Биотехнология получения вторичных метаболитов: Получение антибиотиков

Биотехнология получения вторичных метаболитов

Биосинтез вторичных метаболитов фазоспецифичен и происходит по завершении стадии роста, в идиофазе, благодаря чему их ещё называют идиолитами. Среди вторичных метаболитов ведущее место по объему производства занимают антибиотики.

Антибиотики – самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. К антибиотикам относятся низкомолекулярные эффекторы изначально природного происхождения, способные подавлять рост живых клеток. Около 97 % известных антибиотиков токсичны, поэтому в практике не используются.

По типу действия антибиотики делят на бактерицидные, вызывающие гибель микроорганизмов и бактериостатические, нарушающие способность микроорганизмов делиться. По спектру действия различают антибиотики узкого и широкого действия.

Антибиотики широко используются для расшифровки механизмов биосинтеза белка, нуклеиновых кислот и структуры клеточных стенок бактерий.

Химические методы получения антибиотиков очень сложны и не могут конкурировать с их биосинтезом методами биотехнологии. Существует несколько способов получения как природных, так и полусинтетических антибиотиков:

1) ферментация микроорганизма-продуцента с подходящим предшественником, что индуцирует синтез антибиотиков в идиофазе;

2) использование для биосинтеза блокированных мутантов. У таких мутантов блокирован синтез нужного антибиотика. Используя низкую субстратную специфичность ферментов вторичного метаболизма и вводя аналоги предшественников антибиотика, их переводят в аналоги самого антибиотика. Этот процесс называется биосинтез, или мутасинтез:

а) предполагается последовательность реакций, ведущая к синтезу антибиотика

б) отсутствие синтеза антибиотика у «блокированного» мутанта

блокированное звено метаболизма

в) синтез модифицированного антибиотика после введения аналога предшественника – модифицированный антибиотик.

Антибиотики продуцируются плесневыми грибами, актинамицетами, эубактериями и другими микроорганизмами. Среди актиномицетов наибольший вклад вносит род Streptomyces.

Процесс культивирования идиолитов проходит две фазы (двухступенчатое культивирование). На первой фазе происходит накопление достаточного количества биомассы, которая выращивается на подходящей для роста микроорганизма среде. Эта фаза должна быть быстрой, а питательная среда дешёвой. На второй фазе осуществляется запуск и активный синтез антибиотика. На этой фазе ферментацию ведут на продуктивной среде. Образование антибиотиков регулируется условиями культивирования микроорганизмов. Поэтому оптимизация питательной среды является главным фактором в повышении выхода продукта

 

20.СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ. Спиртовым брожением называется процесс расщепления сахара микроорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа. С6Н12О6 - 2СН3СН2ОН+2СО2

Возбудителями спиртового брожения являются дрожи сахаромицеты, некоторые мицеальные грибы. Даже растения и грибы в анаэробных условиях способны накапливать этиловый спирт.Процесс проходит 2 стадии.

1. Окислительная - превращение глюкозы до пировиноградной кислоты (пируват) и отнятие двух пар водорода. С6Н12О6--2СН3СОСООН= “НАД (кофермент) Н2О

2. Далее пируват декарбоксилируется пируваткарбоксилазой при участии тиаминпирофрсфата до ацетальдегида, а затем ацетальдегид восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол при участии кофермента НАД.

Условия спиртового брожения На развитие дрожжей и ход брожения влияют: химический состав сбраживаемой среды, концентрация и кис-ть среды, содержание спирта, темпер, наличие посторонних м.о. Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов-сахарозу и мальтозу. Дрожжи не могут сбраживать крахмал, так как они не образуют амилолитических ферментов.

Наиболее благоприятная конц.сахара- от 10 до 15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30-35% сахара брожение прекращается. Норм. брожение протекает в кислой среде, при рН 4-5. В щелочной среде в результате брожения образуется глицерин. При темпер. 45-50оС брожение прекращается в результате гибели клеток дрожжей.

Технология производства пива включает следующие основные этапы:

1.Подработка солода — проращивание зёрен злаков. Замачивание приостанавливают при достижении влажности зерна 42— 45% при производстве сушка и очистка от ростков.

2.Затирание — солод размельчается и смешивается с горячей водой в соотношении 1:4.Смесь при этом приобретает сладковатый вкус.

3.Фильтрация затора — затор перекачивается в фильтр — чан, где происходит его разделение на неохмелённое сусло и дробину.

