1.2 Зерттеудің мақсаты мен міндеттері

Зерттеудің мақсаты казіргі таңдағы актуалды мәселелерінің бipi амин қышқылдарының синтезі мен бөліп алу технологиясы және шикізат көзін табу және оның рессурсының аумағын арттыру, табиғи заттар қорын іздестіру.

Аминқышқылдарының синтезі мен табиғи заттардан бөліп алудың жаңа технологияларын жасау үшін зерттеулер жасалған. Зерттеу жұмыстары алдымен биохимия, микробиология, органикалық заттардың жұқа қабатты синтезінің негіздерін, сонымен қатар биологиялық белсенді заттардың синтезінің өндірістік және инженерлік ғылыми деректерді жетілдіре отырып зерттеулер жасалған.

Қазіргі кезде медициналық мақсаттарда, ауы шаруашылығы және азық-түліктік тағамдары өндірісі үшін бойынша биологиялық белсенді заттары (антибиотиктер, вакциналар, ферменттер, полисахаридтер, гормондар, глюкозиттер, дәрумендер, алколоиттар, пестициттер, дефолианнар) сонымен қатар аминқышқылдарының үлкен ассортименті синтезделіп келеді. Сол мақсатта олардың технологиясын жаңарту, жасау және химиялық синтез бен бөліп алу бір-қатар өндірістің идентификациялануын және синтездеп алынған заттардың экологиялық тазалығын қадағалау, денсаулық сақтау мәселелері шешуге негізделген:

Амин қышқылдарының синтезінің үш жолы қарастырылған. Олар химиялық, энзиматикалық және ферментативті синтез әдістері.

Бұл зерттеу жұмысы заттар синтезінің химиялық жолмен өңдеп өндірудің тиімді жолдардың бірі болып табылады.

Мұндай әдіспен амин қышқылдарын алу табиғи ресурстарды тиімді пайдаланып арзан шикізаттардан бағалы кұнды заттар алуға болатындығын анықтау.

Амин қышқылдарының синтезін зерттеп амин қышқылдарын алу технологиясын зерттеу.

2 Тәжірибелік бөлім

2.1 Шикізат және өнім мінездемесі, оларға қойылатын талап

2.1.1 Аминқышқылдар синтезіндегі ашытқы жасушалар

Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces carlbergensis жасушалар құрамында 50%-ге жуық ақуыз, алмастырылмайтын аминқышқылдары, түрлі витаминдерде бар; лизин, треонин, валин және лейцин өсімдіктерден асады, бірақ метионин, цистеин аз мөлшерде.

Ашытқы биомассасы тиімді субстратта өндіріледі, ал ферментациялау ақуыз өнімін алуда экономды және ұтымды.

Saccharomyces cerevisiae ашытқы биомассасынан алынған азықтар алмаспайтын аминқышқылдарының жалпы мөлшері және қатынасы бойынша жоғары қоректік тағамдық өнімдерге көрсетілген талаптарға сай келеді; алмастырылатын және алмастырылмайтын аминқышқылдарының оңтайлы қатынасына ие.

1973 ж КСРО-да дүние жүзіндегі ең алғаш азықтық ақуыздар зауыты (жылына 70000 т.) іске қосылды. Шикізат ретінде мұнайдан бөлініп алынған н‑алкандар және көмірсуларда тез өсуге қабілетті ашытқылардың бірнеше түрі қолданылды: Candida maltosa, Candida guilliermondii, Candida lipolytica. Кейіннен мұнай өңдеуден қалған қалдықтар ашытқы ақуызын өндіру үшін негізгі шикізат болды, өндіріс 80 жж. қарқынды дамып, өнім 1 млн. т. құрады. КСРО басқа елдерге қарағанда ақуызды екі есе көп өндірді. Метанолда ақуыз алу процестері экономикалық жағынан тиімді. Ай-Си-Ай (Ұлыбритания) концернінің деректері бойынша, метанолда өндірілетін өнімнің өзіндік жоғары дәрежеде тазартылған n-парафиндерге негізделген аналогиялық өндіріске қарағанда 10-15%-ке төмен. Микробтық ақуыздардың өндірісі үшін көмірсулардың қол жетімді әрі арзан көзіне өсімдік текті биомасса жатады. Кез келген өсімдікте қанттардың әр түрі кездеседі. Целлюлоза - глюкоза молекулаларынан құралған полисахарид. Гемицеллюлоза арабиноза, галактоза, манноза, фруктоза қалдықтарынан тұрады. Продуценттер ретінде Candida scotti және C.tropicalis штамдары қолданылады 15.

