1. Регуляция биосинтеза аминокислот

1.РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА АМИНОКИСЛОТ

При микробиол.синтезе применяют ПАВ, биотин, некоторые а.б. Кол-во биотина в среде д.б.минимальным. При при получении лизина и аланина концентрация биотина в 5-10 раз выше, чем при получении глутаминовой кислоты.

Биотин может выступать регулятором: при низких концентрациях может накапливаться глут.кислота, при высоких –лизин.

Клеточная мембрана бактерий бедных по биотину и способных накапливать глут.кислоту содержит больше насыщенных ЖК, в противоположность богатым по биотину клеткам. Кроме того, в мембране бедных по биотину клетках меньше фосфолипидов.

Т.О. функция биотина сводится к синтезу ненасыщенных ЖК, снижающих проницаемость кл.мембраны для глут.к-ты.

С целью повышения проницаемости мембраны рекомендуется вводить а.б. (калиевую соль бензилпенициллина).

Повысить проницаемость можно также за счет введения ПАВов (твин 40 и твин 60).

Также возможно применение пенициллина с Павами.

2. ПОЛУЧЕНИЕ АСПАРАГИНОВОЙ КИСЛОТЫ

Клетки Е.коли, содержащие аспартазу, катализируют присоединение аммиака к фумаровой кислоте, и получают в ходе нескольких реакций аспарагиновую кислоту:

CH-COOH _ аммиак___ CH2-COOH

CH-COOH CH(NH2)COOH

Фумаровая к-та

Фермент аспартаза, рн 2,8 (кислая)

Культивирование анаэробное, выход к-ты 95-100%.

Применяются клетки, иммобилизованные в ПААГ. Активность клеток сохраняется при 37 гр.С, в присутствии ионов магния в течение 40 суток при рн 8,5.

3, 20. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ. БИОСИНТЕЗ МИКРООРГАНИЗМАМИ АМИНОКИСЛОТ

Применение А.к.: добавки в корма, в пищ.пром-ти, изготовление полимеров (синт.кожи, спец.волокон, пленок для упаковки пищ.продуктов), пестицидное действие, лечебное действие.

Основные способы получения:

1. Экстракция из белковых гидролизатов растительного сырья. (наиболее старый, недостаток-нерациональное использование сырья).

2. Химический синтез (эффективен, используется непищевое сырье, достигается высокая конц-ия продукта, но процесс многостадийный и требует сложного аппаратурного оформления). Недостаток - получение рацематов (а.к. неразделенных на оптические изомеры).

3. Микробиологический синтез (образуются а.к. биологическо активной альфа-формы).

Продуценты лизина- бактерии рода Бреви бактериум и Корине бактериум. Киш.палочка- изолейцин, треонин.

Большинство м.о. накапливают аланин и глут.кислоту (корине бактериум). Меньше штаммов и в меньшем объеме накапливают асп.к-ту, лейцин, валин.

Химико-микробиологический метод нашел широкое применение. Исходное соед-ие получают хим.путем, а конечную стадию осущ.за счет активности ферментных систем соответствующих штаммов.

Для получения штаммов, образующих значительное кол-во а.к. необходимо применять мутагенную обработку. Причем продуцент должен образовывать одну а.к., присутствие нескольких а.к. затрудняет их разделение, выделение и очистку.

АК. Накапливаются внутри клеток в виде свободных а.к.; когда рост культуры и синтез белка закончен, ферментные системы, синтезирующие а.к., еще сохраняют свою активность. Продолжается избыточный синтез а.к., которые из клеток поступают в КЖ.

Когда кол-во а.к. достигает определенного предела вступает в действие механизм репрессии синтеза фермента, и образование а.к. прекращается.

В отличие от них мутантные шатммы-ауксотрофы отличаются нарушением механизма репрессии. Активное накопление а.к. наступает с середины экспоненциальной фазы роста, достигая максимума к концу.

А.К. синтезируются из промежуточных продуктов гликолиза пентозофосфатного ЦТК и образуют целый ряд семейств:

1. Семейство пировиноградной кислоты (аланин, лейцин, валин).

2. Семейство серина (из трифосфоглицериновой к-ты) (серин, глицин, цистеин).

3. Семейство альфа-кетоглутаровой к-ты (пролин, аргинин, глутамин).

4. Семейство аспарагиновой к-ты (лизин, метионин, треонин, изолейцин, асп.к-та). Предшественником явл. щавелевоуксусная к-та (оксалоацетат).

5.АНТИБИОТИКИ И ИХ ПРОДУЦЕНТЫ

Антибиотик – продукт жд организмов или их модификации,облад высокой физиологич активностью по отношению к опред группам м/о(бактерии,грибы, водоросли, простейшие),вирусы и злокач опухоли,задерживая их рост или подавляя их развитие.

1. Антибиотики бактерицидного происхождения, их особенностью явл то,что по строению они пренадлежат к полипептидам и низкомолекулярным белкам.

(грамицидин – Bacilus brevis, полимиксины - Bacilus polimucser, низиныStreptococcus lactis)

2. вырабатываемые мицелиальными грибами(пенициллины – Penicilum и видами Aspergilium). Осн продуцент Penicilum hrizogenum. Образ различные формы пенициллинов, плесневые мицелиальные грибы – цефалоспорина, фумагинины, гризиофульфины

Трикотецин(грибы рода Трикотециум) – эффективен против грибов.

3. Антибиотики, продуцируемые актиномицетами(аминогликозиды, тетрациклины, актиномицины, макролиды, аннзамицины) р. Стрептомицесс.

4.ГЛУБИННЫЙ МЕТОД ПРОИЗВОДСТВА ФЕРМЕНТОВ

(на жид. пит средах в ферментерах). Сост из 5 стадий: 1.Пригот пит среды. Компоненты среды подают в емкость в опред последов-ти при пост перемеш. Стерилизацию проводят путем микрофильтрации с помощью полунепрониц мембран или при помощи высокихt^o. Стерилизуется также оборудование. Воздух очищ до и после аэрации. 2.Получ посев. материал. Посевной материал выращ глубинным способом,для грибов – мицелиальная вегетативная масса, для бактерий-молодая растущая культура на начальной стадии спорообразования.Массу продуцента увелсч. в 3-4 стадии. 3.Производственное культивирование. Биосинтез ферментов в глубинной культуре протекает 2-4 суток при непрерывной подаче воздуха и перемешивании. Высокая конц пит в-в на ранних стадиях роста м. тормозить рост культуры, поэтому некот. компоненты среды вводят в ферментер на стадии активного роста t^o22-32^оС. В ферментере ведетсяавтоматическое определение в среде углеводов,конц клеток, кол-во образующихся метаболитов, данные поступают в комп, кот автоматич регулир процесс.

4.Выделение фермента. После отделения биомассы. 5.Получ товарной формы.

7. МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ АНТИБИОТИКОВ

1. Конкурентное действие в процессе метаболизма

2. Ингибиторы синтеза клеточной стенки(пенициллины, цефалоспорины).

3. нарушающие функции мембраны (грамицидин, трихомицин)

4. Ингибиторы транскрипции и синтеза нуклеиновых кислот.

