2. Производство органических кислот
Среди органических кислот самая важная – уксусная. На рынок США ее ежегодно поступает около 1,4 млн.т. общей стоимостью до 500 млн. долл. В прошлом основную часть уксусной кислоты получали путем микробиологического окисления этанола, но сегодня, за исключением производства уксуса, этот процесс по экономическим соображениям не применяется.
Техническая уксусная кислота используется при выработке многих химических веществ, включая каучук, пластмассы, волокна и инсектициды. При обычном способе производства микробиологическая конверсия этанола в уксусную кислоту при участии штаммов Acetobakter и Cluconobakter идет в аэробных условиях и поэтому, строго говоря, не является процессом брожения. Уксус по праву считается важнейшим продуктом микробиологической промышленности.
В конце XIX в. началось промышленное производство молочной кислоты при участии молочнокислых бактерий Lactobacillus delbrueckii, L. leichmannii, L. bulgaricus. Это был один из первых процессов, где применялась частичная стерилизация среды нагреванием. Этот микроаэрофильный процесс осуществляется при высокой температуре (45-50 0С). в нем используют содержащее крахмал сырье, которое предварительно обрабатывают ферментами или подвергают кислотному гидролизу.
Lactobacillus bulgaricus активно сбраживает лактозу и может поэтому использовать молочную сыворотку в качестве субстрата. В других случаях конверсии подвергается сахароза.
Молочную кислоту используют в качестве добавки к безалкогольным напиткам, эссенциям, фруктовым сокам, джемам и сиропам, для декальцификации кож в дубильной промышленности, а также при производстве пластмасс. Соли молочной кислоты используются в медицине.
Производство лимонной кислоты методом ферментации также принадлежит к числу давних биотехнологических процессов: оно было налажено в 1893г. Его развитие шло в тесной связи с разработкой многих фундаментальных аспектов микробиологии. Вначале основные проблемы были связаны с микробным загрязнением. В поисках их решения было найдено, что процесс можно вести при очень низких рН, и это почти не сказывается на образовании кислоты грибами.
В промышленном производстве лимонной кислоты в основном используется Aspergillus niger, но применяется также и A. wentii.
Лимонную кислоту широко используют в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Эфиры лимонной кислоты применяются в производстве пластмасс. Поскольку лимонная кислота связывает металлы, ее используют для их очистки.
Схема получения некоторых органических кислот представлена на рисунке 5.
3. Производство аминокислот
Все аминокислоты, из которых состоят белки, являются L-α-аминокислотами. Они находят применение как пищевые добавки, приправы, усилители вкуса, как сырье в парфюмерной и фармацевтической промышленности и при производстве других веществ. Их можно получать как из природных продуктов (главным образом при гидролизе белков растений), так и путем химического, микробиологического или ферментативного синтеза.
Производство таких аминокислот, как L-глутамат, L-валин, DL-аланин, L-глутамин и L-пролин, при участии диких штаммов бактерий основано либо на использовании присущих этим бактериям особенностей метаболизма, либо на стимуляции образования аминокислот в ответ на изменение условий внешней среды. Образовывать аминокислоты способны бактерии многих родов (Corynebacterium, Brevibacterium, Bacillus, Aerobacter, Microbacterium, Escherichia), причем они настолько продуктивны, что производство становится рентабельным. Так, виды Corynebacterium или Brevibacterium, выращиваемые на углеводном сырье, на этаноле при наличии достаточного количества биотина в среде способны синтезировать до 30 г/л глутамата.
Рис. 5. Производство органических кислот из глюкозы
Применение аминокислот Аминокислоты находят применение во многих сферах:
Их используют в качестве пищевых добавок. Так, лизином, триптофаном и треонином обогащают растительные белки, а метионин включают в блюда из сои.
При выработке пищевых продуктов аминокислоты находят применение в поли усилителей вкуса и добавок. Благодаря выраженному мясному вкусу широко используется мононатриваевая соль глутаминовой кислоты. Глицин добавляют как подсластитель, бактериостатическое вещество и антиоксидант.
Аминокислоты применяются в медицине, а некоторые их аналоги используются для лечения психических заболеваний.
В химической и фармацевтической промышленности аминокислоты широко используются как предшественники в производстве детергентов, полиаминокислот (из них делают синтетические волокна и пленки), полиуретана и химикатов для сельского хозяйства.