1.Przemysłowa produkcja kw. cytrynowego
Producentami są wyselekcjonowane szczepy aspergilus Niger(stabilne genetycznie), które zostały uzyskane poprzez mutagenezę szczepów natywnych. Przechowywane zazwyczaj na brzeczce, agarze o pH 3,5 podłożu Devisa i YGC.
Parametry technologiczne:
-wysokie stężenie cukrów910% wgłębna, 16% powierzchniowa)
-niedobór jonów metali Fe, Mg, Zn, mn
-ograniczona ilość zw. azotowych i fosforu( eliminacja nadmiernego wzrostu grzybów)
-dobre natlenienie
-niskie pH 2,4-2,0
Nadprodukcja cytrynianu uwarunkowana jest zakłóceniami cyklu Krebsa-brak lub niska aktywność en. odpowiadajacych za dalsze przemiany kw.cytrynowego.
Szczepy przemyslowe wykorzystywane w procesach gdzie surowce, jest melasa buraczana rozwijajaca się bardzo szybko tworzac zbita grzybnie na powierzchni podloza, proces ten pozwala otrzymac kw. cytrynowy o duzym stezeniu. Hodowla prowadzona jest na tacach(grzybnia powierzchniowa i wglebna). Po procesie grzybnie zdejmujemy, można ja wysuszyc i zmielić i dodac do pasz. Podloze stosuje się do otrzymania kw. cytrynowego.
2.Produkcja kw. mlekowego
-najczesciej jako surowiec stosuje się serwatke, melase z trzciny i burakow cukrowych i ług posiarczynowych
-drobnoustroje_ Lactobacillus delbruecki ssp delbruecki, Lb. Acidophilus
Parametry technologiczne;
-proces fermentacji 50-55stopni 2-8dni
-kw.neutralizuje się weglanem wapnia , Ca(OH)2,wydajnosc teoretyczna 95%
-aby wydzielic z r-ru po fermentacyjnego kw.mlekowy stosuje się krystalizacje mleczanem wapnia z którego po hydrolizie kw.siarkowym uzyskuje się wolny kw.mlekowy i jonity;
-kw.mlekowy spozywczy wykorzystuje się do zakwaszania i konserwowania przetworów owocowo-warzywnych w przemysle miesnym, cukierniczym, garbiarskim, kosmetycznym, farmaceutycznym.
3.Produkcja kw.octowego
Acetobacter, Pseudomonas, Glukonobacter
Bakt. Gram+ pałeczki charakteryzuja się zmiennoscia morfologiczna w zaleznosci od warunkow srodowiskowych. Sa bezwzglednymi tlenowcami rosna na na powierzchni podloza w postaci grubszych bądź cienszych biomas.3 metody produkcji:
Met.powierzchniowa
Polega na samorzutnym zafermentowaniu wina umieszczonego w otwartych zbiornikach o duzej powierzchni miedzy fazami gaz-ciecz. Rozwijajace się na powierzchni paleczki Acetobacter aceti tworza blonke utrudniajaca wymiane gazowa. Efektywnosc met. Nie jest duza(zalezy od powierzchni swobodnej cieczy, która powoduje natlenienie srodowiska). Do produkcji kw.octowego na duza skale stosuje się beczki, sa zaopatrzone w otwory wentylacyjne których zadaniem jest napowietrzanie. Beczki napelnia się w 70l zaoctowanym winem(wino+bakterie). Nastepuje rozwoj bakterii, co tydzien odbiera się wyprod. Kw.octowy i uzupelnia się nowa porcja wina. Otrzymany ocet ma charakt. Zapach, stezenie mx 8% temp procesu to 25-28stopni, obnizenie temp powoduje zahamowanie procesu, mutacje A.aceti
Met ociekowa
Produkcja kwasu na duza skale w octowniach. Polega na unieruchomieniu bakterii kw.oct na porowatym materiale wypelniajacym zbiornik roboczy. Od gory podaje się zaoctowane wino lub etanol. Splywajac poprzez pietra w odcieku otrzymujemy kw.octowy.Temp to 32-34, ocet o stez 9-15%, wyciek jest filtrowany gdyz może zawierac elementy stale oraz kom.bakterii
Met wgłębna
Jej zaleta jest wysoka efektywnosc procesu i krotki czas syntezy. W metodzie wykorzystuje się fermentory ze stali nierdzewnej o sr ok. 2m i wys 4m, poj ok. 16000l% otrzymywania kw.octowego jest % okresowym, 1 cykl produkcji trwa 40-48h. Sklad podloza to etanol i kw.octowy. w celu namnozenia baktrii dodaje się stymulatorow wzrostu: glukoze, siarczan potasowy lub Mg, ekstraktu drozdzowego. Zacier zaszczepia się Acetobacterami-wyselekcjonowane szczepy w warunkach wzrostu w hodowli wglebnej . Mx stez kwasu to 10-15%
Do celow technicznych wytwarza się kw.octowy metodami chemicznymi z aldehydu octowego.