Тормозят Д0НК-зависимую РНК-полимеразу, что приводит к торможению синтеза любых видов бактериальной РНК(новобицин, актиномицин, митомицин)

5. ингибирующие синтез пурина и перемединов (сархомицин)

6. подавляющие синтез белка(тетрациклины, хлорам пеникол)

7. ингибирующие дыхание (олигомицин)

8. Ингибиторы окислительного фосфолирирования (грамицидин)

9. обладающие антиметаболическими св-ми (циклосерин)

10. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СИНТЕЗ ФЕРМЕНТОВ

1.Генетический,т.е.применение мутантных штаммов(облучение, изотопы, антибиотики)позволяет получ ферменты в большом кол-ве(у мутантов нарушен процесс регуляции синтеза, поэтому продукт синтезируется в большом количестве.

2.Пит среда. Н-р, липаза не синтезируется плесневым грибом родаАспергилиум без доб в среду индуктора. Доб жира кашелота увелич активность фермента α-амилазы культуры Аспергилиус в 3раза.Доб солодового экстракта ещё в10раз. Доб различных факторов роста,н-р, а.к., пуриновых оснований, РНК, продуктов гидролизаРНК также увеличивает рост культуры и синтез фермента. В кач-ве ист углерода исп крахмал, кукурузный экстракт, соевую муку, гидролизаты биомассы дрожжей. В состав пит сред д. входить ионы магния, марганца, цинка, железа, меди. Многие из этих элементов входят в состав фермента. Ионы кальция повыш устойчивость α-амилазы, а ионы железа и магния активизир и стабилизируют протеолитические ферменты

12. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ДРОЖЖЕЙ НА СИНТЕЗ ЛИПИДОВ

На биосинтез липидов влияет соотношение углерода и азота в среде. Повышение концентрации азота способствует снижению образования липидов. Недостаток азота при обеспеченности углеродом ведет к уменьшению выхода белковых в-в и соответственно высокому содержанию жира. Очень важно при получ. Липидов наличие в среде фосфора, при его недостатке источники углерода исп не полностью, при избытке накапливаются нелипидные продукты. На синтез липидов оказывает влияние pH, t, аэрация. При недостаточной аэрации липиды содержат в четыре раза меньше триацилглицеридов, в два разабольше фосфаглицеридов и в восемь раз больше жирных к-т, чем при нормальной аэрации. При интенсификации аэрации возрастает степень ненасыщенности липидов. Повышение pH ведет к увеличению содержания фосфоглицеридов и жирных кислот, при снижении кол-ва триацилглицеридов. Оптимальная температура роста и липидообразования у дрозжей совпадает. Однако регуляция t может создавать разные соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных к-т в составе фосфолиидных мембран

11.ПОЛУЧЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ПРОДУЦЕНТА

Исп ТВ увлажненная пит среда.Среда д.б. рыхлой, а слой культуры продуцента небольшим, поскольку требуется аэрация. Выращ культуры осущ в асептических условиях, но среда и кюветы предварительно стерилизуются. Преимущество – высок конеч конц фермента на ед. массы среды, культура легко высуши и переходит в товарную форму.

Посевной материал – культура вырасшая на тв пит среде, споровый материал, мицелиальная культура, выращ глубинным способом.

Основу пит среды сост пшеничные отруби(ист питания и структурообразователь). Для повыш активности ферментов доб соевый сипор, крахмал, растит отходы.

Среду стерилиз острым паром при помешивании t^о 105-140^оС 60-90мин. Засевают продуценты в среду, расклад ровным слоем в стерильные кюветы, помещ в растительные камеры.Культивируют 36-48ч.Рост делится на 3периода: 1.споры или конидии набухают и прорастают, 2. Наблюдается рост мицелия в виде пушка серовато-белого цветв, 3.образование конидий. Необходима аэрация и влажность 55-70%. Затем массу измельчают, культуру высуш при t^оне выше 40^оС, чтобы не инактивировать ферменты, не более30мин. Иногда применяют в ниочищ виде в кожевенной и спиртовой пром. Очистка – освобождение от нераств в-в, освобождение от сопутствующих раств в-в, фракционирование.

14. РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА ЛИЗИНА

Исходное соед-ие получают хим.путем, а конечную стадию осущ.за счет активности ферментных систем соответствующих штаммов.

А.К. синтезируются из промежуточных продуктов гликолиза пентозофосфатного ЦТК.

Ключевой фермент – аспартаткиназа. Ее активность угнетают лизин и треонин при совместном действии.

Продуцент –Корине бактериум.

Треонин ингибирует дегидрогеназу полуальдегида асп. кислоты, а гомосерин – дегидрогеназу, изолейцин –треониндегидрогеназу.

Эти продукты (которые ингибируют ферменты, участвующие в синтезе лизина) д.б. удалены.

6. БИОСИНТЕЗ АНТИБИОТИКОВ

Большое кол-во а.б. синтезируется м.о. из промежуточных и конечных продуктов превращения ароматических а.к. –путь шикимовой кислоты. Эта к-та явл. предшественником для синтеза многих а.б., кот. образ-ся конденсацией эритрозо4фосфата в пентозофосфатном цикле с фосфоенолпируватом. Далее она превращается в харизмовую к-ту, которая далее с образованием промежуточных продуктов ведет к образованию а.б.

Процесс развития м.о.-продуцентов а.б. имеет 2-фазный характер:

1. Фаза сбалансированного роста хар-ся быстрым накоплением биомассы, сопряженным с интенсивным потреблением компонентов субстрата (углерод, азот, фосфор), некоторым снижением рн среды и отсутствие биосинтеза а.б.

2. Фаза несбалансированного роста хар-ся снижением биомассы, обогащением среды продуктами обмена и автолиза (лизиса) клеток, повышением рн среды, биосинтезом а.б., в среде имеются мин.элементы, белки, нукл.кислоты, а.к., полисахариды.

Этот принцип двухфазного развития продуцентов характерен только для периодической культуры. А.б. явл. вторичными метаболитами, поэтому непрерывное культ-ие в данном случае не целесообразно.

У многих продуцентов а.б. продуктивность снижается в присутствии избытка углерода, в особенности глюкозы – этот эффект называется катаболитной репрессией. Поэтому источник углерода добавляют в среду небольшими порциями, чтобы существенно не увеличивать его концентрацию. Также используют специально полученных мутантов.

Присутствие источников азота, фосфора также может снизить синтез а.б., поскольку фосфат ингибирует транскрипцию некоторых генов синтеза а.б. Также используют специально полученных мутантов.

Сами а.б. как конечные продукты могут осущ-ть регуляцию своего синтеза при помощи обратной связи. Это дает возможность увеличить образование а.б., стимулируя его выделение в о.с., и тем самым понижая его концентрацию в клетке. Для удаления а.б. в о.с. используется метод увеличения проницаемости мембран.

Вторичные метаболиты синтезируются из первичных метаболитов, поэтому для эффективного образования а.б. необходимо наличие предшественников.

Так, у грибов им является альфа-аминоадипиновая к-та при синтезе пенициллина. Она также необходима для синтеза лизина. Поскольку лизин –конечный продукт, он ингибирует по принципу обратной связи первый фермент своего биосинтеза. Это сопровождается уменьшением кол-ва промежуточных продуктов, в т.ч. адипиновой к-ты, следовательно, снижается и продукция пенициллина.

Поэтому если в процесс синтеза а.б. внести предшественник, то данное ингибирование снимается. А у стрептомицес лизин наоборот стимулирует образование а.б. Это объясняется тем, что в данном случае у актиномицетов альфа-аминоадипиновая к-та синтезируется другим путем, в отличие от грибов.

Т.е. одни и те же метаболиты, получаемые у разных м.о. различными путями могут регулироваться по-разному.

Кроме адипиновой к-ты для синтеза пенициллина и цефалоспорина необходимы а.к. –цистеин и валин.