Өндірістік технологияны жетілдіруден басқа, ақуызды көп мөлшерде жинақтауға, биомассаны тез өсіруге және өзінің тіршілік әрекеті үшін субстратты эффективті пайдалануға қабілетті ашытқылардың жоғары өнімді штамдарын шығару да маңызды орын алады. Микроорганизмдердің жаңа штамдарын жасау үшін қарапайым селекция, сондай-ақ гендік-инженерлік биотехнология әдістері де қолданылады. Ашытқы ақуыздарын жануарлар рационын баланстау кезінде азықтық қоспа ретінде пайдаланумен қатар осы ақуыздарды адам тағамы үшін жарамды ету де маңызды міндет болып отыр. 1930-40 жж. кейбір елдерде сыра жіне басқа да тағамдық ашытқыларды культивирлеу технологиялары жасақталды, олар түрлі тағам өнімдеріне ақуыздық қоспа ретінде қолданылды. Ашытқы биомассасын тағамдық ақуызға өңдеу барысында оларды мұқият тазартады. Осы мақсатта ашытқы жасушаларының қабығын механикалық, сілтілік, қышқылдық немесе ферментативтік өңдеу арқылы бұзады, кейін гомогенді ашытқы массасын органикалық еріткішпен экстракциялайды. Органикалық және механикалық бөгде заттардан тазартудан кейін ашытқы өнімін ақуыздарды еріту үшін сілтілік ерітіндімен өңдейді, кейін ақуыздық ерітіндіні ашытқылардың қалған массасынан бөледі және диализге жібереді.

Диализ кезінде ақуыздық ерітіндіден төмен молекулалы қосылыстар жойылады. Диализ арқылы тазартылған ақуыздарды тұндырады, кептіреді және алынған ақуыздық массаны әртүрлі тағам өнімдеріне: шұжық, паштет, ет және кондитерлік өнімдерге қоспа ретінде қолданады. Ашытқы ақуыздары жасанды ет алуда қолданыс тапты, ол үшін ақуыздарды текстуирлейді - қыздырып, тез суыту немесе ақуыздық пастаны кіші диаметрлі саңылау арқылы өткізу. Сапасын жақсарту мақсатында ақуыздық пастаға полисахаридтер мен басқа да компоненттерді қосады. Ақуыздардың гидролизаттары дәмдеуіш ретінде медициналық препараттар мен емдік тағамдарды жасау үшін қолданылады.

Ашытқы клеткалар азот көзі ретінде аммоний тұздарын және аздап жиі нитраттарды қабылдай алады. Биомассаны тез өсіру үшін көміртек көздері ретінде түрлі органикалық субстраттарды пайдалану, бейорганикалық азотты ақуызға айналдыру өнеркәсіптік өндірістің негізі болып табылады.

Ашытқыларды құрамында целлюлозалық шикізаты бар қалдықтардың гидролизаттарында өсіреді. Гидролиз барысында шикізат көзі ретінде ағаш өңдейтін өндірістің қалдықтары, сабан, арпа, мақта қауыздары, жүгері собықтары, қызылша мелассасы, жүзім сығындысы, кондитерлік және сүт өнеркәсібінің қалдықтары қолданылады. Гидролиз нәтижесінде микроорганизмдер үшін оңай қорытылатын көмірсу түрлері пайда болады.

Ұнтақталған өсімдік шикі зат жоғары атмосфералық қысымда және температурада қышқылды гидролизге ұшырайды. Целлюлоза олиго және моносахаридтерге дейін гидролизденеді. Гидролизаттан лигнинді бөліп тастайды, минералды тұздар, витаминдер және басқа ашытқы дақылдауына қажетті заттар қосылады.

Аэрация және араласу жағдайында тереңдетілген оқтынды ферментация жүзеге асады. Алынған ашытқы биомассасы сепарацияланады, вакуум - буландыру құрылғыларды 8-10% суға дейін кептіріп, ултьракүлгін сәулесімен әсер етеді (Д₂ витаминімен байыту) 16.

Ашытқы биомассасының дәстүрлі әдіс престеу (нығыздау) немесе кептірілген наубайханалық ашытқыларды алумен қатар ашытқы экстрактісі шығарылады. Ол үшін ашытқы биомассасын әбден тазартып, клеткаларды ферменттер, сілті және қышқылдар көмегімен, механикалық жолмен лизиске ұшыратады. Ашытқы клеткаларының гидролизі жабық герметикалы жабдықта араластыру және 1 тәулік бойы қыздыру жағдайында жүргізіледі.

Әріқарай клеткалық лизат екі фракцияға - сұйық экстракт және микроорганизмдердің клека қабырғасына сепарацияланады (әдетте тарелкалы сепараторлар қолданылады). Сұйық ашытқы экстрактісі кейін вакуум-кептіргіш құрылғыда 20-25% құрғақ затқа дейін қоюланады.

Келесі кезең – ортадан тепкіш немесе форсундық шашыратқыштарды қолдану арқылы шашырандыру арқылы кептіру.

Ашытқы экстрактісін тамақтық ақуызға қайта өңдегенде тұндыру, диализ жолымен қайта тазартылады. Мұндағы мақсат төмен молекулалы қоспаларды, оның ішінде нуклеин қышқылдарынан, ақаулы липидтерден, Д-аминқышқылын және басқа қосылыстардан тазартады.