4.KWAS PROPIONOWY i jego sole ( sodowa, potasowa i wapniowa) wykazują fungistatyczne i bakteriostatyczne działanie, dlatego kw propion stosowany jest jako środek konserwujący zielonki, kiszonki, siano, wilgotne ziarno. Stosowany w technologii żywności do zapobiegania pleśnieniu pieczywa i serów dojrzewających. Stęż tego kwasu w granicach 0,3-0,5% hamuje rozwój grzybów z rodzaju Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Mucom. W stosunku do bakterii hamujące działanie przy stężeniu 1,6-6%. DROBNOUSTROJE- spośród bakteruu z rodzaju Clostridium, Selenomonas, Veillonella, Propionibacterium zdolnych do biosyntezy kw propion, największe znaczenie mają bakterie z rodzaju Propionibacterium tj P. freudenreichii, shermanii. Ponadto bakterie te syntetyzują wit B12 i folacynę, co ma znaczenie dla wzbogacania pasz i żywności w witaminy. SUROWCE- substratem do produkcji może być melasa, ługi posulfitowe, hydrolizowana skrobia. Doskonałym podłożem do otrzymyw tego kwasu jest serwatka. OTRZYMYWbakterie propionowe rosną w temp 15-40*C, najintensywniej biosynteza zachodzi w temp 24*C przy pH 6-7. Podczas fermentacji propionowej otrzym nie tylko kw propionowy ale i octowy, CO2, a w śladowych ilościach kwas izowalerianowy, mrówkowy, mlekowy. W wyniku fermentacji w podłożu otrzym głownie kwas propion i octowy w stosunku ilościowym 1,7:1 do 4:1. Z 3 cząsteczek glukozy w wyniku fermentacji otrzymuje się 4 cząst kw propionowego i po 2 cząst kw octowego i CO2. Intensywna biosyntezę kw propionowego stwierdzono stosując kultury mieszane tj bakterie propionowe z balteriami mlekowymi a zwłaszcza Lactobacillus casei. W tym przypadku kw mlek syntetyzow przez bakterie mlek jest wykorzystyw przez bakterie propionowe jako źródło węgla. Bakterie propionowe mogą również przetwarzać kwas mlek na propionowy. W wyniku procesów życiowych bakterii fermentacji mlek z 3 cząst kw mlek otrzym się 2 cząst kw propionowego oraz po 1 cząst kw octowego i CO2. WYDZIELANIE Z PODŁOŻA jest trudne. Można zastosować procesy krystalizacji, destylacji lub ekstrakcji. Najczęściej jednak kwas propionowy używany jest w postaci zagęszczonej cieczy pohodowlanej, po uprzednim oczyszczeniu metodami wirowania, filtracji lub ultrafiltracji.
5.Witaminy: Obecnie na swiecie wiekszosc wit jest prod metoda syntezy chem. (koszty). Metodami biotech produkowane sa w skali przemyslowej wit B2 i B12, oraz prowitaminy B-karoten i ergosterol. Semisyntetyczna prod- synteza chemiczna lub biol prekursorow witaminy a nastepnie przeksztalcenie prekursora w wit metoda biotechn lub chem.
-produkcja wit B2(ryboflawina): drobnoustroje- bakterie (E. Coli, Clostridium acetobutylicum), drozdze (S.cerevisiae, Candida flareri) grzyby strzepkowe (Eremotecium ashbyii, Ashbya gossipi) i algi. Wit syntetyzowana jest z zasad purynowych podczas wzrostu wegetatywnego jest konkurencja o puryny miedzy procesami syntezy RNA i wit B2, co nie pozwala na nadprod B2. Do nadprodukcji B2 dochodzi w kom mikroorg które nie maja mechanizmow hamowania biosyntezy przez ujemne sprzezenia zwrotne (cecha genet), zwykle w temp<30stC.
Proces techn.
-S cerevisiae: rozdrobnienie drozdzy, autoliza (45-50stC), pH=6-6.5, ekstrakcja alkoholem, zageszczenie wyciagu alkoholowego do 60%s.s. Na pozywce z octanem wapnia , jako zr. C wyzsza wydajnosc niż na melasie (brak zanieczyszczen)
-C. flareri (mutagenizowane szczepy zdolne do nadprod ).
