scan0071 3

80

wtórnego metabolizmu oraz na takie, w których czynnik biologiczny stosowany jest do przeprowadzenia ściśle określonej przemiany chemicznej. W odniesieniu do procesów pierwszej grupy używa się nazwy „hodowle”, grupę drugą określa mianem biotransformacji. Rozróżnienie to nie jest ścisłe, dla przykładu produkcję kwasu octowego można zaliczyć zarówno do hodowli, jak i do biotransformacji. Oczywiście wszystkie procesy enzymatyczne należy zaliczyć do biotransformacji.

Materiał biologiczny wykazuje wiele cennych cecli z punktu widzenia prowadzenia przemian chemicznych. Należą do nich:

—    specyficzność reakcyjna — aktywność enzymatyczna ograniczona jest do konkretnej przemiany,

—    specyficzność substratowa - oddziaływanie na ściśle określony substrat,

—    specyficzność stereochemiczna — rozróżnianie enancjomerów, wytwarzanie produktów o ściśle określonej strukturze przestrzennej.

Cechy te wykorzystywane są w różnych procesach technologicznych.

W procesach biotransformacji stosowane są zarówno różne drobnoustroje, jak również komórki zwierzęce, komórki roślinne oraz pojedyncze enzymy lub kompleksy enzymów.

7.7.1. Techniki transformacji

Stosowane mogą być różne techniki przeprowadzania biotransformacji. Używane są: komórki rosnące, komórki w fazie stacjonarnej oraz spory. W wyniku przeprowadzonej przemiany uzyskuje się roztwory produktu, które przerabiane są podobnie jak inne produkty przemian biochemicznych (patrz rozdział 9).

Dalej w dużym skrócie scharakteryzowano poszczególne techniki biotransformacji.

Biotransformacje przez rosnące komórki

Komórki mikroorganizmu są zaszczepiane na odpowiednie podłoże zapewniające właściwe warunki wzrostu. Substrat mający podlegać transformacji dodawany jest w fazie wzrostu. Właściwy moment dodania substratu jest określany eksperymentalnie. Metoda ta jest bardzo prosta i często jest używana w badaniach i selekcji szczepów wykazujących pożądaną aktywność enzymatyczną. Umożliwia indukcję wytwarzania odpowiednich enzymów podczas wzrostu na wyselekcjonowanym substracie.

Wydajności biotransformacji prowadzonych przy użyciu komórek rosnących są niższe cd uzyskiwanych przy zastosowaniu komórek w fazie stacjonarnej.

Biotransformacja przez komórki w fazie stacjonarnej

Namnożone komórki odwirowywane są z medium wzrostowego i rozpraszane w medium transformacyjnym, do którego dodawany jest substrat. Medium transformacyjnym może być np. roztwór buforu. Czasami dodaje się składniki odżywcze (np. glukozę), aby jak najdłużej utrzymać komórki w stanie aktywnym. Metoda ta ma wiele zalet:

-    niezależność wzrostu i transformacji,

-    brak efektów hamujących substratu lub produktu,

-    możliwość regulacji stężenia biomasy,

-    łatwiejsze oczyszczanie produktu biotransformacji.

Niektóre substraty, np. sterydy, są nierozpuszczalne lub trudno rozpuszczalne w wodzie. Substraty takie wprowadzane są do reaktora w postaci roztworów w rozpuszczalnikach organicznych mieszających się z wodą, takich jak np. glikol propylenowy, etanol, metanol, aceton itp. W niektórych przypadkach stężenie rozpuszczalników organicznych musi być niskie, aby uniknąć efektów hamowania wzrostu i przemian metabolicznych.

Inną stosowaną metodą jest tworzenie emulsji substratu w wodnym roztworze środka powierzchniowo—czynnego, np. Tween 80 i w tej postaci wprowadzanie substratu do reaktora. Metoda ta nosi nazwę pseudokrystalofermentacji.

Biotransformacja przez spory

Zastosowanie spor jako biokatalizatorów w transformacjach chemicznych ma wiele zalet, ze względu na ich stabilność, łatwość przechowywania i transportu. Dają one wysoką wydajność biotransformacji przy nieznacznym wytwarzaniu produktów ubocznych. Medium stosowane w tej technice jest proste (woda lub częściej roztwór buforowy), pienienie się roztworu jest nieznaczne, zaś wydzielenie produktów zwykle efektywne.

Mikroorganizmy hodowane są w warunkach sprzyjających wytwarzaniu zarodników. Zarodniki są oddzielane od grzybni i mogą być przechowywane. Biotransformację przeprowadza się rozpraszając zarodniki w roztworze buforowym. Można również stosować unieruchomione zarodniki na stałym nośniku w ciągłych procesach biotransformacji.

Proces ze sporami prowadzi się często w technologiach przekształcania drogich substratów, gdy nie można zastosować na dużą skalę aseplycznego procesu fermentacji.

Biotransformację przez unieruchomiony materiał biologiczny

Unieruchamiać na lub w stałym nośniku można: komórki drobnoustrojów, komórki roślinne i zwierzęce, spory oraz enzymy.

Najczęściej używaną techniką jest zamykanie komórek w żelach alginiano-wych, karagenianowych, poliakryloamidowych. Technika ta ma wiele zalet. Umożliwia prowadzenie ciągłych procesów biotransformacji. Przykładem może być rozkład penicyliny G przez aeacylazę penicylinową lub biotransfor-macje cukrów.

7.7.2. Zastosowanie biotransformacji

Wiele różnych reakcji chemicznych może być przeprowadzonych za pomocą biotransformacji. Należą do nich: utlenienie, redukcja, hydroliza, specyficzne podstawienia grup funkcyjnych. W wielu dziedzinach przemysłu stosowane są różnego rodzaju preparaty enzymatyczne służące do przeprowadzenia bio-