Биотехнология витаминов
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Декабря 2013 в 10:19, курсовая работа
Краткое описание
Биологические технологии (биотехнологии) обеспечивают управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности. Эти технологии базируются на использовании каталитического потенциала различных биологических агентов и систем – микроорганизмов, вирусов, растительных и животных клеток и тканей, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток. В настоящее время разработка и освоение биотехнологии занимают важное место в деятельности практически всех стран.
Содержание
Прикрепленные файлы: 1 файл
Курсовая по битехе.doc
Аскорбиновую кислоту используют как антиоксидант в здравоохранении и пищевой промышленности.
Витамин D — это группа родственных соединений, в основе которых находится эргостерин, который обнаружен в клеточных мембранах эукариот. Поэтому, например, пекарские или пивные дрожжи применяют для получения зргостерина, как провитамина, обладающего антирахитическим действием. Содержание эргостерина в дрожжевых клетках колеблется в пределах 0,2-11%.
При недостатке в организме гормона 1,25-дигидроксихолекальциферол а, предшественником которого является витамин D2 у детей развивается рахит (аналог рахита у взрослых — остеомаляция).
Трансформация эргостерина в витамин D2 (кальциферол) происходит под влиянием ультрафиолетового облучения. При этом разрывается связь в кольце (позиции 9,10) и образуется двойная связь в боковой цепочке (позиции 22, 23). Эта последняя гидрирована в витамине D3 (холекальциферол). Физиологическая активность обоих витаминов (D2 и D3) равноценна.
Кроме дрожжей продуцентами эрогостерина могут быть мицелиальные грибы — аспергиллы и пенициллы, в которых содержится 1,2-2,2% эргостерина. Замечено, что полиеновые антибиотики, действующие на клеточную мембрану дрожжей, заметно стимулируют их содержание в биомассе.
Получение эргостерина в производственных условиях можно подразделить на следующие этапы: размножения исходной культуры и накопление инокулюма, ферментация, сепарирование клеток, облучение клеток ультрафиолетовыми лучами, высушивание и упаковка целевого продукта.
Так, применительно к дрожжам, инокулюм получают на средах, обеспечивающих полноценное развитие клеток, после чего основную среду с ацетатом (активатором биосинтеза стеринов), обогащенную источником углерода и содержащую пониженное количество азота (высокое значение C/N), засевают сравнительно большим объемом инокулята. Культивирование дрожжей (ферментацию) проводят при температуре, близкой к максимальной для конкретного штамма, и выраженной аэрации (2% О2 в газовой фазе). Спустя 3-4 суток, в зависимости от ростовых характеристик и биосинтетической активности культуры, клетки сепарируют и подвергают вакуум-высушиванию. Затем сухие дрожжи облучают ультрафиолетовыми лучами — УФЛ (длина волны 280-300 нм) в течение оптимального по продолжительности времени, при требуемой температуре и с учетом примесных веществ. Эти контролируемые показатели, установленные опытным путем, указываются в регламентной документации. Облучение дрожжей можно проводить до сепарирования клеток в тонком слое 5% суспензии, учитывая малую проникающую способность УФЛ.
Облученные сухие дрожжи применяют в животноводстве; в промышленности их выпускают под названием «кормовые гидролизные дрожжи, обогащенные витамином D2». В таком препарате содержится не менее 46% сырого белка, незаменимые аминокислоты (лизин, метионин, триптофан) и 5000 ME витамина D2 /г.
В случае получения кристаллического витамина D2 клетки продуцента гидролизуют соляной кислотой при 110?С, затем температуру снижают до 75-78?С и добавляют этанол. Смесь фильтруют при 10-15?С, оставшуюся после фильтрации массу промывают водой, высушивают, измельчают, нагревают до 78?С и дважды обрабатывают тройным объемом этанола. Спиртовые экстракты объединяют и упаривают до 70%-го содержания сухих веществ. Полученный «липидный концентрат» обрабатывают раствором едкого натра. Эргостерин кристаллизуется из неомыленнной фракции концентрата при 0?С. Его очищают повторной перекристаллизацией. Кристаллы высушивают, растворяют в серном эфире, облучают УФЛ, эфир отгоняют, раствор витамина D2 концентрируют и кристаллизуют. «Кислотный фильтрат» обычно упаривают до 50%-го содержания сухих веществ и применяют как концентрат витаминов. Производят также масляный концентрат витамина D2.
Рибофлавин, или витамин В2 — содержится в клетках различных микроорганизмов, будучи коферментом в составе флавопро-теинов (прежде всего — соответствующих ферментов из класса оксидоредуктаз — ФМН, ФАД). Поэтому в качестве продуцентов рибофлавина (флавопротеинов) могут быть бактерии, дрожжи и нитчатые грибы. Однако наиболее заманчивыми являются те штаммы, которые образуют на жидких средах 0,5 г и более рибофлавина в 1 л среды. К подобным организмам относятся Ashbyii gossypii, Eremothecium ashbyii и Candida guilliermondii. Учитывая изменчивость активных продуцентов названных видов по способности синтезировать витамин В2, необходим систематический отбор культур в процессе их эксплуатации на производстве. Обычно активные продуценты первых двух видов формируют яркооранжевые колонии на агаризованных средах. Методами генной инженерии удалось получить штамм сенной палочки, образующий около 6 г рибофлавина в 1 л среды, включающей мелассу, белково-витаминный концентрат и его гидролизат.