4.Кипячение сусла — сусло с добавлением хмеля, а также других ингредиентов, варится 1-2 часа.

5.Осветление сусла — сусло перекачивают в вихревую ванну для отделения нерастворимых остатков ячменя и хмеля.

6.Охлаждение и аэрация сусла — сусло перекачивается в бродильный резервуар.

7.Брожение — простейшие сахара, содержащиеся в сусле, при помощи дрожжей превращаются в спирт и углекислый газ.

8.Выдержка (дображивание) пива способствует окончательному формированию потребительских достоинств пива. Для дображивания молодое пиво перекачивают в герметично закрывающиеся металлические танки, внутренняя поверхность которых покрыта специальным пищевым лаком.

9.Фильтрация — пиво фильтруется от остатков дрожжей.10.Пастеризация — некоторые сорта пива подвергаются пастеризации — нагреванию до температуры порядка 68-72 °C, для увеличения срока хранения.

 

21. Основные стадии производства виногр. вин: 1) –– получение виноградного сусла;2)— брожение сусла;3)— обработка и выдержка вин.

Существует две основные технологические схемы переработки винограда на сусло:

1) по белому способу — с быстрым отделением сусла от мезги и последующим сбраживанием сусла;

2) по красному — с брожением мезги;

3) допускаются различные виды экстрагирования мезги.

По белому способу перерабатывают виноград как белых, так и окрашенных сортов целыми гроздьями или с предварительным дроблением ягод. Технология переработки винограда по бел. способу предусматривает ряд приемов, которые исключают переход в сусло экстрактивных и красящих веществ кожицы, ухудшающей качество белых вин. По этому способу получают белые натуральные вина, шампанские, коньячные и хересные виноматериалы.

Виноград перерабатывают в течение 4 часов после его сбора, не позднее. Виноград дробят на дробилках, в результате получают мезгу: смесь кожицы, семян, мякоти и сока (суспензия). От мезги самопроизвольно отделяется сусло — самотек — самая ценная фракция, из которой получают высококачественные вина. Для выделения оставшегося сусла мезгу прессуют на механических прессах. Получают сусло I, II, III фракции давления. Сусло I давления полностью или частично идет на производство марочных вин, сусло II и III давления — на получение всех остальных типов вин. Полученное сусло осветляют путем отстаивания с целью удаления взвешенных частиц. В процессе отстаивания сусло обрабатывают диоксидом серы или сернистой кислотой для предотвращения окислительных процессов и развития посторонних микроорганизмов. Осветленное сусло направляют на брожение. Сбраживание осуществляется чистой культурой винных дрожжей при температуре 14—18°С, но не выше 22°С. В результате получают молодое вино.

По красному способу готовят красные натуральные вина (портвейн, мадера, марсала), все наименования десертных вин, некоторые марки розовых и желтых вин. Полученное по белому и по красному способу молодое вино направляется на выдержу. В процессе выдержки формируются вкус и букет, характерный для вина данного типа, выпадают в осадок нестойкие соединения и микроорганизмы. Вино осветляется, т. е. «снимается с дрожжей». Для выдержки или созревания используют деревянные бочки, крупные металлические резервуары (с аэрацией для удаления углекислого газа, растворенного в вине), бутылки.

При выдержке в деревянных бочках происходит газообмен между вином и воздухом, а также экстракция вином из древесины фенольных и ароматических веществ. Это способствует созреванию молодых виноматериалов. Выдержка в крупных резервуарах протекает без доступа кислорода воздуха.

В процессе выдержки проводят переливку и доливку. Цель переливки — отделение осветленного виноматериала и насыщение его кислородом воздуха. Доливка необходима для того, чтобы исключить образования над вином свободного воздушного пространства. Доливку проводят при выдержке в деревянной таре, где происходит уменьшение объема вина за счет испарения через поры древесины. Крепкие вина доливают 1—2 раза в год, десертные— 1 раз в месяц, натуральные — не реже 1 раза в неделю. Переливку осуществляют до 4 раз в год в зависимости от типа вина — в процессе созревания вина в емкостях оно приобретает прозрачность, более тонкий вкус и букет (аромат).

В бутылках проводят выдержку коллекционных вин, где происходит старение без доступа воздуха. При этом улучшается вкус и образуется особый букет вина. Стареет вино в энотеке. Для придания винам стабильности и прозрачности их подвергают различным видам обработки: физическим, физико-химическим, химическим, биохимическим. К физическим способам относятся центрифугирование, фильтрация, термическая обработка.