-obecnie wiekszosc B2 prod się przy uzyciu Eremothecium ashbyii pH=6-8i Ashbya gossipi-pH=5,5-7, temp=25-30stC, wymagane napowietrzanie, t=90-120h, plyn pohodowlany zakwasza się H2SO4 do pH=4,5, suszenie metoda walcowalub rozpryskowa, uzyskujemy tak koncentrat paszowy. Jeśli chcemy oczyszczona wit, to stosujemy metody ekstrakcji, adsorpcji, lub stracania frakcjonowanego; każdy z tych procesow należy zaczyna sie usuwaniem tluszczu przy uzyciu eteru (ryboflawina się w nim nie rozp.),; ogrzewamy plyn pohod do 120stC; zakwaszamy do 4,5, po 1h dodaje się chlorku tytanu (wytraca się zred ryboflawina). Osad rozpuszczamy w HCl (60stC) i napowietrzamy; schladzanie; neutralizacja; krystalizacja. Surowcem może być: melasa, brzeczka,syrop kukurydziany, maka sojowa, bialka zwierzęce, maka rybna, suszone drozdze, mleko odtłuszczone etc. Często stosuje się dodatek olejow roślinnych, tiaminy, biotyny, inozytolu, mikroelementow , oraz glicyny- te zw wzmagaja biosynteze B2 Zastosowanie B2: medycyna, dodatek do zywnosci, a forma nieoczyszczona jako dodatek do pasz. Niedobor powoduje zahamowanie wzrostu, szorstkość skory, łojotok.
-Prod wit B12 (cyjanokobalamina): otrzymywana z watroby lub mikrobiologicznie. Jest metabolitem wewnatrzkom Aerobacter, Azotobacter, Bacillus, Clostridium, Propionibacterium, Pseudomonas, Nocardia rugowa, N. gardneri, Streptomyces griseus, S. olivaceus. W przemysle stosuje się głownie Propionibacterium shermani i P. freudenreichi, a także mutagenizowane Pseudomonas denitrificans, oraz fuzyjce mikroorg (fuzja Protominobacter i Rhodopseudomonas). Pozywka hodowlana zwykle zawiera źródło C (glukoza, sacharoza, melasa), fosforan amonu, makro i mikroel, sole kobaltu. Preparaty farmaceutyczne wit B12 otrzymywane SA w procesie 2-etapowym z wytworzeniem kobinoamidu. 1-faza beztlenowa (48-72h) nastepuje namnożenie biomasy i synteza kobinoamidu; 2-faza tlenowa (48-72h) nastepuje synteza prekursora i wytworzenie B12. jsest otrzymywana w postaci suszonych koncentratow odwirowanej biomasy. Produkuje się tez koncentraty poprzez zagesczenie cieczy pofermentacyjnej, po wcześniejszym zakwaszeniu jej do pH=5 i dodaniu kwasnego siarczanu (VI) sodu, oraz jej wysuszenie. Niektóre b. ferm metanowej prod B12- termofilna ferm metanowa (B12 do wzbogacania pasz). Półciągły proces beztl. Przy pH=8, na poz zawierajacej prod uboczne przaemyslu rolno-spoz (melase), lub scieki komunalne, wzbogaconej solami kobaltu, oraz metanolem/etanolem (do1%) można otrzymac do 5mg/dm3 B12. W techn. Preparatow o dużej czystości poz lub zawiesina biomasy w H2O (pH=6,5-8,5), jest ogrzewana (80-120stC), przez 10-30min i dezintegrowana mechanicznie celem uwolnienia witaminy i jej pochodnych, nastepnie kobalamina jest konwertowana do cyjanokobalaminy cyjankiem potasu, jest ekstrahowana i oczyszczana. Zastosowania-medycyna (leczenie anemii zloscliwej), dodatek do pasz (dla drobiu, swin i cielat), wpływa na procesy wzrostowe
-Prod wit A: Forma aktywna wit A sa retinol (A1) i 3,4-didehydroretinol (A2). Surowce roślinne zawieraja tylko prekursory tych związków- karotenoidy (gl B-karoten), które sa przekształcane w wit A w organizmie (organizmie sluzowce wątroby). Ciagle prowadzone sa intensywne prace nad metodami prod tej wit. B-karoten na skale przemyslowa prod się przy wykorzystaniu alg-Dunaliella salina, na wydzielonym akwenie morza, przy dużym naświetleniu, w temp 21-40stC. Po wysuszeniu otrzymujemy 3% preparat B-karotenu (można dodawac do pasz lub do żywności). Można także poddac biomase ekstrakcji przy uzyciu oleju roślinnego. Grzyby- Blakeslea trispora na poz zawierajacej zmielona kukurydze, make bawelniana, oleje roślinne, melase owocow cytrusowych, tiamine i oczyszczona nafte tez syntetyzuja B-karoten, dodatek aminokw i octanu intensyfikuje ten proces. Niedobór powoduje zahamowanie wzrostu, zapalenie spojówek, rogowacenie naskórka. Jej źródła to oleje rybne, tran, mleko, sery.
