Производство спиртов.

Спиртовое брожение при помощи различных штаммов микроорганизмов лежит в основе получения алкогольных напитков и крупномасштабного производства этанола, используемого как промышленное сырье или топливо. Виноделие в большинстве регионов остается мелкомасштабным процессом, в котором традиционные навыки и способы культивирования способствуют приготовлению вина с особыми свойствами. Модернизация процесса спиртового брожения заключается в отборе более эффективных дрожжевых штаммов Saccharomyces cerevisiae, а также в регулировании температуры брожения. Производство спирта в качестве биотоплива – это приоритетное направление многих национальных программ. Для промышленных нужд используют и другие спирты, получаемые микробиологическим путем: глицерин (спиртовое брожение) и n-бутанол (конечный продукт ацетонобутанолового брожения).

Производство витаминов.

Витамины используются в качестве лечебных препаратов, для создания сбалансированных пищевых и кормовых рационов, а также для интенсификации биотехнологических процессов. Витамины не образуются у гетеротрофов. Способностью к синтезу витаминов обладают многие микроорганизмы. В настоящее время изучены пути получения микробиологическим способом всех витаминов, однако с помощью энзимов целесообразнее производить лишь особо сложные по строению витамины: В₂, В₁₂, ß-каротин и предшественники витамина D. Остальные витамины либо выделяют из природных источников, либо синтезируют химическим путем. Продуцентом рибофлавина (витамина В₂) является грибEremothеcium ashbyii. Сверхсинтеза рибофлавина добиваются действием на дикие штаммы мутагенов, нарушающих механизм ретроингибирования синтеза витамина, флавиновыми нуклеотидами, а также изменением состава культуральной среды. Продуцентами витамина В₁₂(цианокобамина) при его промышленном получении служат актиномицеты, метанобразующие и фотосинтезирующие бактерии, одноклеточные водоросли. Процесс промышленного производства витамина В₁₂является примером безотходной и экологически чистой технологии. Сырьем для ее реализации служат массовые отходы, а конечными продуктами – биогаз, использующийся как топливо, и биомасса метановых бактерий, источник биологически активных соединений. Многие микроорганизмы – фототрофные бактерии, актиномицеты, плесневые грибы, дрожжи – синтезируют ß-каротин, причем его содержание во много раз превышает содержание этого провитамина у растений. При производстве витамина D₂используют дешевое сырье (углеводороды) и стимулирующий эффект УФ лучей на синтез эргостерина культурой дрожжей.

Для расширения набора витаминов, получаемых методами биотехнологии, требуется решение некоторых задач: внедрение непищевого малодефицитного сырья, разработка специальных режимов культивирования сверхпродуцентов, перевод процессов на непрерывные технологии и др.

Вторичные метаболиты

Вторичные метаболиты (идиолиты)– низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста в чистой культуре. Они производятся ограниченным числом таксономических групп и часто представляют собой смесь близкородственных соединений, относящихся к одной и той же химической группе. К вторичным метаболитам относятся антибиотики, алкалоиды, гормоны роста растений и токсины.

Микроорганизмы, производящие вторичные метаболиты, вначале проходят стадию быстрого роста – тропофазу – во время которой синтез вторичных веществ незначителен. По мере замедления роста из-за истощения одного или нескольких питательных веществ в культуральной среде микроорганизм переходит в идиофазу. В этот период синтезируются идиолиты. В случае антибиотиков большинство микроорганизмов в процессе тропофазы чувствительны к собственным антибиотикам, однако во время идиофазы они становятся к ним устойчивыми. Чтобы уберечь микроорганизмы, продуцирующие антибиотики, от самоуничтожения, важно быстро достичь идиофазы и затем культивировать микроорганизмы в этой фазе.

Среди вторичных метаболитов ведущее место по объему производства занимают антибиотики.