Продуценты а.б. часто защищены против токсических эффектов своих же собственных продуктов. Эти механизмы связаны с инактивацией а.б. в клетке, либо с выделением их в о.с., либо обусловлены присутствием генов устойчивости.

Возможен ферментативный синтез а.б. при помощи пенициллиназ.

8.СУБСТРАТЫ И ПРОДУЦЕНТЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО БЕЛКА

Субстратом для получения белка явл парафины, дистилляты нефти, природный газ, спирты, растительные гидрализаты, отходы промышленных предприятий. Для производства белка выгодно использовать дешевый субстрат. Этим требованиям соответствуют нормальные, т.е не разветвленные парафины нефти. Выход белка 100% от объема субстрата. Такие производства были организованы в 80-е года в СССР. В качестве сырья исп выделенные из нефти алканы. Продуценты дрожжи вида Candida (Candida maltoza, C. lipolitica) но данные производства были закрыты по причине необходимости отчистки готового кормового продукта от остатков нефти, обладающими канцерогенными свойствами. Др перспективным сырьем явл метиловый спирт, его получ микробиологическим методом с использованием древесины, соломы, городских отходов. Др ист явл метанол на нем м расти 25 видов дрожжей рода Pichia. Активными продуцентами на данном субстрате явл бактерии. В зарубежных странах США, Япония, Канада, разработаны технологии получения белка на природном газе. Выход 66% от массы субстрата. В Великобритании исп смешанная культура бактерий метиламонос исп метан и псевдоманады, характеризуется высокой скоростью роста и продуктивностью. Достоинства метана: доступность, относително низкая стоймость, высокая интенсивность образования биомассы, значительное содержание в биомассе белка сбалансированного по а.к. составу. Бактерии которые использует метан хорошо переносят кислую среду и высокие температуры, в связи с чем устойчивы к инфекциям.

Эффективным субстратом является CO₂ d в данном случае исп микроводоросли, кот исп солнечную энергию, и водородоокисляющие бактерии. Для выполнения данного производства необходимы климатические условия t и интенсивность солнечного света. Водородоокисляющие бактерии окисляют водород засчет кислорода воздуха, при этом идет накопление биомассы.

Растительная биомасса.гидролиз древесины происходит в присутствии катализатора минеральных к-т при высокой t, при этом образуются гексозы и пентозы. При кислотном гидролизе м образоваться побочные продукты (фурфурол, меланины), из-за высоких t м наблюдаться карамелизация сахаров эти вещества препятствуют росту дрожжей, поэтому их отделяют от гидролизата.

Очень эффективно использовать отходы целлюлозно-бумажной пром. Перспективным субстратом явл молочная сыворотка. 20% всех дрожжей м исп лактозу, содержащуюся в молоке. Впервые молочную сыворотку начали исп в Германии, в кач-ве продуктов исп сахаромицетов, в наст время имп Candida и Torylopsis. Молочная сыворотка с выросшими на ней дрожжами по биологич ценности превосходит исходное сырье и ее м исп в кач- ве заменителей молока.

9.СТАДИИ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.создание среды м/о нуждаются в ист углерода, азота, и минеральных веществ (Ca, Mg, P,K, Na, S) многие м/о нуждаются в витаминах и факторах роста и в кач -ве ист углерода исп сахара, иногда масла, жиры, углеводороды. Источник азота аммиак, соли аммония, соевая мука, соевые бобы, мука из хлопчатника, отходы скотобоен, дрожжевой экстракт, рыбная мука.

2.Стирилизация среды и оборудования два этапа:

-прямая инжекция горячим паром

-нагревание при помощи теплообменника. Степень стерилизации зависит от процесса ферментации макс стерил при производстве лекарств, препаратов и хим средств. В некот производствах не соблюдаются жесткие правила стерил (производство уксусной к-ты, производство пива). В процессе ферментации создаются условия ингибирующие постороннюю микрофлору. При производстве пива сусла подвергается кипячению, а не стирилизации (t выше 100⁰C)

3.получение культуры. Музейные культуры хранят при низкой t и исходную культуру несколько раз пересевают увеличивая микробную биомассу и затем нужное кол-во биомассы- инокулят выращивают на производственной среде с целью адаптации культуры к среде, а затем вводят ферментер, объем иннокулята 1-10% от объема ферментера. Культура хранится в абсолютно стерильных условиях, а в производстве м.б. в стерильных, а м.и не в стерильных.

4. Рост в ферментере. Создаются условия оптимальные для развития определенного м/о. в ферментере осущ регуляция температуры, pH и концентрации растворенного в среде кислорода. Обычно в ферментёре сущ перемеш устройство и через среду пропускается воздух насыщенный кислородом. t регулируется с помощью воды или пара, кот пропускают через теплообменник. Если культура анаэробная или факультативно анаэробная, то аэрация и перемешивания отсутствуют (производство пива, требуется минимальное кол-во кислорода). Ферментеры явл цилиндрическими, которые снижаются книзу, что способствует оседанию дрожжей.

5.выделение и очистка продукта.

После завершения ферментации в культур жидкости присутствует м/о, не исп пит компоненты, продукты метаболизма и желаемый продукт. Поэтому продукт отчищают от примесей. При производстве пива, вина дрожжи отделяют фильтрованием. Иногда при получении конечного продукта прибегают к экстрагированию растворителя, хроматографии, ультрафильтрации.

6.Переработка и ликвидация отходов ферментации.

М остаться жидкость сами клетки м/о, загрязненная вода после мытья установки, вода применяемая для охлаждения. Жидкие отходы содержат много органич соед, при сбрасывании в реки эти отходы стимулируют интенсивный рост м\о что сопровождается потреблением кислорода и созданию анаэробных условий, поэтому отходы должны подвергаться биологич обработке.

7. микробная биомасса м служить конечным продуктом производства, используют два основных типа м/о дрожжи для хлебопечения; одноклеточные м/о исп как ист белка.

8.продукты метаболизма.

16. ПОЛУЧЕНИЕ СОРБОЗЫ ИЗ СОРБИТА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

Продуцент –Глюконобактер оксиданс

Питат.среда- 20% сорбита, дрожжевой или кукурузный экстракт.

Основное кол-во сорбита трансформируется в сорбозу. Процесс осущ-ся в ферментерах с усиленной аэрацией.

Выход сорбозы за 20-40ч составляет 98%.

Побочный продукт – 5-кетофруктоза, образуемая из фруктозы.

Условия культивирования – период.и непрерыв.способами. При непрерывном преимущество заключается в том, что на первых стадиях условия благоприятны для размножения клеток, а потом концентрацию сорбита увеличивают до 30-50% и ведут его окисление образовавшимися клетками.

После окончания культивирования сорбозу выделяют хим.путем.

Также возможно окисление сорбита иммобилизованными клетками в ПААГ

18. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУЦЕНТОВ.

Микробиологическим методом получают около 60 орг.кислот. Семь из них очень широко производят в промышленном масштабе – лимонную, глюконовую, кетоглюконовую, итаконовую получают только микроб.путем,

молочную и уксусную – хим.и микроб.способом,

яблочную –хим. и энзиматическим.

Эти кислоты используются как консерванты и регуляторы кислотности.

При получении кислот микроб.методом кислоты являются промежуточным или конечным продуктов метаболизма, т.е. наблюдается неполное окисление соединений углерода в аэробных условиях (ЦТК). Исключение –молочная кислота, кот.образ. в ходе молочно-кислого брожения.