-WITAMINA D (kalcyferol)=zaham. Wzrostu, zaburz. Gospodarki wapniem i fosforem (źr. Oleje rybne, tran). Służy do wzbogacania mleka i margaryn. Produkuje się ją na skalę przem. Metodą chem lub też przy uzyciu mikroorg, otrzymując prowitaminę-ergosterol, który pod wpływem UV zmienia się w wit.D2. Ergosterol prod się przez S. Cerevisiae, S. Carlsbergensis, S. Uvarum, Candida tropicalis. Po 4-dniowej hodowli w temp. 28°C na pozywce zaw. Melasę, namok, biomasa szczepu S. Cerevisiae zaw. 7-10% ergosterolu. Namnożoną biomasę drożdży po wydziel. Z płynu pohodowlanego poddaje się hydrolizie w celu uwolnienia ergosterolu. Stosuje się tu hydrolizę kwasową, enzymatyczną lub autolizę. Ergosterol z hydrolizatu po krystalizacji rozpuszcza w alk. Etylowym, Potem poddaje się izomeryzacji w war. Beztl. W aparatach ze szkła kwarcowego, naświetlając falami o dł.275-315 nm.
-BIOTRANSFORMACJA WIT C. Do ważnych biotransformacji przemysłowych należy utlenianie D-sorbitolu do L-sorbozy przy uzyciu Gluconobacter suboxydans. Reakcja ta przebiega z wydajnością rzędu 90% i jest wykorzyt w syntezie kw askorbinowego czyli witaminy C z glukozy. Przemiana glukozy do Wit C: D-glukoza—(CH)—D-sorbitol—( Gluconobacter oxydans ssp. suboxydans)—L-sorboza—( G. oxydans sp.melanogenes)—L-sorbozon—( Pseudomonas putida)—kwas 2-oksoglukonowy—( CH)—kwas L-askorbinowy. Jest to metoda klasyczna produkcji Wit C ale zmodyfikowana przez wprowadzenie dalszych dwóch etapów mikrobiologicznych przy użyciu kolejno Gluconobacter oxydans ssp melanogenes i Pseudomonas putida, dzięki czemu uzyskuje się przekształcenie L-sorbozy do kw 2-oksoglukonowego poprzez L-sorbozon. Dzięki temu możliwa jest eliminacja etapów chemicznych od sorbozy do kw 2-oksoglukonowego. Inne możliwe drogi otrzymyw Wit C poleg na mikrobiologicznym utlenianiu glukozy do kw oksoglukonowych: D-glukoza—( G.oxydans)—kw 5 oksoglukonowy—( H2)—L-glukonian-Ca—( Pseudomonas fragi)—(kw 2-oksoglukonowy—(CH)—kw L-askorbinowy. Wit.C (kwas askorbinowy)- niedobór= niepraw.stan tkanki łącznej , pękanie naczyń krwion., zaburz. gospodarki wapnem i fosforem, szkorbut (źródło- owoce, warzywa, jarzyny).
-prod wit H (biotyna): drobnoustr: Bacillus sphaericus. Poz z glicerolem (2%), peptonem (1%) i solami mineralnymi i prekursorem wit. Produkuja wit w formie detiobiotyny (DTB). Ciecz poferment. poferment pH=2-3 po odwirowaniu biomasy jest mieszana przez 4h z weglem aktywnym a nastepnie odfiltrowywana przez lejek Buchnera. Zaadsorbowana wit po przemyciu wegla aktywnego H20, jest przez 4h ekstrahowana mieszanina etanoli (50%) i wody amoniakalnej (28%) w proporcji 18:1 i ponownie filtrowana, wszystko to powtarza się 3-4x w temp pokojowej. Sucha pozostałość po odparowaniu filtratu jest rozpuszczana w 99% etoh pod zmniejszonym cisn i odwirowywana. Otrzymany koncentrat jest oczyszczany met chromatografii jonowymiennej (dowex 1X2) przy uzyciu kw mrowkowego.
