2. Технология кормового препарата витамина в12

Витамин В₁₂ имеет самое сложное строение среди неполимерных соединений. Молекула витамина включает корриновое кольцо из четырех 5-членных азотсодержащих гетероциклов, связанных с атомом кобальта четырьмя координационными связями. Все разнообразие аналогов витамина В₁₂ связано с природой верхнего и нижнего лигандов атома кобальта.

В истинном витамине В₁₂ (цианкобаламине) верхним лигандом является цианогруппа. Ее место могут занимать другие заместители: группа ОН – оксикобаламин, СН₃ – метилкобаламин, 5-дезоксиаденозил – аденозилкобаламин и др. При этом образуются производные витамина, обладающие биологической активностью для животных и человека.

Нижним лигандом атома кобальта в молекуле витамина В₁₂ является специфическое азотистое основание – 5,6-диметилбензимида-зол (5,6-ДМБ), которое в природе встречается только в этом соединении. Непосредственным предшественником 5,6-ДМБ является рибофлавин. Микроорганизмы могут синтезировать производные витамина, содержащие в качестве нижнего лиганда другие заместители: 5-оксибензимидазол (фактор III), 5-метоксибензимидазол (фактор IIIm), метиладенин (фактор А), аденин (псевдовитамин В₁₂). Нижний лиганд может отсутствовать (фактор В). Биологической активностью обладают лишь формы, содержащие в качестве нижнего лиганда 5,6-ДМБ. В меньшей степени биологически активны фактор III и фактор IIIm. Псевдовитамин В₁₂ и фактор А активностью не обладают.

Организм животных (и человека) не способен к самостоятельному синтезу витамина В₁₂. Его продуцируют микроорганизмы, прежде всего бактерии, в том числе микробиота кишечника. Активными продуцентами витамина В₁₂ являются представители рода Propionibacterium, актиномицеты. Получены мутантные штаммы Propionibacterium shermanii М-82 и Nocardia rugosa, накапливающие соответственно до 58 и 18 мг/дм³ витамина В₁₂. В США для промышленного производства применяют мутантный штамм Pseudomonas denitrificans, образующий на оптимизированной среде до 59 мг/дм³ кобаламина.

Высокой способностью к синтезу корриноидов обладают метаногенные бактерии. В активном иле, полученном при анаэробной очистке сточных вод, содержится большое количество производных и аналогов витамина В₁₂, однако содержание форм, обладающих биологической активностью зависит от состава сточных вод и условий их очистки. Установлено образование кобаламинов в чистой культуре таких термофильных метаногенных бактерий, как Methanosarcina barkeri, Methanobacterium formicum, Methanobacterium thermoautotrophicum.

Мировое производство витамина В₁₂ составляет около 10 т в год, из которых 6,5 т расходуется на медицинские цели. Химический синтез витамина В₁₂ сложный, и основным способом его промышленного получения является микробиологический синтез.

Кормовой препарат витамина В₁₂ для нужд животноводства получают термофильным сбраживанием ацетонобутиловой и спиртовой барды спонтанно развитой ассоциацией метаногенных бактерий. Технологическая схема представлена на рис. 52.

Рис. 52. Технологическая схема получения кормового концентрата

витамина В₁₂ из послеспиртовой барды:

1 – сборник барды; 2 – поверхностный конденсатор; 3 – декантатор; 4 – сборник декантата; 5 – теплообменник; 6 – анаэробный реактор; 7 – стабилизатор бражки; 8 – теплообменник; 9 – газоотделитель; 10 – газгольдер

Для метанового брожения используют декантат барды. Осадок взвешенных веществ, содержащий мертвые клетки продуцентов органических растворителей (этанола, ацетона, бутанола), используют в качестве кормовой добавки.

Декантированную барду охлаждают со снижением температуры от 100 до 55–57°С (температура метанового сбраживания). Выход корриноидов значительно увеличивается при добавлении к барде метанола (5 кг/м³) и хлорида кобальта (5 г/м³). Процесс непрерывного сбраживания барды осуществляют в анаэробных биореакторах по одно- или двухступенчатому режиму. При двухступенчатом процессе наблюдается специализация бактерий, развивающихся в аппаратах первой и второй ступеней, в соответствии с фазами брожения и продолжительность процесса уменьшается с 3,0–3,5 (сбраживание в одну ступень) до 2,5–3,0 сут (две ступени сбраживания). Процесс метанового брожения протекает устойчиво и не нуждается в условиях асептики.

В сброженном растворе накапливается 4–5 г/м³ корриноидов, из которых в среднем 50% приходится на истинный витамин В₁₂, 30% – на фактор III.

В процессе брожения образуется биогаз (в среднем 20 м³ на 1 м³ жидкой среды), имеющий следующий усредненный состав,%: СН₄ – 65; СО₂ – 30; Н₂ и Н₂S – 5.

Сброженная барда имеет величину рН 7,5–8,0. В щелочной среде витамин В₁₂ неустойчив, поэтому для стабилизации витамина метановую бражку подкисляют до рН 5,5–6,0 и вводят 0,2–0,3% сульфита натрия. Перед подачей на упаривание бражку подвергают дегазации нагреванием в теплообменнике до 90–95°С с последующим отделением газов в объемном сепараторе. Дегазированную бражку сгущают до 20% сухих веществ упариванием в трех- или четырехкорпусных вакуум-выпарных установках. Концентрат высушивают в распылительной сушилке при температуре теплоносителя на входе в сушилку 280°С.

Продукт – кормовой препарат витамина – представляет собой порошок коричневого цвета и содержит витамин В₁₂ в количестве не менее 100 мг/кг, а также сырой протеин – не менее 25%. При использовании его в качестве кормовой добавки улучшается усвоение белка и повышается прирост массы животных на 10–15%.