Ашытқы ақуызы шұжықтарға,паштеттерге, сілікпелерге қосылады және ет пен сүзбелерге ароматтау мақсатында қолданылады.

Ацидофилді - ашытқылы сүт және сүзбе:

- қаймағы алынбаған сүтке 2% қант, 3% ашытқының тәуліктік дақылы қосылып, 32-33ºС температурада 14-17 сағат бойына ұсталады. Мұндай сүт пен сүзбе В₁,В₂ және С витаминдеріне бай.

- Torulopsis, биомассасын сүт сарысуында өсіре отырып, сұйық ақуызды өнім «Промикс» алады, мұның құрамында ақуыз бастапқы сүт сарысуына қарағанда 2-3 есе артық. Ашытқы ақуызымен байытылған «Провилакт» өнімі құрғақ майсыздандырылған сүтті алмастырушы ретінде қолданылады.

Жемге ашытқы массасы жануардың рационының құрғақ затынан 5-10% мөлшерде қосылады.

Жоғарыда айтылып кеткендей, ақуыз өндіруде техникалық жағынан ең тиімдісі - ашытқы ақуыздары.

Ашытқы-продуценттерге қойылатын талаптар:

1)өте тез өсу;

2)биомассаның қалыптасуы;

3)қоршаған ортаның өзгерісіне субстраттың төзімді болуы;

4) жасушалардың мөлшері (көлемі).

Микробтық клетка тәулік ішінде өзінен 40 есе асып түсетін қоректік заттардың өте көп мөлшерін өндіре алады. Көбеюдің жылдамдығы, үлкен көлемде алуан түрлі заттарды синтездеу және өсімдік пен жануар жасушалары жүзеге асыра алмайтын биохимиялық процестерді тудыру мүмкіндігі - микробтардың осы барлық қасиеттері оларды көптеген өнімдердің, ең алдымен ақуыздың ауыстырылмайтын өндірушілеріне айналдырады. Қазіргі уақытта, деректер бойынша дүниежүзі халқы жануар ақуызын аз қабылдайды –тек 40% (бекітілген қалыпты нормадан). Алдағы уақытта халықтың жылдам өсіміне байланысты ақуыз көп мөлшерде қажет болады (жылына 65-70 млн т). Ол уақытта ақуызды алудың дәстүрлі әдістері жеткіліксіз болады (өнімсіз жерлерді тез меңгеріп, өсімдіктердің жоғары өнімді түрлері мен жануарлардың жоғары өнімді тұқымдары шығарылса да). Өзінің аминқышқылдық құрамы,тағамдық сапасы бойынша табиғи ақуызға ұқсас және одан асып түсетін микробтық ақуыз алу идеясы 30 жыл бұрын пайда болды. Ақуыз алудың екі бағыты қойылды: адам тағамы үшін және мал азығы үшін. Екінші бағыт толығымен меңгерілді. Арнайы кәсіпорындарда микроорганизмдер көмегімен азықтық ақуыз және ауылшаруашылық жануарлардың азығында ақуыз тапшылығын ликвидациялау (жою) мақсатында басқа да өнімдер алынып жатыр. Микробтық ақуыз алмастырылмайтын амин қышқылдарына бай екендігі анықталды (лизин, треонин, триптофан, метионин, изолейцин, фенилаланин, тирозин). Оның аз мөлшердегі қосындысы азықты құнарлы етеді. Микробтық ақуызды алу тәсілі - индустриалды, ол ауа райына да, маусымға да тәуелді емес. Оны Қиыр Солтүстікте де және экваторлық мемлекеттерде де қолдануға болады. Биотехнологияда қолданылатын бактериялар, ашытқылар өте жоғары өнімділігімен ерекшеленетіндігі маңызды 17.

Микробты биомассаның өндірісі – ең ірі микробиологиялық өндіріс болып табылады. Микробты биомасса үй жануарлары, құстар мен балықтар үшін сапалы ақуыздық қоспа бола алады. Микробты биомассаның өнірісі әсіресе үлкен масштабта сояны культивирлемейтін мемлекеттер үшін маңызды (соя ұнын азыққа дәстүрлі ақуыздық қоспа ретінде қолданады).

Микроорганизмді таңдау барысында берілген субстратта өсу жылдамдығы мен биомассаның қалыптасуы, культивирлеудегі тұрақтылық, жасушалардың мөлшері ескеріледі. Ашытқы жасушалары бактериялар жасушаларымен салыстырғанда ірі, және олар центрифугалау кезінде сұйықтықтан оңай бөлінеді. Ірі жасушалары бар ашытқылардың полиплоидты мутанттарды да өсіруге болады. Қазіргі таңда ірі масштабтағы өндіріс үшін қажетті қасиеттерге ие микроорганизмдердің тек екі тобы белгілі: бұл n-алканда өсетін (қалыпты көмірсулар) Candida ашытқылары және метанолда өсетін Methylophillus methylotrophus.