6.Otrzymywanie antybiotyków:
Wszystkie antyb. naturalne jako metabolity drugorzędne są syntetyz. przez żywą kom. jednakże nie uczestniczą w dalszych szlakach metabolicznych. Wytworzenie antyb warunkuje wiele genó
Etapy produkcyjne:
1. wstępna hodowla wyselekcjonowanych drobnoustrojów w odpowiednich pożywkach w skali laboratoryjnej i półtechnicznej
2. biosynteza w bioreaktorach przemysłowych
3. izolowanie i czyszczenie za pomocą procesów fizykochem., nadanie bioproduktowi wymaganej postaci farmaceutycznej
Produkcja przez: promieniowce Streptomyces oraz grzyby Penicillium, Aspergillus, Cephalosporium, Fusarium. Penicyliny należą do antyb betalaktamowych, podstawową część stanowi kwas penicylinowy(6-AP).Wyst. różne struktury chem łańcuchów bocznych 6-AP. Wprowadzenie różnych łańcuchów bocznych uzyskuje się po dodaniu do hodowli grzyba właściwych prekursorów. Penicylina G syntetyzowana przez Penicillium chrysogenum .Pożywka: białka(namok kukurydziany, buliony mięsne), sacharydy, sole min(azotany(v), fosforany, chlorki sodu i potasu, śladowe ilości metali (Zn, Mn), aktywatory (witaminy, aminokwasy) oraz prekursor kw. Fenylooctowy. Fermentacja: met. hodowli wgłębnej, bioreaktory poj 10-80m3 w 20C w warunkach tlenowych. Po oddzieleniu grzybni od zawierającej penicylinę cieczy pofermentacyjnej za pomocą filtru rotacyjnego antyb jest wyodrębniony met chem i fizycz -ekstrakcja rozp przy określonym pH. Po dehydratacji ekstraktu met liofilizacji otrzymuje się penicylinę bezpostaciową a z niej po krystalizacji tzw. krystaliczną penicylinę w postaci sodowej lub potasowej benzylopenicyliny.
7.MIKROBIOL SYNTEZA BIAŁKA SCP-białka z pojedynczych komórek= preparaty mikrobiol z bakterii, drożdzy, grzybów, glonów. Aby otrzymać preparaty białkowe SCP należy najpierw zniszczyc otoczkę i ściany kom biomasy drobnoustr w celu umożliwienia przyswojenia przez ludzi jej zawartość. Obejmuje to autolize, plazmolize, dezintegracje mech, hydrolize enzymat lub ekstrakcje białek wodą, roztworem NaOH lub NaCL. Cechy drobnoustr stosow do biosynt bialek: -zdolność do wszechstronnego i maks wykorz skład odżywczych; -odpow skład chem biomasy (wysoka zawartośc białka, tłuszczu, weglowod, wit, niska zawartość kw nuklein) -dobrze rozbudowany kompleks enzymów oddechowych, warunkujący szybki wzrost biomasy -właściwości syntetyzow korzystnych subst o dzialaniu oligodynamicznym ( Wit i specyficznych, organicznych połączeń związków mineralnych) -odporność na niekorzystne zmiany składu podłoża i warunków hodowli; -korzystne cechy technologiczne, ułatwiające dalszą obróbkę technologicznąbiomasy ( wydzielanie, dezintegracje); -brak zdolności syntezy substancji toksycznych; -brak zdolności adsorpcji substancji toksycznych lub rakotwórczych z pożywki. Korzyści wynikaj z zastosow mikroorg do syntezy białka sa nast.: - mikroorg w optymalnych war wykazują bardzo szybki wzrost; -efektywność biosyntezy białka przez zwierzęta, rośliny ( soja) i drobnoust ( drożdże) wyraża się stosunkiem 1:81:100000; - mikroorg łatwiej podleg modyfikacji genet w celu nadania ich biomasie cech korzystnych dla człowieka ( np. szybkość wzrostu, poprawy składu aminokwasowego) niż rośliny i zwierzęta; - mikroorg zawierają dużą ilość białka odpowiedniej jakości; - mikroorg można namnażać w sposób ciągły, co zapewnia dużą wydajność biosyntezy niezależnie od warunków klimatycznych; - mikroorg mogą przetwarzać produkty uboczne, surowce odpadowe i ścieki; - poprzez mianę składu pożywki i parametrów hodowli można zmieniać skład aminokwasowi białka. MIKROORGANIZMY: bakterie 40-70% bialka w ss, Pseudomonas, Chromobacter, Aerobacter, Escherichia, Micrococcus, Bacillus; drożdze 40-50% białka w ss; Kluyveromyces marxianus var marxianus, Kluyveromyces marxianus var lactis, Candida kefyr, Trichosporon cutaneum, Candida tropicalis, Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae; grzyby 10-25% białka, Tricholoma konigi, Zygorhynchus malleri, Penicilium flavoglaucum, Aspergillus oryzae, Oospora, Fusarium; glony 10-60% białka -Chlamydomonas, Chlorella. Teoretycznie użycie drożdży do otrzymyw