БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биологический факультет

Кафедра микробиологии

Особенности промышленного получения аминокислот

Выполнила:

студентка 5 курса

Василевская И.Ю.

Минск

2011

В последние годы широкое применение в народном хозяйстве и медицине находят различные аминокислоты. Особое значение они имеют для сбалансирования белкового питания. Некоторые пищевые и кормовые продукты не содержат в своем составе необ­ходимых количеств незаменимых аминокислот, в частности ли­зина. К таким продуктам относятся пшеница, кукуруза, овес, рис и ряд других. Для ликвидации возможного дисбаланса аминокислоты используют в чистом виде или вводят в состав комбинированных кормов, выпускаемых промышленностью. Поэтому ос­новной сферой применения аминокислот следует считать созда­ние рационов, позволяющих понизить содержание растительных белков в кормах. Кроме до­бавок к кормам сельскохозяйственных животных аминокислоты используются в пищевой промышленности. Применяются они и при изготовлении ряда полимерных материалов, например синтетической кожи, некоторых специальных волокон, пленок для упа­ковки пищевых продуктов. Ряд аминокислот или их производных обладают пестицидным действием. Метионин и γ-аминомасляная кислота широко применяются как лекарственные средства. В наибольших количествах в мире вырабатываются L-глутаминовая кислота, L-лизин, D, L-метионин, L-аспаpaгиновая кислота, глицин.

Основными спо­собами получения аминокислот являются: экстракция из белковых гидролизатов растительного сырья, химический син­тез, микробиологический синтез растущими клетками, при ис­пользовании иммобилизованных микробных клеток или фермен­тов, выделенных из микроорганизмов.

Микробиологический синтез — в настоящее время весьма пер­спективный и экономически выгодный способ получения многих аминокислот. В процессе культивирования продуцентов амино­кислот непосредственно синтезируются L- аминокислоты. Одна из важных задач микробиологического синтеза аминокислот — по­лучение высокоактивных штаммов — продуцентов, в частности, с использованием методов генной инженерии.

Кроме микробиологического синтеза аминокислоты можно получать, путем гидролиза природного белка — содержащего животного и растительного сырья. Основным его недостатком является нерациональное использование сырья, которое с большой пользой может при­меняться в качестве белковых кормов или пищевых продуктов.

Химический синтез аминокислот достаточно эффективен, по­зволяет получить соединения любой структуры и организовать непрерывное производство при высокой автоматизации. В нем в ос­новном используется непищевое сырье, достигается высокая кон­центрация продукта. Однако, как правило, процесс этот много­стадийный и требует сложной аппаратуры. Главный недостаток химического синтеза — получение рацемической формы аминокислот. Химический синтез рентабелен для получения только тех аминокислот, которые могут быть использованы в виде рацемического продукта. Наиболее хорошо разработан химический синтез LD-метионина главным потребителем, которого является птицеводство. L- и D- изомеры метионина усваиваются организмами одинаково хорошо.

В последние годы имеются успехи в области асимметрическо­го синтеза аминокислот, позволяющие избежать оптического разделения рацемических аминокислот. Новый подход к этой проблеме стал возможен благодаря открытию гомогенного ката­литического гидрирования олефинов с помощью комплексов ро­дия с фосфиновыми лигандами и разработке путей синтеза хиральных фосфинов. Применение комплексов родия с хиральными фосфинами в качестве гомогенных катализаторов для гидрирова­ния N-ациламиноакриловых кислот позволило осуществить асим­метрический синтез α-аминокислот с высокой степенью стереоспецифичности и хорошими выходами.

Использование для пищевых, кормовых и медицинских целей аминокислот, полученных химическим синтезом, ставит еще оду существенную технологическую проблему — полное освобождение готового продукта от возможных токсических полупродуктов синтеза.

Химико-микроотологический метод синтеза, при котором исходное соединение получают в результате химически реакций, а конечная стадия осуществляется за счет активности ферментных систем соответствующих штаммов микроорганизмов.

Микробиологический метод синтеза аминокислот основан на способности многих микроорганизмов накапливать в среде значительные количества таких продуктов. Среди микроорганизмов получивших оценку как потенциальные продуценты глутаминовой кислоты, обнаружено много бактерий, ряд дрожжей и других грибов. Большинство обследованных штаммов микроорганизме, независимо от их систематического положения преимущественно накапливают α-аланин и глутаминовую кислоту. Значительно меньше штаммов и в меньшем количестве выделяют аспарагиновую кислоту, лейцин, валин, изолейцин, лизин. Строгой корреля­ции между видовой принадлежностью микроорганизмов и способностью их накапливать аминокислоты нет.

Несмотря на широкое распространение микроорганизмов, накапливающих аминокислоты в процессе роста, продуцентов, обеспечивающих экономически выгодные выходы этих продуктов, не так много. Получают их обычно путем применения различных мутагенных факторов. Продуцент должен аккумулировать преимущественно одну аминокислоту. Одновременное присутствие не­скольких аминокислот, особенно если они близки по своим физи­ко-химическим свойствам, затрудняет их выделение и очистку.

Ауксотрофные мутанты микроорганизмов, лишенные в результате действия мутагенов, ряда ферментных систем, признаны наиболее ценными продуцентами. Блокада у таких мутантов соответствую­щих реакций в цепи обмена веществ приводит к сверхсинтезу одного из метаболитов.

Наиболее распространенные продуценты аминокислот—грам- положительные бесспоровые бактерии, относимые к родам (Соrуnebacterium, Micrococcus, Arthrobacter, Brevibacterium и некоторым другим.

Ферментативные реакции синтеза аминокислот протекают внутри клеток. Первоначально аминокислоты накапливаются внутри клеток в виде так называемых свободных аминокислот. На ранних этапах роста культуры свободные аминокислоты включаются конструктивный обмен микроорганизма. Активное накопление аминокислот в среде в периодической культуре происходит обычно с середины экспоненциальной фазы ее роста, достигая максимума к концу.