Продуценты:

Лимонная кислота –гриб Аспергилус нигер

Молочная – лактобациллюс казеи, плесневый гриб Ризопус оризе.

Уксусная – укуснокислые бактерии Ацетобактер ацети, спорообразующие бактерии Клостридиум ацетикум.

На поверхности питат.сред пенициллы и аспергиллы образуют колонии, состояющие из субстратного мицелия. Мицелий септированный, разветвленный, белого цвета.

На определенной стадии образ.воздушный мицелий, состоящий из конидиеносцев с конидиями. Размножение возможно также спорами и обрывками мицелия.

Представители Ризопус образ. несептированный мицелий. Спорангиеносцы несут спорангий с эндогенными спорами.

19. ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕРМЕНТОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ В ПРОМЫШЛЕННОМ МАСШТАБЕ. ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Ферментным препаратам относятся:

-гидролазы-расщепляют более организованные молекулы на менее организованные;

-амилолитические (a-амилазы, b-амилазы, глюкоамилаза) гидролиз крахмала и гликогена, крахмал распадается до дектринов, а затем до клюкозы. Эти ферменты исп. В спиртовой пром, хлебопечении.;

-протеолетические-гидролизуют пептидные связи в белках и пептидах, исп. Кислые протеазы (pH1,5-3,7).протеазы нейтральные(pH6,57,5),щелочные протеазы (pH 3,8). Исп в мясной промышленности для смягчения мяса, в кожевенной для смягчения шкур, в кинопроизводстве при регенерации пленок, в парфюмерии в качестве добавок в кремы, лосьоны, зубную пасту. При производстве моющих средств, в медицине при лечении воспалительных процессов, тромбозов.;

-пектинолитические – уменьшают молекулярную массу и снижают вязкость пектиновых веществ. Исп в текстильных производствах (вымачивание льна перед переработкой), виноделии для осветления вин, при консервировании фруктовых соков;

-целлюлолитические – осуществляют деполимеризацию молекул целлюлозы. Исп в медицине для выделения стеройдов из растений, пищевой для улучшения качества раст масел, в с\х как добавка к комбикормам.

23.ПЕРСПЕКТИВНОСТЬ ИММОБИЛИЗАЦИИ ФЕРМЕНТОВ

Сущность иммобилизации: прикрепление фермента в активной форме к нерастворимому носителю или заключение в полунепрониц мембрану. Прикрепление осущ адсорбционно, хим связью или путем механич включения фермента в органич или неорганич гель или капсулу. Преимущество:

1.Катализатор легко отделим от реакционной среды, что дает возможность остановить р-цию, а также исп ф многократно и получ чистый от фермента продукт.

2. Ферментативный процесс. Можно проводить непрерывно, регулируя скорость р-ции и выход продукта

3. М. регулировать активность ферментов путем изменения св-в носителя.

13.ТЕХНОЛООГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ

Продуцент – уксусно-кислые бактерии рода Ацетобактер ацети. Аэробы, сор не образуют, мелкие палочки, колбасовидные клетки, мезофилы 30 гр.С.

Субстрат – укс.к-ту можно получить хим.путем в результате перегонки древесины и микробиол.путем в результате уксусно-кислого брожения таких субстратов как виноградное вино, пивное сусло, соки, водный р-р этанола. Источник азота-аммонийные соли, источник углерода- спирт, укс.к-та, синтезируют витамины сами.

Уксусно-кислое брожение.

1. Этанол превращается в альдегид в помощью алкогольдегидрогеназы. Обратимая реакция.

2. Альдегид превращается в укс.к-ту с помощью альдегиддегидрогеназы. Выделяются молекулы воды.

Виду высокой кислотности питательной среды процесс не требует соблюдения стерильности.

В готовом продукте также небольшое кол-во сложных эфиров, альдегидов и др. Благодаря этому уксус имеет особый вкус и аромат.

Уксус м.б. белый спиртовой и винный красный.

Культивирование глубинным периодическим способом, т.е. посевным материалом служит жидкость от предыдущего цикла.

Использ. Ф. из нержавеющей стали с перемешивающими устройства, аэраторами. В Ф. заливается смесь укс.к-ты и этанола. В лаг-фазе не замечается заметного роста бактерий, затем конц-ия спирта начинает уменьшаться, а к-ты увеличиваться.

В аппарат порциями добавляют р-р спирта. После того, как конц-ия уксуса достигнет 9-10% 2/3 объема жидкости отбирается, как готовый продукт и цикл повторяется.

Часто Ф. соединяют последовательно по 5 штук. В первом клетки бактерий размножаются ввиду невысокой конц-ии укс.к-ты, а в последующих –идет уже накопление укс.к-ты

15. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ГЛУБИННОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ПРОДУЦЕНТА

Применение: кондитерская пром-ть, виноделие, пр-во консервантов, безалкогольных напитков, фарм.практике, хим.пром-ти, при окраске тканей, изготовлении моющих средств, чернил.

Продуцент – гриб Аспергилус нигер. Это мутантные штаммы, кот.имеют высокий выход конечного продукта.

Наилучший субстрат –сахароза, низкое значение рн (подавляется синтез др.орг.кислот), достаточная аэрация.

Две фазы развития продуцента:

1. Активный рост гриба

2. Интенсивное кислотообразование (наблюдается в стац.фазе)

Применяют 3 способа ферментации:

- культивирование на поверхности твердой питат.среды;

- поверхностное культивирование на жидкой среде;

- погруженное глубинное культивирование.

Рассмотрим третий способ. Он позволяет автоматизировать процесс и увеличить масштабы производства. Процесс включает в себя два этапа:

1) выращивание мицелия в посевном аппарате

2) рост мицелия и кислотообразование в основном ферментере.

Исходная питат.среда имеет низкую концентрацию сахара (3-4%). По мере потребления сахара осуществляют подлив раствора мелассы (до 12-15%).

Далее раствор освобождают от мицелия методом фильтрации. В клетках накапливается лимонная к-та, кот.затем выделяется в среду.

Разработаны также техн.приемы получения лимоной к-ты при культивировании дрожжей рода Кандида и микромицетов на н-алканах.

Сверхсинтез лимонной к-ты наблюдается при дефиците азота в среде. Одновременно идет накопление изолимонной к-ты, а также альфа-кетоглутаровой к-ты.

17. ПРОДУЦЕНТА ЛИПИДОВ. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ

Липиды- органич в-ва, не растворимые в воде, но растворимые в органических растворителях. Простые – нйтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот. Сложные- состоят из липидной и нелипидной части (гликолипиды, фосфолипиды, липопротеиды).

Технологический процесс получения микробных липидов включает метод выделения липидов из клеточной биомассы методом экстракции в неполярном растворителе получают микробный жир и обезжиренный белковый препарат (биошрод). Сырьем явл. парафины, дистилляты нефти, природный газ, спирты, растительные гидролизаты, отходы промышленных предприятий. Впрцессе получают три класса: простые, сложные, их производные. Простые липиды находят применение в кач-ве смазки в процессе обработки металлов, продуцентами явл. дрожжи; мицелиальные грибы; сложных- бактерии

К производным липидов относят жирные кислоты спирты углеводороды, витамин D,E,K. при образ. Липидов у большинства дрожжей разграничиваются след. Стадии:

1.быстрое образ.белка в условии усиленного снабжения культуры озотом и медленное накопление липидов (нейтральных жиров и глицерофосфатов)

2.прекращение роста дрожжей и усиленное накопление липидов.