SCP jest korzystniejsze od uzycia bakterii gdyż łatwiej je wydzielić z pożywki, ich kom są większe niż bakt, zawartośćkw nukleinowych jest mniejsza. Jednak do produkcji SCP na skale przem używa się bakterii ze wzg na ich szybki wzrost, wysoka zawartość białka w kom, duzy wydatek i mniejsze niż drożdży wymagania pokarmowe. POŻYWKI WYKORZYSTYWANE DO WYTWARZANIA SCP -węglowodory ciekłe(n-alkany) i gazowe(metan) z zastosow bakterii (Pseudomonas, Bacillus, Methylomonas methanica, M margaritae, Methylococcus capsulatus)-wykorzystują metan, będący głównym składnikiem gazu ziemnego do biosyntezy białka. W czasie hodowli metan zostaje utleniony do metanolu. Rozwijające się bakterie metanowe wymagają dużych ilości tlenu i wydzielają dużą ilość ciepła. Przy użyciu Pseudomonas methanica produkcja 1tony biomasy (40-50%białka) wymaga 4ton metanu i 4ton powietrza. Natomiast wyprodukowanie 1-1,03 g biomasy przy uzyciu Methylococcus capsulatus wymaga 1 g metanu. Wydzieloną po hodowli biomasę należy wyekstrahować co zwiększa koszty produkcji. Z 1 kg węglowodorów ropy uzyskuje się 0,3-0,7 kg białka SCP -alkohole jak metanol wykorzystywany do produkcji białka SCP. Są to np. bakterie- Methylomonas, Methylococcus,Arthrobacter, Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus oraz drożdze- Candida, Hansenula, pichia, Torulopsis), grzyby- Trichoderma, Paecilomyces, Glicoladium. Niektóre mikroorg wykorzyst etanol do biosyntezy białka np szczep Methylophilus methylotrophus lub bakterie z rodz Pseudomonas. Ze 100 kg etanolu uzyskuje się do 100kg ss biomasy o zawartości 60% białka -odpady i ścieki przemysłu krochmalniczego- źródła skrobii z której po biotechn przetworzeniu uzyskuje się preparaty bialkowe i enzymatyczne SCP; -odpady przemysłu rolnego i leśnego zawierajace celuloze i lignine; - melasa, serwatka, ługi posiarczynowe (szczep Paecilomyces variotii).
8.MIKROBIOL SYNTEZA TŁUSZCZÓW ( SCF- tłuszcz z pojedynczych kom). BAKTERIE nie są najlepszym źródłem tłuszczu, bo w suchej substancji rzadko zawieraja więcej niż 10% lipidów. Nie wykazuja również uzdolnień do syntezy polienowych kw tłuszcz. W biosyntezie tłuszczu mogą być wykorzystane szczepy należące do gat: Noceridia opaca, N. petrophilia i N. hydrocarbons, których lipidy zawieraja dużo kwasu tetradekanowego. DROŻDŻE są częściej wykorzystyw do biosyntezy tłuszczu z węglowodanów ze wzg na wysoka zawartość tego składnika w biomasie. Tłuszcz z biomasy drożdży może być łatwo ekstrahowany i oczyszczany, a pozostałe jej składniki można stosować w żywieniu zwierząt. Synteza tłuszczu przez drożdże wymaga przygotowania pożywki o małej zawartość azotu i fosforu. Tłuszcz z drożdży zawiera znaczne ilości triacylogliceroli a zwłaszcza symetrycznie dwunasyconego triacyloglicerolu - 66%, co jest typowe również dla tłuszczu z nasion roślin oleistych. Zasadnicza różnica między nimi dotyczy przede wszystkim większej zawartości trójnasyconych acylogliceroli w tłuszczu drożdżowym. Triacyloglicerole drożdży syntetyzow w podłożu z n-tetradekanem, wykazują znaczna ilość kwasów nasyconych w pozycji 2. Poszczeg gat drożdży mogą się różnić między sobą wydajnością biosyntezy masy kom, zawartością lipidów i ich składem. Skład kw tłuszcz lipidów drożdży zależy też od temp, pH, czasu trwania hodowli oraz składu pożywki. Wpływ temp hodowli na skład lipidów drożdży namnaża met okresową nie jest jednoznaczny. Kwasowość czynna środowiska wpływa wyraźniej na skład lipidów niż na ich zawartość w biomasie. Stwierdzono, że zmiana kwasowości hodowli Hansenula polimorpha prowadz na etanolu w pH=3-5, zwiększała stopień nienasycenia lipidów w wyniku zmniejszania udziału kw palmitynowego i zwiększenia zawartości oleinowego i linolowego. Dalsze podwyższenie kwasowości do pH=7 nie wpływ na wartość współczynnika nasycenia ale zmieniało stosunek kwasu oleinowego do linolowego. Wraz z wiekiem komórek zmienia się skład kw tłuszcz, przy czym stopień ich nienasycenia i ilość kwasów o krótkich łańcuchach są największe w fazie log wzrostu drożdzy. Grzyby wykazuja duże predyspozycje do biosyntezy tłuszczu. Spośród