7.2 Процес біосинтез для отримання рибофлавіну

Рибофлавін був вперше виділений з кисломолочної сироватки. Синтезований Р. Куном у 1935 р.

Вітамин В₂ (рибофлавін) входить до складу ряду ферментних систем, регулюючих окисні процеси у клітинах, бере участь у синтезі білків та жирів, каталізує процеси дегідратації -амінокислот, альдегідів, моноцукрів тощо.

Вітамін В₂ бере участь в процесах росту, пластичному обміні; регуляторно впливає на стан центральної нервової системи, процеси в рогівці, кришталику ока, забезпечує світловий і кольоровий зір.

Входить до складу жовтих пігментів флавінів, які слугують коферментами. Важливий для підтримки нормальної функції ока. Рибофлавін входить до складу зорового пурпуру, захищаючи сітківку ока від шкідливої дії ультрафіолетових променів. Вітамін B₂ інтенсифікує процеси обміну речовин в організмі, беручи участь у метаболізмі білків, жирів і вуглеводів. Рибофлавін необхідний для утворення червоних кров'яних тілець і антитіл, для дихання і росту клітин. Він полегшує поглинання кисню клітинами шкіри, нігтів і волосся. Він поліпшує стан органа зору, беручи участь, поряд з вітаміном A, у процесах адаптації до сутінок, знижує втому очей і відіграє велику роль у запобіганні катаракти. Вітамін B₂ впливає на слизові оболонки травного тракту. Рибофлавін зводить до мінімуму негативний вплив різних токсинів на дихальні шляхи. Рибофлавін необхідний для метаболізму триптофану, що перетворюється в організмі на ніацин. Однією з найцінніших якостей рибофлавіну є його здатність прискорювати в організмі перетворення піридоксину— вітаміну B₆— на його активну форму.

Молекула рибофлавіну складається з гетероциклічного ізоалоксазинового ядра, до якого приєднаний у 9-му положенні спирт рибітол (похідне D-рибози).

Р ибофлавін - 6,7-диметил – 9 (D-1-рибитил) ізоалоксазин

Він кристалізується у вигляді помаранчево-жовтих голок з температурою плавлення 282С з розкладанням. Рибофлавін нерозчинний у жирах та органічних розчинниках, розчинний у воді.

У теперішній час вітамін В₂ одержують двома шляхами: хімічним синтезом та біосинтезом. Продуцентами рибофлафіну в природі є вищі рослини, дріжджі, міцеліальні гриби та бактерії. Більшість мікроорганізмів утворює вільний рибофлавін та дві його коферментні форми – ФМН та ФАД. Найбільш активними продуцентами, що синтезують 2000-6000 мг/л рибофлавіну є представники аскоміцетних дріжджів Eremothecium ashbyii та Ashbyii gossypii. Інші продуценти (Candida flaveri, Mycocandida riboflavina, Mycobacterium smegmatis, Clostridium acetobutylicum), утворюють від 100 до 600 мг/л цього вітаміну.

Біотехнологічне одержання вітаміну В₂ шляхом глибинного культивування Eremothecium ashbyii включає, аналогічно іншим біотехнологіям такі етапи:

1. Одержання посівного матеріалу.

2. Приготування поживного середовища, його стерилізація та засів.

3. Виробнича ферментація:культивування продуцента у робочих ферментерах за постійної аерації та перемішування.

Біосинтез рибофлавіну у деяких дріжджів може змінюватися під впливом іонів металів, проте детальні механізми такого впливу не з’ясовані. Іони кобальту стимулюють флавіногенну активність P. guilliermondii. Дефіцит іонів магнію зумовлює підвищення синтезу рибофлавіну у Aspergillus niger. За наявності іонів цинку підвищується синтез рибофлавіну у дріжджів роду Candida. Чимало видів дріжджів синтезують значні кількості рибофлавіну лише за культивування на середовищах з низьким вмістом заліза. Незначне утворення флавінів за високого вмісту заліза у середовищі засвідчує функціонування ефективних механізмів, які обмежують синтез флавінів у клітинах. Одним із таких механізмів є ретроінгібування гуанозинтрифосфат-циклогідролази, виявлене у дріжджів Pichia guilliermondii.

У всіх досліджених мікроорганізмів синтез рибофлавіну стимулюють пурини, проте їх вплив залежить від виду мікроорганізму. Гліцин – попередник пуринів, стимулює синтез рибофлавіну у дріжджів роду Candida. У A. gossypii спостерігали підвищення синтезу РФ за внесення у середовище різних попередників рибітолу, пуринів, гліцину.

У гриба A. gossypii процес надсинтезу флавінів залежить від температури культивування. Флавіногенна активність була найвищою за температури 26–28 °С, а при 38 °С надсинтезу рибофлавіну не спостерігали.

Подальше проведення технологічного процесу залежить від вигляду кінцевої продукції. У випадку одержання кристалічної форми культуральну рідину передають у цех хімічного очищення, де рибофлавін виділяють шляхом адсорбції або осадження з наступною перекристалізацією.

Вихідний посівний матеріал – культура Eremothecium ashbyii , вирощена на скошеному сусло-агарі. Вирощування культури проводять 5-7 діб у термостаті за температури 29С.

Колби з поживним середовищем заданого складу засівають п’яти-семи добовою культурою Eremothecium ashbyii, вирощеною на вирощеною у пробірках з сусло-агаром.

Завдання для виконання студентами.