или примерно 6 г/л. После упаривания и сушки получают кормовой концентрат триптофана (ККТ), содержащий 90% сухого вещества, 48—54% белков, 1—3% триптофана, 1,5—1,9 мг% витамина В,, 2,5—3,3 мг% витамина В2, 62—68 мг% витамина PP.
Для получения высококонцентрированных препаратов триптофан выделяют из культуральной жидкости и очищают по методике, указанной выше (см. с. 289).
5.3. ПРОИЗВОДСТВО КОРМОВЫХ ВИТАМИННЫХ ПРЕПАРАТОВ
Важным фактором повышения питательной ценности кормов сельскохозяйственных животных является наличие в них витаминов—биологически активных веществ разного химического строения и необходимых для поддержания жизнедеятель-
ности организмов. Биологическая активность витаминов определяется тем, что они в качестве активных групп входят в состав каталитических центров ферментов. При недостатке этих веществ понижается активность соответствующих ферментов и, как следствие, ослабляются или полностью прекращаются биохимические процессы, происходящие с участием данных ферментов. Последнее является причиной ряда серьезных заболеваний, вызванных недостатком витаминов.
Как установлено, организмы человека и животных не способны к синтезу витаминов, тогда как растения при нормальных условиях развития полностью обеспечивают себя необходимыми витаминами (за исключением витамина В12). Микроорганизмы также синтезируют большинство необходимых им витаминов. Исходя из этого видно, что продукты растительного и микробного происхождения представляют собой незаменимый источник витаминов как для животных, так и для человека.
