Лекции 7.

Получение аминокислот.

Аминокислоты используют во многих отраслях промышленности, с/х, медицине и быту. В наибольших количествах в мире вырабатывается L-глутаминовая кислота, L-лизин, DL-метионин, L-аспарагиновая кислота, глицин.

Основными способами получения АК являются следующие: экстракция из белковых гидролизатов растительного или животного сырья (это наиболее старый способ, основным недостатком кот-го являются нерациональное использование сырья), химический синтез – достаточно эффективен, позволяет получить соединения любой структуры и организовать непрерывное производство при высокой автоматизации, используется непищевое сырье, однако процесс многостадийный и требует сложной аппаратуры; микробиологический синтез растущими клетками, при использовании иммобилизованных микробных клеток или ферментов, выделенных их м-в. Микробиологический синтез АК более эффективен, чем химический.

Способность к синтезу аминокислот среди м-в широко распространена, несмотря на это продуцентов, обеспечивающих экономически выгодные выходы этих продуктов, не так много. Наиболее использующиеся продуценты аминокислот – грамположительные бесспоровые бактерии, относимые к родам Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter, Brevibacterium.

Технология получения аминокислот базируется на принципах ферментации продуцентов и выделении вторичных метаболитов, т.е размножают маточную культуру вначале на агаризованной среде в пробирках, затем – на жидкой среде в колбах, инокуляторах и посевных аппаратах, а затем в головных (основных) ферментаторах. Затем обрабатывают культуральную жидкость и выделяют аминокислоту. Изолированные чистые кристаллы целевого продукта обычно высушивают под вакуумом и упаковывают.

Если аминокислота предусмотрена в качестве добавки к кормам, то процесс включает следующие стадии: ферментацию, стабилизацию аминокислоты в культуральной жидкости перед упариванием, вакуум-упаривание, стандартизацию упаренного раствора при добавлении наполнителя, высушивание и упаковку готового продукта, в котором должно содержаться не более 10 % основного вещества. В промышленности изготавливают сухой кормовой и жидкий кормовой концентраты лизина наряду с кристаллическим лизином. Если концентрат содержат 70-80 % сухих веществ, то он достаточно устойчив против микробной порчи за счет повышенной осмотической концентрации ингредиентов.

Аминокислоты в промышленном масштабе получают химическим (гидролиз белков и синтез из низкомолекулярных соединений) и микробиологическим способами.

Промышленное производство аминокислот

Аминокислоты	Производство, т/год	Код технологии	Применение
L-аланин	130	1, 3с	Пищевое производство
DL-аланин	700	2	Пищевое производство
L-аргинин	1000	1, 3а	Косметика
L-аспарагин	50	1,2	Медицина
L-аспартат	4000	1, 3с	Пищевое производство
L-валин	150	3a, 3c	Пищевое производство
L-гистидин	200	3а	Медицина
Глицин	6000	2	Органический синтез
L-глутамат	370000	3а	Пищевое производство
L-глутамин	500	3а	Медицина
L-изолейцин	150	3а	Пищевое производство
L-лейцин	150	1, 3а	Пищевое производство
L-лизин	70000	3а, 3с	Пищевое производство
DL-метионин	70000	2	Пищевое производство
L-метионин	150	3с	Медицина
L-орнитин	50	3а, 3с	Медицина
L-пролин	100	3а	—
L-серин	50	3а, 3b	Косметология
L-тирозин	100	1, 3c	Пищевое производство, органический синтез
L-треонин	160	3a	Пищевое производство
L-триптофан	200	3a, 3c	Пищевое производство, медицина
L-фенилаланин	3000	3а, 3с	Медицина, органический синтез, пищевые добавки
L-цистеин	700	1	Пищевое производство

Примечание. Коды технологии: 1 — гидролиз белков,  2 — химический синтез, 3 — микробиологический синтез  (a — прямая ферментация, b — микробиологическая трансформация предшественников, c — использование ферментов и иммобилизованных клеток).

Существующие способы получения аминокислот методами биотехнологии можно объединить в три основные группы:

• способы ферментативного расщепления смеси D,L-аминокислот и их производных на оптически активные изомеры;

• способы энзиматического синтеза оптически активных аминокислот из предшественников;

• способы микробиологического (ферментативного) синтеза оптически активных аминокислот.

Ферментативное расщепление рацематов

Обычно для выделения L-аминокислоты из полученной химическим синтезом смеси D- и L-форм получают производные аминокислот, которые затем подвергают обработке тем или иным ферментом или смесью ферментов (табл)