Продуцентами являются дрожжи рода Criptococcus, Lipomyces, Rodutoryla.

Criptococcus могут синтезировать большое кол-во до 60% от сухой массы липидов.

Lipomyces, Rodutoryla синтезируют липиды триацитилглицериды (до 70%) на милассе, гидрализатах торфа и древесине. Процесс образования липидов зависит от условий культивирования. Сложные липиды м. синтезироваться бактериями. При этом бактерии производят разнообразные жирные кислоты, что важно для их получ. В пром масштабе. Для получения липидов перспективны водоросли, но недостаток- малая скорость роста и накопление таксич. Соед. в клетках. На биосинтез липидов влияет соотношение углерода и азота в среде. Повышение концентрации азота способствует снижению образования липидов. Недостаток азота при обеспеченности углеродом ведет к уменьшению выхода белковых в-в и соответственно высокому содержанию жира. Очень важно при получ. Липидов наличие в среде фосфора, при его недостатке источники углерода исп не полностью, при избытке накапливаются нелипидные продукты. На синтез липидов оказывает влияние pH, t, аэрация. При недостаточной аэрации липиды содержат в четыре раза меньше триацилглицеридов, в два разабольше фосфаглицеридов и в восемь раз больше жирных к-т, чем при нормальной аэрации. При интенсификации аэрации возрастает степень ненасыщенности липидов. Повышение pH ведет к увеличению содержания фосфоглицеридов и жирных кислот, при снижении кол-ва триацилглицеридов. Оптимальная температура роста и липидообразования у дрозжей совпадает. Однако регуляция t может создавать разные соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных к-т в составе фосфолиидных мембран.

24. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВИТАМИНА С

Витамин С необходим для обмена веществ, при недостатке-цинга. Прим.в профилактических, лечебных целях, для стабилизации масла, пива, мороженого, поскольку снижает окислительно-восст.потенциал.

Впервые аск.к-та получена в 1934г. В Швейцарии по следующей схеме:

1. Гидрирование Д-глюкозы до Д-сорбита.

2. Микробиол.трансформация сорбита в сорбозу при участии фермента полиолдегидрогеназы.

3. Конденсация сорбозы с диацетоном и получение диацетонсорбозы.

4. Окисление диацетонсорбозы до диацето-2кето-альфа гулоновой кислоты.

5. Гидролиз полученного соединение с получением 2кето-альфа гулоновой кислоты.

6. Енолизация (замыкание в кольцо).

7. Превращение данного соединение в альфа-аскорбиновую к-ту при участии фермента енолазы.

21. ПОЛУЧЕНИЕ ДИОКСИАЦЕТОНА ПУТЕМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ

Продуцент - Глюконобактер оксиданс

Диоксиацетон применяют в производстве лекарственных препаратов, косметических средств, синт.полимеров. Получают путем микробиол.трансформации из глицерина:

CH2OH CH2OH

| ____________ |

HCOH C=O

| |

CH2OH CH2OH

При помощи двух глицеролдегидрогеназ.

Ферменты мембраносвязанные рн=6 и НАДзависимые рн=10,5.

Для этого процесса используют селекционно полученные штаммы, кот.могут расти на средах с высоким содержанием глицерина и образовывать большие кол-ва диоксиацетона.

Питат.среда – 10-20% глицерина, 05% дрожжевого или кукурузного экстракта.

рн=5,5-5,7 30 гр.С

Культивирование глубинное периодическое. Выход до 98% от теор.возможного.

Получать диоксиацетон можно не в растущей культуре: при использовании сухой бактериальной массы (2 г/л) за 3 ч получали 60 г диоксиацетона, что обусловлено высокой активностью глицеролдегидрогеназ. Причем эксперимент проходит в условиях усиленной аэрации.

Из КЖ выделение осущ.хим.путем.

22. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ ПРИ ПОВЕРХНОСТНОМ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ПРОДУЦЕНТА

Продуцент – гриб Аспергилус нигер. Это мутантные штаммы, кот.имеют высокий выход конечного продукта.

Наилучший субстрат – сахароза, низкое значение рн (подавляется синтез др.орг.кислот), достаточная аэрация.

Две фазы развития продуцента:

1.Активный рост гриба

2.Интенсивное кислотообразование (наблюдается в стац.фазе)

Применяют 3 способа ферментации:

- культивирование на поверхности твердой питат.среды;

- поверхностное культивирование на жидкой среде;

- погруженное глубинное культивирование.

Культивирование на поверхности твердой питат.среды широко применяется в Японии (культуру выращивают в лотках на поверхности влажных отрубей риса или пшеницы).

Поверхностное культивирование на жидкой среде - в США и Европе. Жидкую среду заливают в кюветы и засевают спорами – конидиями продуцента. Гриб развивается в виде плотной пленки, образующаяся кислота поступает в раствор, из которого ее потом осаждают.

В 5-60гг. вместо сахара стали использовать мелассу. Она содержит ионы металлов, кот.угнетают образование кислот, поэтому предварительно ее очищают от примесей.

Выращивание продуцента достигает максимума по накоплению кислоты на 5-6 сутки и далее удерживается.

Существует три способа ведения процесса:

· Бессменный (рост и кислотообразование происходят в одной и той же среде)

· Сменный (или метод готовых пленок) – под готовую пленку после промывки мицелия подводят новый питат.р-р

· Доливной (через 6-7 суток, когда содержание сахара снизится до 3-4% подливают свежий р-р мелассы)

Температура 34-36 гр.С. Аэрация 3-4 куб.м./час на 1 кв.м. мицелия. При усиленном продуцировании кислоты подача воздуха увеличивается. В конце процесса концентрация кислоты достигает 200 г/л среды. Затем КЖ сливают и используют для получения кислоты.

25.ХАРАКТЕРИСТИКА УКСУСНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ КАК ПРОДУЦЕНТОВ МНОГИХ ВЕЩЕСТВ

Грам -, аэробы (т.е. активно размножаются при доступе кислорода), имеют форму палочек расположенных одиночно или короткими цепочками.

Два основных представителя Ацетобактоер и Глюконобактер. Ацетобактеры палочковидные или эллипсоидные, глюконобактеры – палочковидные, при неблагоприятных условиях клетки со вздутиями, колбасовидные, они увеличиваются в размерах, но не размножаются.

Предпочитают кислую среду рн 4,5-5,5

Оптимум 30-32 гр.С

Питат.среда – этанол, уксусная к-та. Требуются факторы роста- кукурузный или дрожжевой экстракт. Могут использовать глицерин (при пр-ве диоксиацетона).

Вызывают порчу вина, пива, образуя на поверхности пленку.

Ацетобактеры с помощью фермента алкогольдегидрогеназы этанол превращают в альдегид, а затем альдегид –в уксусную кислоту с помощью фермента альдегиддегидрогеназы. Реакция обратимая. Далее в ЦТК укс.к-та распадается на углекислый газ и воду. Т.е. укс.к-та явл.промежуточным продуктом.

Глюконобактеры: укс.к-та является конечным продуктом, у них ЦТК действует неполно из-за отсутствия необходимых ферментов для превращения одних кислот в другие. У них действует пентозо-фосфатный путь. Таким образом, Глюконобактеры могут трансформировать вещества: из сорбита получать собозу, из маннита –фруктозу, из глюкозы –глюконовую кислоту, из глицерина – диоксиацетон.

26, 29, 30. КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ.

