Biosynteza witamin. B 2, B 12, A (karotenów), D 2

Transkrypt

1 Biosynteza witamin B 2, B 12, A (karotenów), D 2

2 Witamina B 2 ryboflawina 1. szczepy produkujące do 100 mg witaminy na 1L pożywki 2. szczepy produkujące od 500 do 1000 mg/1l 3. szczepy wytwarzające do 10 g/1l Do pierwszej grupy należą między innymi bakterie z rodzaju Clostridium, Pseudomonas i Azotobacter. Drugą grupę reprezentują głównie drożdże, na przykład Candida flareri, Trzecią - grzyby workowe Eremothecium ashbyii i Ashbya gossypii oraz mutant Bacillus subtilis.

3 Do drobnoustrojów syntetyzujących znaczące ilości ryboflawiny (mg/dm 3 ) należą Clostridium acetobutylicum 97 Escherichia coli 505 Candida flareri 567 Eremothecium ashbyii 2480 Ashbya gossipii 6420

4 Do produkcji witaminy B 2 od dawna używa się drożdży Saccharomyces cerevisiae które zawierają mg B 2 /g suchej substancji. Proces produkcji : Drożdże rozdrabnia się i poddaje autolizie w temp C, utrzymując ph w przedziale 6-6,5. Ekstrakcję witaminy prowadzi się alkoholem, a wyciąg alkoholowy zagęszcza do 60% s.s. W Japonii w 1985 r. doniesiono o użyciu S. cerevisiae do syntezy ryboflawiny na pożywce zawierającej octan wapnia. Po 250 godz. hodowli otrzymywano 5,8 g B 2 /dm 3 pożywki.

5 Przykład ulepszania zdolności produkcji szczepu drogą mutagenezy Do produkcji ryboflawiny z powodzeniem używa się drożdży Candida flareri (Candida famata). Według amerykańskiego patentu (1988) można otrzymać 21 g ryboflawiny/dm 3 pożywki po 200 godz. hodowli mutagenizowanych drożdży Candida flareri zdolnych do nadprodukcji witaminy B 2

6 Przykład optymalizacji składu podłoża hodowlanego Stwierdzono, że wykorzystanie węgla z tłuszczu kukurydzianego do biosyntezy ryboflawiny jest prawie dwukrotnie intensywniejsze od węgla z glukozy. Do pożywki dodaje się również tiaminę, biotynę, inozytol oraz mikroelementy. Duże znaczenie ma dodatek do pożywki glicyny.

7 Izolacja i oczyszczanie ryboflawiny Po zakończeniu hodowli płyn zakwasza się kwasem siarkowym do ph 4,5 i po zagęszczeniu suszy metodą walcową lub rozpryskową, uzyskując paszowy koncentrat witaminy B 2. W przypadku otrzymywania oczyszczonej witaminy z płynu pohodowlanego, stosuje się metody ekstrakcji, adsorbcji, frakcjonowanego strącania. We wszystkich tych metodach pierwszym etapem jest usunięcie pozostałości tłuszczu przy użyciu eteru, w którym ryboflawina jest nierozpuszczalna

8 Witamina B 12 kobalamina Wiele drobnoustrojów jest zdolnych do biosyntezy wewnątrzkomórkowej witaminy B 12, między innymi z rodzaju Aerobacter, Azotobacter, Bacillus, Clostridium, Propionibacteriun, Pseudomonas

9 Zastosowanie promieniowców do biosyntezy witaminy B 12 Szczególnie dużo witaminy B 12 - do 6 mg/dm 3 - syntetyzują drobnoustroje z gatunku Nocardia rugosa, N. gardneri, Streptomyces griseus, S. olivaceus. W skali przemysłowej można otrzymać witaminę B 12 z grzybni po produkcji antybiotyków, np. streptomycyny, gryzeiny.