Высокий выход рибофлавина у Е.ashbyii коррелирует с азотом пуринов и другими азотистыми источниками, содержание которых должно быть достаточным. В качестве источников углерода применяют глюкозу или сахарозу, практикуют использование дрожжевого и кукурузного экстрактов, соевой муки, масла (жира). Жидкие питательные среды для получения инокулюма и для основной ферментации могут несколько различаться между собой. Например, для получения посевного материала известна среда, содержащая сахарозу, пептон, кукурузный экстракт, калия дигидрофосфат, магния сульфат, подсолнечное масло, время выращивания продуцента на этой среде — 2 суток при 27-30?С (в зависимости от штамма). Ферментационная среда обычно включает кукурузную и соевую муку, сахарозу, кукурузный экстракт, калия дигидрофосфат, кальция карбонат, натрия хлорид и ненасыщенный жир.
Обычно ферментацию проводят в течение 5 суток при рН 5,5- 7,7. После использования сахарозы (примерно через 30 часов) начинает заметно накапливаться витамин В2, вначале — в мицелии, а затем — в культуральной жидкости. Всю биомассу можно подвергнуть высушиванию и полученный сухой продукт с остаточной влажностью 8%, содержащий 1,5-2,5% рибофлавина, 20% белка, тиамин, никотиновую кислоту, пиридоксин, цианкобаламин, микроэлементы и другие вещества, рекомендуют для кормления животных.
В случае высоких выходных показателей по рибофлавину, витамин можно выделять в индивидуальном состоянии и, наряду с синтетическим рибофлавином, использовать в медицине.
Источник
Презентация «Производство витаминов методами биотехнологии» – проект, доклад
Презентацию на тему «Производство витаминов методами биотехнологии» можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет проекта: Разные. Красочные слайды и иллюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать доклад — нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 14 слайд(ов).
Слайды презентации
Производство витаминов методами биотехнологии
Подготовила: Спирина А.А. 544 гр.
Витамины (от лат. vita – жизнь + амины) – низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, абсолютно необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. Витамины являются незаменимыми пищевыми веществами, т.к. за исключением никотиновой кислоты они не синтезируются организмом человека и поступают главным образом в составе продуктов питания.
Роль витаминов в организме 1. Участие в обменных процессах 2. Входят в состав сложных ферментных систем. 3. Способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. 4. Поддерживают иммунные реакции организма. 5. Смягчают или устраняют неблагоприятное действие на организм человека многих лекарственных препаратов. 6. Оказывают влияние на состояние отдельных органов и тканей, а также на важнейшие функции: рост, продолжение рода, интеллектуальные и физические возможности, защитные функции организма. Длительный недостаток витаминов ведет сначала к снижению трудоспособности, затем к ухудшению здоровья, а в самых крайних, тяжелых случаях это может закончиться смертью.
Содержание витаминов в пищевых продуктах
Получение витаминов в биотехнологии
Биотехнологическим путем получают некоторые витамины. Наибольшее значение имеет биотехнологическое производство витаминов В2, В12 и С, а также в-каротина (провитамина А). Для их получения используют различные бактерии, дрожжевые и плесневые грибы. В зависимости от вида микроорганизма и витамина питательной средой могут служить кукурузно-соевая мука, растительные масла, керосин, метанол, глюкоза, сахароза.
Витамин В2(рибофлавин) — азотистое основание: 6,7-диметилизоаллоксазин, соединенное с остатком спирта D-рибита. Рибофлавин содержится в клетках различных микроорганизмов, будучи коферментом в составе флавопротеинов. Посевной материал — споры Eremothicum ashbyii, выращенные на пшене. Культивирование продуцентов рибофлавина проводят при 28 – 30 °С в течение 72 ч. Через каждые 8 ч по мере осуществления процесса ферментации отбирают пробы для контроля за развитием микробных клеток, составом среды и накоплением целевого продукта. Полученная культуральная жидкость по окончании ферментации содержит 1,4 мг/мл рибофлавина. В целях стабилизации витамина в процессе высушивания культуральная жидкость подкисляется соляной кислотой до рН 4.5 – 5, после чего она концентрируется в вакуум-выпарной установке, производят дополнительную очистку на ионообменной установке; элюат выпаривают и полученный концентрат рибофлавина высушивают на распылительной сушилке.