innych grzybów mikroskopowych największą zawartościa lipidów w suchej masie substancji wyróżniały się Mortierella vinacea- 66% i Penicillium lilacinum-56%. Jakość tłuszczu, wydajność substratu i szybkość procesu są lepsze w przypadku drożdży natomiast grzyby mikroskopowe wytwarzają tłuszcz o większej zawartości kwsów polienowych. GLONY. W optymal warunkach glony syntetyzują duże ilości białka i tłuszczu. W celu uzyskania dużej wydajności biosyntezy tłuszczu należy stosować podłoża z minimalna zawartością związ azotowych. Hodowle glonów prowadzi się przy dostępie światła i war napowietrzenia mieszaniną powietrza ( 95%) i CO2 ( 5%). Czas trwania hodowli wynosi w świetle sztucznym 17-80 dni lub 4-12 dni w war oświetlenia natural. POŻYWKI. Do najczęściej stosow pożywek w procesie mikrobiol syntezy tłuszczu należą n-alkany. Stwarzają one możliwość otrzym lipidów o zmodyfikowanym składzie, zawierającyh kw tłuszcz zwykle nie wyst w tłuszczach pochodz mikrobiol tzn o krótkich łańcuchach i parzystej liczbie atomów węgla. Optymalną wydajność biosyntezy tłuszcze osiąga się wówczas, gdy spełnione są nast. warunki: - stężęnia n-alkanów wynosi 10% (v/v); -inokulum zawiera kom pobarane podczas lub w końcu ich log fazy wzrostu; -inokulum stosuje się w ilości 3-10%. Zwiększanie wydajności syntezy kw tłuszcz jest możliwe do osiągnięcia przez: - wstępne namnażanie drobnoust na tanim substracie o wymaganym poziomie azotu w stosunku do węgla i przeszczepienie ich na pożywkę zaw n-alkany. W tych war dochodzi do intensywnej syntezy tłuszczu; - zastosow stabilnych preparatów enzymat utleniających węglowodory. Duża zdolność wykorzystania przez drożdże większości n-alkanów wynika z ich niewielkiej toksyczności. Od rodzaju uzytych węglowodanów oraz od fazy wzrostu drożdży zależy min skład tłuszczu mikroorg. Innym substratem często stosowanym do mirobiol synt tłuszcz jest glukoza. Zależnie od rodzaju, drożdże wykaz pewne zróżnicow podczas ich namnażania w pożywce z glukozą. W drożdżach namnażanych w pożywce z glukozą dominuja triacyloglicerole typu nasycone-nienasycone-nasycone. Do celów syntezy tłuszczu mikrobiol wykorzyst się też odpady przemysłu spożywczego lub chem przede wszystkim cukrowniczego ( melasa), mleczarskiego ( serwatka) i celulozowego. Najbardziej obiecujące wyniki badań nad biosyntezą tłuszczu uzyskano na pożywce z serwatki z zastosow drożdży Apiotrichum curvatum i Trichosporum cutaneum zdolnych do przemiany laktozy w tłuszcz. To wskazuje na możliwość wdrożenia ich do produkcji przemysł tłuszczu. Perspektywy substytucji tradycyjnych tłuszczów roślinnych stwarzaja możliwość ich biosyntezy przez drożdże w pożywce z serwatki lub odcieku po jej ultrafiltracji. Lipidy stanowią ok. 50% s.s biomasy Apiotrichum curvatum i zaw 80-90% triacylogliceroli oraz niewielką ilość wolnych kw tłuszcz. Wydajność biosyntezy tłuszczu przez ten szczep namnażany w odcieku po ultrafiltracji serwatki, wynosi 15,6 g/dm3 pożywki. Drożdże predysponowane do biosyntezy tłuszczu w optymat warunkach nie zawieraja w suchej substancji mniej niż 55-65% lipidów. W ich składzie kw tłuszczowe jako acyloglicerole stanowia ok. 70%. Wydaje się że najbardziej celowa byłaby mikrobiol produkcja substytutów masła kakaowego którego koszt jest bardzo wysoki ze wzg na wyjątkowy skład, a zwłaszcza dużą zawartość symetrycznie nasyconych triacylogliceroli. Ich wysoki poziom w lipidach Candida 107 sugeruje możliwość otrzymania z tego źródła substytutów masła kakaowego. Biosynteza tłuszczu jest procesem bardziej opłacalnym niż biosynteza białka. Najkorzyst wydaje się prowadzenie procesu ciągłego w biosyntezie tłuszczu ze wzg na jego wydajność oraz opłacalność wynikające z dużej produktywności fermentora oraz ekonomicznego wykorzystania źródła węgla. Duże znaczenie przywiąz się do wykorzyst w przyszłości celulozy jako jednego z najbardziej rozpowszech źródeł węgla w świecie. Rozwiązanie problemu hydrolizy celulozy do cukrów wykorzyst w procesie fermentacji może stać się podstawą zastosow tego surowca do biosyntezy tłuszczu i w innych procesach fermentacyjnych.