10 Zastosowanie bakterii do biosyntezy witaminy B 12 Obecnie ekonomiczną i często stosowaną metodą otrzymywania witaminy B 12 w skali przemysłowej jest użycie bakterii z rodzaju Propionibacterium shermani i P.freudenreichii, które są zdolne do biosyntezy tej witaminy w ilości ponad 20 mg/dm 3 pożywki. Zaletą tych drobnoustrojów jest szybki wzrost w stosunkowo prostych podłożach z melasą jako źródłem węgla oraz wysoka wydajność w produkcji witaminy B 12 w podłożach z dodatkiem węglowodorów i alkoholi jako źródła węgla.

11 Optymalizacja szczepów drogą fuzji protoplastów W ostatnich latach, w wyniku fuzji komórek wyselekcjonowanego szczepu Rhodopseudomonas ze szczepem Protominobacter, uzyskano organizm zdolny do biosyntezy 135 mg/dm 3 witaminy B 12 w ciągu beztlenowej 2-7 dniowej hodowli na pożywce z glukozą

12 Optymalizacja składników podłoża W procesie biosyntezy witaminy B 12 bardzo ważny jest dodatek do pożywki soli kobaltowych, niezbędnych dla syntezy witaminy. Niemniej jednak stężenie kobaltu w pożywce przekraczające 50 p.p.m. hamuje biosyntezę witaminy. Również dodatek do pożywki betainy, choliny stymuluje syntezę witaminy. Przykładowo, podczas hodowli P. denitrificans dodatek betainy i choliny w ilości 5 mg/ml powodował krotny wzrost ilości witaminy B 12.

13 W hodowli niektórych drobnoustrojów stosuje się dodatek 5,5-dimetylobenzoimidazolu, który odgrywa znaczącą rolę w syntezie witaminy B 12 jako jeden z prekursorów tej witaminy.

14 Izolacja kobalaminy W procesie technologicznym izolacji witaminy B 12 hodowla szczepu produkcyjnego lub jego biomasa jest w pierwszym etapie gotowana w temperaturze C przez minut, a następnie komórki są rozbijane w celu uwolnienia witaminy. Związek ten i jego pochodne traktowane są cyjankiem potasu w celu włączenia do ich cząstek grupy CN~. Otrzymane w ten sposób tzw. cyjankobalaminy są dalej oczyszczane za pomocą chromatografii absorpcyjnej lub ekstrahowane roztworami fenolu i krezolu.

15 Biostnteza karotenów b-karoten a-karoten Karoteny są wytwarzane przez bakterie i grzyby. Szczególnie interesującym szczepem jest grzyb Blakeslea trispora który wydziela do pożywki barwnik karotenowy. W pewnych warunkach grzyb ten może syntetyzować do kilkudziesięciu miligramów b-karotenu w litrze pożywki hodowlanej.

16 Optymalizacja procesu biosyntezy karotenów (prekursorów witaminy A) Na pożywce zawierającej mieloną kukurydzę, mąkę z nasion bawełny, oleje roślinne, melasę owoców cytrusowych, tiaminę, oczyszczoną naftę, uzyskano około 1 grama b-karotenu, w przeliczeniu na dm 3 pożywki. Dodatek octanu, aminokwasów, a szczególnie b- jononu w ilości do 1,8 g/dm 3, znacznie intensyfikuje biosyntezę b-karotenu. Stwierdzono, że wspólna hodowla szczepów Blakeslea trispora, o zróżnicowanej płci, w porównaniu z hodowlą pojedynczego szczepu, umożliwia uzyskanie ponad 5-15-krotnego wzrostu biosyntezy b-karotenu

17 Biosynteza prowitaminy D 2 (ergosterolu) Komórki bakterii i promieniowców zawierają stosunkowo niewielkie ilości steroli (0,001 do 0,01% suchej masy). Znacznie większe ilości steroli stwierdza się w komórkach pleśni z rodzaju Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Cephalosporium (0,1-0,8 suchej masy). Potencjalnym źródłem steroli, w tym prowitaminy D 2, są jednak drożdże w rodzaju Candida i Saccharomyces zawierające ponad 2% ergosterolu w suchej masie.

18 Szczepami wykorzystywanymi do produkcji ergosterolu są Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces fragilis, Candida utilis i Candida tropicans. W zależności od wieku i warunków hodowli organizmy te gromadzą ergosterol w ilościach od 1 do 3% suchej masy.