Получение витамина В2
Витамин В12 (цианкобаламин) представлен группой биологически активных веществ, содержащих в своем составе трехвалентный кобальт, аминные и цианистые группировки, которые могут быть замещены другими радикалами: – ОН-, Cl-, Br-. Цианкобаламин получают только микробиологическим синтезом. Его продуцентами являются мутанты Propionоbacterium shermani М-82 и Pseudomonas denitrificans М-2436 продуцируют на жидкой среде до 58 – 59 мг/л цианкобаламина. Витамин В12 получают путем культивирования Propionobacterium в анаэробных условиях. Питательная среда содержит: глюкозу, кукурузный экстракт, соли кобальта, сульфат аммония. рН питательной среды около 7,0, что достигается добавлением гидроксида аммония. Длительность ферментации – 6 суток. Спустя 72 ч после начала культивирования в ферментер вносят 5,6-диметилбензимидозол (ДМБ) – предшественник витамина В12, в качестве затравки. Цианкобаламин накапливается в клетках бактерий, поэтому биомассу отделяют от культуральной жидкости методом сепарации. Витамин В12 экстрагируют из биомассы водой, подкисленной до рН 4,5 – 5 при температуре 85-90°C. Очистка – экстракция органическими растворителями. В итоге — кристаллы витамина В12, их отфильтровывают на холоде, промывают в ацетоне и сушат в экстракторе.
Получение витамина В12
Витамин С – группа соединений – производных L-(+)-гулоновой кислоты. Основные способы получения — выделение из растительного сырья, химический синтез из Д-глюкозы через Д-сорбит, биотехнологический способ (представляет собой комбинированный химико-ферментативный процесс). Ферментацию Gluconobacter oxydans проводят на средах, содержащих сорбит (20 %), кукурузный или дрожжевой экстракт, при интенсивной аэрации (8 – 10 г О2/л/ч). Выход L-сорбозы может достичь 98 % за 1 – 2 суток. При достижении культурой лаг-фазы можно дополнительно внести в среду сорбит, доводя его концентрацию до 25 %. Ферментацию бактерий проводят в периодическом или непрерывном режиме. Принципиально доказана возможность получения L-сорбозы из сорбита с помощью иммобилизованных клеток в полиакриламидном геле.
Биосинтез витамина С
Витамин D(кальцеферол) – группа родственных соединений, обладающих антирахитичным действием, в основе которых находится эргостерин, обнаруженный в клеточных мембранах эукариот. Продуцент — дрожжи или мицеллиальные грибы, которые подвергают гидролизу раствором соляной кислоты, гидролизат обрабатывают спиртом при 75 – 78 °C и фильтруют. Фильтрат упаривают. Используют осадок, содержащий витамин D, его промывают, размельчают, дважды обрабатывают спиртом, спиртовые экстракты объединяют и сгущают, полученный «липидный концентрат» подвергают омылению гидроксидом натрия. Эргостерин содержится в неомыленной фракции и выпадает в осадок при температуре – 0 °C;его растворяют в спирте или бензоле с целью очистки. Выпавшие кристаллы сушат в эфире. Чистый препарат эргостерина облучают ультрафиолетовым светом для получения витамина D, эфир отгоняют, раствор витамина D концентрируют и кристаллизуют.
Получение витамина D
Витамин Н (биотин) – кофактор не менее десяти ферментов, ведущих в клетке синтез многих жизненно необходимых веществ. На питательной среде выращивают грибы рода Rhizopus – продуцент биотина. Биомассу гриба отфильтровывают, а к культуральной жидкости, в которую ризопус выделяет большое количество биотина, добавляют метилотрофные дрожжи, которые за короткое время поглощают почти весь имеющийся в среде витамин. Смесь биомассы ризопуса и дрожжей, богатая биотином, и есть биотиновый препарат. Rhizopus delemar образует около 1 мг биотина на 1 л среды и большую его часть выделяет наружу.
Получение витамина Н (В7)
Каротиноиды — это изопреноидные соединения, синтезирующиеся многими пигментными микроорганизмами из рода Aleuria, Blakeslea, Corynebacterium, Flexibacter, Fusarium, Halobacterium, Phycomyces, Pseudomonas, Rhodotorula, Sarcina, Sporobolomyces и др. Из одной молекулы В-каротина при гидролизе образуются две молекулы витамина A. В качестве продуцентов каротиноидов можно использовать бактерии, дрожжи, мицелиальные грибы. Более часто применяют зигомицеты Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta. Вначале штаммы выращивают раздельно, а затем — совместно при 26 С и усиленной аэрации с последующим переносом в основной ферментатор. Длительность ферментации — 6-7 дней. Каротиноиды извлекают ацетоном, переводят в неполярный растворитель. В случаях извлечения белково-каротиноидных комплексов, применяют поверхностно-активные вещества в концентрации 1-2%. В целях очистки можно прибегать к методам хроматографии или к смене растворителей. Витамин A из В-каротина сравнительно легко можно получить при гидролизе.
Биосинтез витамина А
Традиционные способы получения витаминов основаны либо на переработке больших количеств ценного сырья, либо (в редком случае) на химическом синтезе, следовательно, витаминная промышленность нуждается в более эффективных технологиях, и такие технологии успешно создаются. С помощью лишь генетических манипуляций (воздействием на регуляцию метаболизма) были получены штаммы микроорганизмов, которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов, чем необходимо для их роста.
Источник