Производство микробное можно разделить на 3 группы:

1) основанное на производстве живой или иноктивированной биомассы микроорганизмов (производство хлебопекарных, кормовых, винных дрожжей, вакцин, белково- витаминных концентратов, средств защиты растений, заквасок для изготовление кисло-иолочных продуктов, силосование кормов и производств почво-удобрительных препаратов)

2) производящие продукты микробного синтеза. Получение антибиотиков, гормонов, ферментов, витаминов, аминокислот

3) производство, основанное на получении продуктов брожения, гниения. Получение спиртов, органических кислот, растворителей, утилизации целлюлозы и различных древесных отходов, с целью получения углеводов, биогаза и биоэтанола.

Рост и накопление биомассы и продуктов не всегда происходят одновременно и могут характеризоваться некоторым сдвигом фаз.

Продукты метаболизма делятся на первичные и вторичные.

Первичные – связанные с синтезом самой биомассы. Это низкомолекулярные строительные блоки: аминокислоты, витамины, жирные кислоты.

Механизм регуляции получения первичных метаболитов ведут к тому, что их количество в клетке бывает достаточным для конструирования всех клеточных структур.

Вторичные – соединении, синтез которых не связан с накоплением биомассы, например: антибиотики, пигменты, метотоксины, некоторые витамины. Многие не участвуют в дальнейшем метаболизме клетки.

Первичный метаболизм совпадает с синтезом биомассы, второй запаздывает.

– трофаза – фаза активного синтеза биомассы

II – идиофаза – накопление.

Для синтеза некоторых ферментов характерны катализирующие процессы увеличения биомассы.

ВТОРИЧНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ. КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ.

МЕТАБОЛИТЫ - это промежуточные продукты обмена органических и неорганических веществ в живых клетках, которые бывают нескольких видов: первичными, вторичными, промежуточными, конечными, подвергающиеся и не подвергающиеся дальнейшей биотрансформации. Последние выходят из организма с различными продуктами выделения.

Вторичные метаболиты - соединения, синтез которых не связано напрямую с накоплением биомассы (антибиотики, пигменты, некоторые витамины). Многие из этих вторичных метаболитов не участвуют в дальнейшем метаболизме.

В фазе замедления роста и в стационарной фазе некоторые микроорганизмы синтезируют вещества, не образующиеся в логарифмической фазе и не играющие явной роли в метаболизме. Эти вещества называют вторичными метаболитами. Их синтезируют не все микроорганизмы, а в основном нитчатые бактерии, грибы и спорообразующие бактерии. Таким образом, продуценты первичных и вторичных метаболитов относятся к разным таксономическим группам.

Эти метаболиты являются биологически активными веществами: одни из них обладают антимикробной активностью, другие являются специфическими ингибиторами ферментов, третьи – ростовыми факторами, многие обладают фармакологической активностью. Получение такого рода веществ послужило основой для создания целого ряда отраслей микробиологической промышленности. Первым в этом ряду стало производство пенициллина; микробиологический способ получения пенициллина.

27.КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ПОЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗНОВ

Производство микробное можно разделить на 3 группы:

1) основанное на производстве живой или инактивированной биомассы микроорганизмов (производство хлебопекарных, кормовых, винных дрожжей, вакцин, белково- витаминных концентратов, средств защиты растений, заквасок для изготовление кисло-молочных продуктов, силосование кормов и производств почво-удобрительных препаратов)

.продукты метаболизма.

1. лаг фаза –фаза привыкания м/о, кол-во не увеличивается.

2. фаза логарифмического роста – активное деление клеток.

3. стационарная- кол-во клеток не изменяется.

4.фаза отмирания – гибель клеток.

Данная кривая хар-на только для переодич культивир.

Непрерывное культивир – когда переодически добавляется пит среда и одновременно из ферментера отводится культ жидкость.

В логарифмической фазе образуются продукты жизненноважные для роста м/о: аминокислоты, нуклеотиды, белки, углеводы, нуклеиновые к – первичные метаболиты. Первичные метаболиты синтезируются в кол-ве необходимом самим м/о, поэтому исп штаммы, полученные селекционным путем или с помощью мутагенов.

В фазе замедленного роста и в стационарной фазе образ вторичные метаболиты. Их синтезируют не все м/о, в основном нитчатые бактерии, грибы и спорообразующие бактерии. Эти метаболиты явл БАВ. Одни из них обладают антимикробной активностью, др ингибируют ферменты, третьи явл ростовыми факторами, служат для защиты или вытеснения др микрофлоры.

37. БИОСИНТЕЗ ФЕРМЕНТОВ

Существует ряд факторов, влияющих на биосинтез ферментов. В первую очередь, к ним относится генетический. Состав и количество синтезируемых ферментов наследственно детерминированы. Применяя мутагены можно изменить генетические свойства микроорганизмов и получить штаммы с ценными для промышленности свойствами. К мутагенным факторам относятся ионизирующее и неионизирующее излучения, изотопы, антибиотики, другие химические соединения, преобразующие наследственные элементы клетки. Несмотря на определяющую роль генетического фактора в биосинтезе ферментов, производительность биотехнологических процессов зависит и от состава питательной среды. При этом важно не только наличие источников основных питательных веществ, но и веществ, играющих роль индукторов или репрессоров биосинтеза данного конкретного фермента или их групп. Механизм этого явления еще не вполне изучен, но сам факт должен учитываться при выборе технологии.

Рассмотрим несколько примеров. Фермент липаза почти не синтезируется грибом Aspergillus awamori на среде без индуктора, добавление жира кашалота усиливает биосинтез фермента в сотни раз. При добавлении же в среду крахмала и при полном исключении минерального фосфора интенсивно синтезируется фосфатаза. Не только наличие индуктора способно увеличивать выход фермента. Важную роль играет состав питательной среды и условия культивирования. При разработке процесса биосинтеза a-амилазы культурой Aspergillus oryzae замена сахарозы (как источника углерода) на крахмал увеличила активность фермента в 3 раза, добавление солодового экстракта (из проросших семян злаковых) ещё в 10 раз, а повышение концентрации основных элементов питательной среды на 50% - ещё в 2 раза.

Для интенсификации процесса роста и синтеза ферментов добавляют различные факторы роста, например, аминокислоты, пуриновые основания и их производные, РНК и продукты её гидролиза. В качестве источника углерода используют крахмал, кукурузный экстракт, соевую муку, гидролизаты биомассы дрожжей. Микроорганизмы могут утилизировать и минеральные источники азота. В состав питательных сред входят и ионы Mg, Mn, Zn, Fe, Cu и др. металлов. Механизм действия большинства из них неизвестен. Некоторые входят в состав фермента. Ионы Ca повышают устойчивость a-амилазы, ионы Fe и Mg активизируют и стабилизируют протеолитические ферменты.

28.КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ БИОТРАНСФОРМАЦИИ ВЕЩЕСТВ И ПОЛУЧЕНИЕ РЕКОМБИНАНТНЫХ ШТАММОВ.

Производство микробное можно разделить на 3 группы:

1) основанное на производстве живой или иноктивированной биомассы микроорганизмов (производство хлебопекарных, кормовых, винных дрожжей, вакцин, белково- витаминных концентратов, средств защиты растений, заквасок для изготовление кисло-молочных продуктов, силосование кормов и производств почво-удобрительных препаратов)

.продукты метаболизма.

