Здавалка
Главная | Обратная связь

ТЕХНОЛОГИЯ АМИНОКИСЛОТ



 

В состав природных белков (в том числе микробных) входят 20 аминокислот, из которых десять не синтезируются в организме животных и человека и должны поступать с кормами и продуктами питания. К незаменимым аминокислотам относятся лейцин, изолейцин, фенилаланин, валин, метионин, триптофан, треонин, лизин, аргинин, гистидин.

В животноводстве сбалансированность кормов по аминокислотам определяет полноту использования их животными и, следовательно, затраты кормов на единицу продукции.

Добавка к рациону животных незначительных количеств (десятые доли процента) недостающих незаменимых аминокислот приводит к снижению расхода кормов более чем в 2 раза.

Помимо сельского хозяйства, крупным потребителем аминокислот является пищевая промышленность. Незаменимые аминокислоты применяют для обогащения пищевых продуктов. Суточная потребность человека в незаменимых аминокислотах составляет 0,5-2,2 г в зависимости от вида аминокислоты. Многие аминокислоты обладают оригинальным вкусом и являются компонентами сложных композиций, определяющих вкусовые особенности ряда пищевых продуктов. Цистеин и цистин в сочетании с глутаматом натрия используют для имитации запаха и вкуса мяса при создании новых видов пищи. Некоторые аминокислоты и их производные важны для диабетического питания. Например, производные аспарагиновой кислоты в 130 раз слаще сахарозы. Глутамат натрия широко используется как консервант и усилитель вкусовых качеств пищевых продуктов. Аминокислоты находят применение при производстве дезодорантов, антиокислителей жиров, пищевых красителей.

Все большее внимание уделяется использованию аминокислот и их производных в фармакологии в качестве лекарственных препаратов для профилактики и лечения различных заболеваний. В последние годы перечень аминокислот, применяемых в фармацевтических целях, значительно расширился (триптофан, глутаминовая кислота, треонин, аргинин, гистидин и др.). Большие перспективы связывают с производством полиаминокислот, на основе которых получают искусственные материалы, аналогичные по внешнему виду коже, шелку, шерсти. Специальная искусственная кожа из аминокислот легко и без вреда рассасывается в живом организме и используется при лечении ожогов, в хирургии. Для получения полимеров чаще всего применяют глутаминовую кислоту.

Масштабы производства аминокислот в мире оцениваются величиной около 600 тыс. т в год, в том числе глутаминовая кислота - 300 тыс. т, лизин - 100 тыс. т, метионин - более 150 тыс. т. Существуют следующие способы промышленного производства аминокислот:

- кислотный, щелочной или ферментативный гидролиз природных белков (белки микробной биомассы, белоксодержащие отходы переработки растений (например, соевый шрот), отходы мясной промышленности (кератиновое сырье), казеин молока и др.;

- химический синтез;

- микробиологический синтез;

- получение аминокислот методом биотрансформации предшественника (химико-энзиматический синтез).

Первый способ пригоден для получения кормовой смеси аминокислот из белоксодержащих отходов. Выделение индивидуальных аминокислот из белковых гидролизатов − весьма сложная и дорогостоящая операция. При щелочном и кислотном гидролизе белков некоторые из аминокислот в значительной степени разрушаются, а протеолитические ферменты не обеспечивают полный гидролиз пептидных связей.

Разработан и реализован в промышленных масштабах химический синтез ряда аминокислот: метионина, глутаминовой кислоты, лизина, триптофана, треонина, глицина и др. Метионин получают из акролеина (СН2=СН–СНО), глутамат натрия - из акрилонитрила (NС-СН=СН2), триптофан - из индола и нитроуксусного эфира, лизин - из циклогексанона.

В результате химического синтеза всегда образуются рацематы - равновесные смеси D- и L-форм аминокислоты. Биологически активны L-аминокислоты. Разделение D- и L-форм аминокислот - сложный и (или) дорогостоящий процесс. D-форма в готовом продукте представляет собой балласт, поскольку не усваивается организмом человека и животного, а у некоторых аминокислот она обладает токсичными свойствами. Исключение составляют глицин и метионин. Для первого не существует оптически активных изомеров, а D- и L-формы метионина усваиваются организмом человека и животных в равной степени.

В мировой практике около 60% всего объема производимых аминокислот получают микробиологическим синтезом. Главным преимуществом этого способа является то, что микроорганизмы образуют аминокислоты в биологически активной L-форме. Образование аминокислот в D-форме является редким исключением. Это обстоятельство в значительной степени упрощает выделение и очистку аминокислот и позволяет получать кормовые препараты с низкой себестоимостью.

В ближайшем будущем прямому микробиологическому синтезу составит конкуренцию метод биотрансформации, который обладает рядом преимуществ:

1) незначительное количество побочных продуктов в ферментационной среде, что упрощает стадию выделения и очистки целевого продукта;

2) высокая концентрация аминокислот в ферментационной среде;

3) отсутствие жестких требований по стерильности процесса и возможность осуществления его в непрерывном режиме.

Эти факторы обусловливают значительную экономию энергетических ресурсов, снижение себестоимости продукта при производстве чистых аминокислот и более высокий уровень экологической чистоты производства. В качестве примера промышленной реализации биотрансформационного метода можно привести производство L-аспарагиновой кислоты биотрансформацией фумарата аммония с применением аспартазы иммобилизованных клеток E. coli (фирма «Танабэ», Япония) или производство L-лизина из циклогексана (фирма «Торэй», Япония).

В отечественной практике наибольшее распространение получил метод прямого микробиологического синтеза аминокислот с использованием ауксотрофных мутантов, способных к сверхсинтезу целевой аминокислоты. Ауксотрофные мутанты получают путем воздействия различных мутагенов (рентгеновское излучение, химические агенты) на исходную культуру микроорганизма с последующей селекцией штамма по заданным признакам. У мутантов появляется дефектный ген, детерминирующий фермент, без которого не может осуществляться биосинтез определенной аминокислоты.

Получение ауксотрофных мутантов, способных к сверхсинтезу аминокислот, возможно только для микроорганизмов, имеющих разветвленный путь биосинтеза по крайней мере двух аминокислот, образующихся из одного предшественника. Их биосинтез контролируется на уровне первого фермента общего участка ингибированием конечными продуктами. У таких ауксотрофных мутантов избыток одной аминокислоты при дефиците другой не приводит к подавлению активности первого фермента. Аминокислота, биосинтез которой блокирован в результате мутагенного воздействия, должна присутствовать в исходной ферментационной среде в ограниченном количестве.

Технология микробиологического синтеза различных аминокислот имеет много общего. Среди кормовых препаратов аминокислот наибольшее распространение получили препараты на основе лизина.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.