9.BIOTECHNOLOG METODY OTRZYMYWANIA OLIGOSACHARYDÓW. Oligosach maja zastosow w różnych gałęziach przemysłu, w żywieniu ludzi zwierząt oraz ochronie zdrowia. Połączenia takie jak fruktozylo-, glukozylo-, galaktozylolaktoza wprow do diety stymulują rozwój Bifidobacterii wpływ jednocześnie na zmniejsz populacji mikroflory szkodliwej w przew pok człowieka. Inne węglowodany jak laktuloza, frukto-, izomalto-, ksylooligosacharydy, polepszają jakość i trwałość produktów spożywczych, obniżając ich wartość kaloryczną, przeciwdział rozwojowi próchnicy lub regulują pracę jelit. Metody chem syntezy oligosacharydów są mało specyficzne kosztowne i nieprzyjazne środowisku. Alternatywą jest enzymat synteza oligosach z udziałem lotransferaz ze szlaku syntezy sacharydów, jak też inne transferazy lub hydrolazy glikozydowe np. B-galaktozydazy. W syntezie oligosach prowadzonej in vitro najczęściej znajdują zastosow: B- 1,4- galaktozylotransferaza, a-2,3- sialotransferaza, a-1,2- mannozylotransferaza, a-1,3-fukozylotransferaza. Przykładem zastosow innych transferaz jest synteza izmaltooligsacharydów z bogatych w maltozę hydrolizatów z udziałem a-transglukozydazy z Aspergillus niger. Otrzymywanie oligosach z udziałem hydrolaz glikozydowych jest możliwe w warunkach zapewniających przesunięcie równowagi reakcji enzymat z kierunku hydrolitycznego na syntetyczny. Sprzyja temu zwiększenie stęż substratu i zmniejszenie aktywności wody w układzie, co uzyskuje się przez dodanie do mieszaniny reakcyjnej rozpuszczalników org np.alkoholi. Reakcje transglikozylacji przebieg skutecznie w war dokładnej kontroli kinetyki procesu. Zwraca się przy tym uwage na to, że wytworzony oligosacharyd jest potencjalnym substratem dla hydrolazy stosowanej w syntezie. Zaletą procesów transglikozylacji jest duża wydajność a wadą są trudności z uzyskaniem jednorodnych produktów. Najczęściej jest to mieszanina izomerów. O wydajności procesów transglikozylacji decyduja warunki reakcji np. kwasowość i temp. Zmieniając pH reakcji transferu, w stosunku do optymalnego dla reakcji hydrolizy uzyskuje się polepszenie wydajności oligosacharydów. Np. synteza galaktooligosacharydów katalizowana przez B-galaktozydazę Penicullum canescens przebiega efektywnie w środowisku o pH= 5-5,5 podczas gdy większą aktywnośc glikolityczną enzym ten wykazuje przy pH=4,5. Właściwości transgalaktozylacyjne niekt B-galaktozydaz sprzyjają syntezie oligosacharydów w mleku przeznaczonym do produkcji biojogurtów lub mleka wzbogaconego biomasą Bifidobacterium lub Lactobacillus acidophilus. Obecność oligosach w mleku lub jogurcie intensyfikuje rozwój w/w bakterii, wspomaga oddziaływanie probiotyczne w przew pok konsumentów. Możliwość prowadzenia reakcji transglikozylacji w wysokich temp umożliwia stosowanie większych stężeń substratów ( szczególnie trudno rozpuszcz- laktozy), dzieki czemu jest utrudniony proces jej hydrolizy. Stosując enzymy termostabilne, np. B-galaktozydazę z Saccharapolyspora rectivirgula o korzystniejszych właściwościach transgalaktozylacyjnych, po 22 h trwania procesu w temp 70*C wydajność syntezy oligosach wynosi ok. 40%.
Stabilizacja witamin
Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie natomiast dobrze rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych (benzen, toluen, chloroform, aceton, eter). W lipidach rozpuszczają się związki o właściwościach hydrofobowych (witaminy A, D, E i K).
Zmydlanie tłuszczów - reakcja zasadowej hydrolizy estrów wyższych kwasów tłuszczowych, która prowadzi do powstania soli odpowiedniego kwasu oraz alkoholu. Produktami zmydlania tłuszczów są mydła i gliceryna.