Легче повысить продуктивность м/о, а с помощью рекомбинантной ДНК м получать животные ферменты в клетках м/о. Рекомбинантные продукты (генномодифицированные) технология рекомбинантной ДНК позволяет включать гены высших организмов в геном бактерий, в рез-те бактерии приобретают способность синтезировать не свойственные им вещества (гормон роста, белок для свертывания крови)

Биотрансформация веществ. м/о исп для превращения одних соединений в др структурно сложные, но более ценные. Получение уксуса в результате превращения этанола в уксусную кислоту, так же стероидные гормоны и антибиотики.

35, 32.ТРЕБОВАНИЯ К ПРОМЫШЛЕННЫМ ДРОЖЖАМ. ОБЩАЯ ХАРАСТЕРИСТИКА ДРОЖЖЕЙ.

Дрожжи — внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Объединяет около 1500 видов, относящихся к аскомицетам и базидиомицетам.

Хар-ка:

Дрожжи встречаются в природе повсеместно, в почве, на растениях, в водоемах, в пищеварительном тракте. Некоторые дрожжи вызывают заболевания человека, животных, другие – болезни растений. Оптимальная рН 3,5 – 6,5; температура 28 – 30 °С, но температурный диапазон от 0 (даже – 7 °С) до 50 °С.

Многие дрожжи факультативные анаэробы. В присутствии кислорода – наращивание биомассы, в отсутствии – переходит на брожение. Из соединений углерода используют гексозы, либо пентозы. Из полисахаридов – крахмал и инсулин.

Есть дрожжи, использующие углеводороды и спирты (этанол, метанол). А также используют органические кислоты. В качестве источника азота – соли аммония, аминокислоты, пептиды, реже нитраты и нитриты. Некоторые нуждаются в витаминах тионине, биотине, другие сами синтезируют эти витамины.

Аскомицеты образуют аски с 4 спорами. Форма дрожжей весьма разнообразна: округлая, вытянутая, треугольная, стреловидная, бочкообразная, бутылковидная. Стреловидная, бочко- и бутылковидная – для диких дрожжей.

Дикие дрожжи – вызывающие порчу продуктов и мешающие технологическому процессу.

Культурные дрожжи – используют человеком для получения ценных веществ.

К роду сахаромицесс относятся 7 видов. Самый распространенный сахаромицесс церевизия. Используются в хлебопечении, производстве этанола, в виноделии (S. vini), в пивоварении (S. carlsbergensis).

Форма округлая, располагается одиночно, по две, четыре штучки, иногда образуют короткие цепочки или гроздья.

Колония – потомство одной клетки, выросших на плотной питательной среде. Колонии у сахаромицесс церевизия – пастообразные, кремовые, с гладкой, иногда пузырчатой поверхностью, с блестящими или тусклыми секторами, край колонии цельный, иногда лопстной, при посеве на среду с ацетатом образуют АСКИ с 1 – 4 спорами. В аэробных условиях используют глюкозу, галактозу, мальтозу, сахарозу, на 1/3 рафинозу. Не используют лактозу, целлобиозу, крахмал, ксилозу, янтарную, лимонную кислоты и в качестве азота не используют нитраты.

Штаммы подразделяются на расы верхового и низового брожения. К расам низового брожения – винные, пивные. К расам верхового – спиртовые, хлебопекарные и некоторые пивные. Низовые – при температуре от 0 до 10 °С. Верховые – при температуре от 14 до 25 °С. Низовые дрожжи в конце брожения опускаются на дно, образуя осадок. А верховые – всплывают на поверхность, образуя шапку, это объясняется тем, что клетки остаются соединенные в цепочки и под действием выделяющегося СО₂ поднимаются на поверхность.

Культурные дрожи подразделяются:

1) хлопьевидные – в конце брожения слиаются в комки, так называемые флоккулы. Дрожжи крупнее, тяжелее, лучше создают аромат напитков.

2) пылевидные – остаются во взвешанном состоянии. Дают меньшую биомассу, но обладают высокой бродильной активностью.

Требования к дрожжам:

-должны обладать высокой бродильной активностью, полно сбраживать сахара, быть устойчивыми к спирту (при переработке крахмалистого сырья);

- переносить высокие концентрации сухих веществ и полно сбраживать рафинозу (при сбраживании мелассных растворов);

- обладать высокой активностью ферментов (зимазно-мальтазного комплекса), высокой генеративной активностью (хлебопечение);

- должны медленно и полно оседать, сбраживать глюкозу и фруктозу (пивоварение);

- должны полно осветлять сусло, улучшать вкус и аромат (виноделие);

33. РЕГУЛЯЦИЯ БРОЖЖЕНИЯ У ДРОЖЖЕЙ

Спиртовое брожение у дрожжей до образования пировиноградной кислоты отличается от гликолиза у высших организмов лишь последними этапами, на которых вместо молочной кислоты образуется этиловый спирт. Обусловлено это наличием у дрожжей лируватдекарбоксилазы, катализирующей превращение пирувата в ацетальдегид, кот затем восстанавливается в этанол.

-СО₂ НАДН НАД

СН₃СООН → СН₃СОН → СН₃СН₂ОН

Пируватдекарбоксилаза алкогольдегидрогеназа

Пируват ацетальдегид этанол

Брожение предполагает строгое равновесие процессов окисления и восстановления. Такой процесс Нейберг назвал первой формой брожения.

С₆Н₁₂0₆ →2 С0₂ + 2 С₂Н₅ОН

глюкоза этанол

Ход брожения может заметно меняться в зависимости от конкретных условий. Так, внесение в среду бисульфита натрия приводит к связыванию ацетальдегид а. В этом случае акцептором электронов становится дигидроксиацетонфосфат, превращающийся в глицерин-3-фосфат, а затем в глицерин (вторая форма брожения по Нейбергу). Такую форму брожения используют в промышленности для получения глицерина.

С_бН₁₂О₆ + NaHSO₃ → СН₂ОНСН(ОН)СН₂ОН + CH₃CHOHSO₃Na+ СО₂

глюкоз бисульфит натрия глицерин ацетальдегидсульфит натрия

Сходный вариант спиртового брожения наблюдается при выращивании дрожжей в щелочной среде. Наряду с глицерином продуктами брожения являются уксусная кислота и этанол. Уксусная кислота образуется в результате окисления ацетальдегида НАД-зависимой дегидрогеназой, а образовавшийся на этой стадии НАДН используется для восстановления ацетальдегида в этанол (третья форма брожения по Нейбергу). Такой химизм благоприятен для клеток, поскольку образующаяся кислота снижает значение рН среды, после чего вновь возобновляется нормальное спиртовое брожение.

2 С₆ Н₁₂О₆ + Н₂О → 2СН₂ОНСНОНСН₂ОН + С₂Н₅ОН + СНзСООН + 2 СО₂

глюкоза глицерин этанол уксусная кислота

В начальной стадии спиртового брожения д и гидрокси ацетонфос-фат является акцептором электронов, пока не накопился ацетальдегид. Этим объясняется накопление в начале брожения глицерина. Спиртовое и глицеринпировиноградное брожения связаны друг с другом. В начале спиртового брожения преобладает глицеринпировиноградное брожение, приводящее к образованию глицерина и пировино-градной кислоты.

Основная часть пировиноградной кислоты идет на образование различных вторичных продуктов. К ним относятся уксусная, молочная, янтарная, пропионовая, муравьиная и некоторые другие кислоты, ацетон, диацетил, ацетоин, 2,3-бутандиол, альдегиды и сложные эфиры. Кроме вторичных продуктов при спиртовом брожении образуются побочные продукты - высшие спирты, или сивушные масла. К ним относятся З'метилбутанол, 2-метилбутанол, изобутиленовый, н-бутиловый, н-пропиловый и ароматические спирты. Эти продукты синтезируются из соответствующих кетокислот, образующихся в результате метаболизма углеводов, или из аминокислот. Вторичные и побочные продукты существенно влияют на вкус и аромат готового продукта. При спиртовом брожении образуются также серосодержащие вещества - сероводород, сульфиты и меркаптаны. На образование сероводорода влияет интенсивность брожения, а также присутствие ионов меди и цинка. Восстановление сульфатов в сульфиты зависит от свойств штаммов дрожжей. Выделение углекислого газа при брожении способствует удалению меркаптанов.

В присутствии молекулярного кислорода дрожжи быстро переключаются с брожения на аэробное дыхание. В энергетическом отношении дыхание более выгодно, чем брожение, поэтому в аэробных условиях дрожжи образуют большую биомассу. Подавление брожения в аэробных условиях носит название эффекта Пастера и является результатом конкуренции за аденозиндифосфат (АДФ) и неорганический фосфат между процессами субстратного фосфорилирования гли-колитического пути и окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи. Подавление аэробного дыхания при высокой концентрации глюкозы (1,5-2,0 %) называется эффектом Крэбтри, или катаболитной репрессией.

36. ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПИДОВ И ИХ РОЛЬ В КЛЕТКЕ

Функции:

Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.

Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ.

Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды многих растений; воск используется пчелами в строительстве сот.

Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон).

Метаболическая. Производные холестерола, витамин В играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Липиды являются источником метаболической воды. При окислении 100 г жира образуется примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10-12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно на эти цели. Необходимую для жизнедеятельности воду медведи, сурки и другие животные в спячке получают в результате окисления жира.

2.прекращение роста дрожжей и усиленное накопление липидов.

Продуцентами являются дрожжи рода Criptococcus, Lipomyces, Rodutoryla.

Criptococcus могут синтезировать большое кол-во до 60% от сухой массы липидов.

39. ПРОИЗВОДСТВО, ОСНОВАННЫЕ НА ПРИМЕНЕНИИ СПИРТОВЫХ ДРОЖЖЕЙ

Продуцентами являются дрожжи.

В процессе брожения образуется спирт, выделяется энергия, которая необходима клетки для поддержания жизнедеятельности. В качестве азотного питания дрожжи используют аммиачный азот (соли аммония) и азотистые органические вещества (аминокислоты, некоторые дипептиды, амины, амиды), которые используют для построения собственных белков. В качестве минерального питания дрожжам необходим фосфор, который ассимилируется в начальный период брожения. Дрожжи используют фосфор в виде фосфорной кислоты и её солей.

Отрицательно влияют на дрожжевые клетки нитриды, свободный хлор, диоксид серы. В качестве активаторами размножения и брожения использованы ультразвук, УФ – лучи, соединения с сульфогидрильными группами (цистеин, глютатион).

Сырьем для производства спирта служат крахмалсодержащие материалы (зерно, картофель), сахаросодержащие материалы (меласса, дефектная сахарная свекла), отходы целлюлозно-бумажной промышленности, гидролизаты древесины, с/х отходы.

Производство спирта на крахмальном сырье.

1) Сырье (зерно, картофель) измельчают, разваривают с целью получения крахмала, затем обрабатывают амилолитическими ферментами – солода (пророщенное зерно ячменя).

В результате получается затор – осахаренная масса, содержащая углеводы, пектины, мин. соли, микроэлементы. Затор – сусло, которое является питательной средой для выращивания дрожжей. Затор охлаждают до 30 °С, подкисляют Н₂SO₄ до рН 3-4.для подавления посторонней микрофлоры 9бактериальная микрофлора).Используют чистую культуру дрожжей, которую предварительно выращивают в дрожжевом отделении.

2) Меласса – отход сахарного производства, побочный продукт, содержит 20 % воды, 80% сухих веществ. Сухие вещества представлены сахарами, азотсодержащими и безазотистыми соединениями, также минеральными удобрениями. Основной сахар – сахароза до 70% и до 2% - раффиноза. Содержит витамины группы В и биотин, рН 7,2 – 8,9. Миласса концентрированный продукт, перед приготовлением милассу разводят водой. Требования к дрожжам – переносить высокую концентрацию сухихи веществ.

3) Древесина (клетчатка) и строительные отходы – для получения технического спирта. Растительное сырье вначале подвергают к кислотному гидролизу. Древесина состоит из остатков глюкозы, соединенных β – гликозидными связями и м/у цепями водородные связи. Расщепляют только бактерии, которые образуют ферменты. Полученный гидролизат содержит 3,5 % редуцирующих сахаров – глюкоза, маноза, пентоза (ксилоза, арабиноза, рамноза). Используют расы Saharomites cerisine и шизосахаромицесс. В данном виде не используются чистая культура дрожжей, поскольку присутствующие в гидролизате вредные веществапоадвляют бактерии. Одни и те же дрожжи используются многократно в течении нескольких месяцев. В ходе брожения получается зрелая брашка, которая содержитдо 1,5 % этанола и побочные продукты. При перегонки и ректификации не удается полностью избавится от вредных примесей 0,5 – 0,1% - метанол, большое количество кислот, сложных эфиров, альдегидов по сравнению со спиртом, полученном на пищевом сырье. Могут также использоваться дрожжи рода кандида и бактерии, которые способны гидролизовать растительные отходы.

38. ФОРМЫ БРОЖЕНИЕ ПО НОЙБЕРГУ

Открытия Карла Нейберга и разработанные им оригинальные методы имеют не только историческое значение. Этот исследователь показал, что дрожжи способны сбраживать помимо глюкозы также и пируват. В качестве промежуточного продукта при сбраживании пирувата образуется ацетальдегид; это можно доказать, связывая альдегид бисульфитом (который для дрожжей практически нетоксичен). Если к дрожжам, сбраживающим глюкозу, прибавить бисульфит, будет происходить следующая реакция:

СН3-СНО + NaHS03 -* СН3-СНОН-S03Na

При этом появится новый продукт брожения – глицерол - и одновременно снизится выход этанола и СО2.

Брожение в присутствии бисульфита стали использовать в промышленности при производстве глицерола. Эта технология основана на том, что ацетальдегид связывается и поэтому не может служить акцептором водорода. Вместо ацетальдегида роль такого акцептора принимает на себя дигидроксиацетонфосфат; он восстанавливается до глицерол-3-фос-фата и дефосфорилируется с образованием глицерола. Брожение можно представить так:

Глюкоза + Бисульфит ->

-> Глицерол + Ацетальдегидсульфит + СО2

Это модифицированное дрожжевое брожение известно как вторая форма брожения по Нейбергу.Принцип перехватывания одного из метаболитов - метод ловушки - стал впоследствии общим биохимическим методом.

При добавлении к бродящему раствору NaHC03 или Na2HP04 то же образуется глицерол, так как ацетальдегид превращается в результате реакции дисмутации в этанол и уксусную кислоту и поэтому не может быть использован в качестве акцептора водорода. Это третья форма брожения по Нейбергу:

2 Глюкоза + Н2О -»

-> Этанол + Ацетат + 2 Глицерол + 2СО2

Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 95 | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция	\|	следующая лекция ==>
	\|	Уважаемые участники группы! Дорогие друзья! Занимаясь собственным духовным или психическим развитием, каждый из нас, рано или поздно, обязательно сталкивается с некими факторами, препятствующими 1 страница

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.126 сек.)