ЕГІС МАТЕРИАЛЫН ДАЙЫНДАУ

Алмастырылмайтын амин қышқылдарын алу биотехнологиясы

Оқытушы: Милисова Н. Б.

С. Ж. Асфендияров атындағы Қазақ Ұлттық Медицина Университеті

Казахский Национальный Университет имени С. Д. Асфендиярова

Алматы, 2020

Инженерлік пәндер кафедрасы

Аминқышқылдары

Аминқышқылы - бір немесе бірнеше амин тобынан NH2 тұратын карбонды қышқылдар, олар табиғатта кең таралған. Олар табиғи ақуыздардың құрылымдық элементі болып табылады.

1 -изолейцин;

2-лизин;

3-треонин;

4-триптофан;

5-валин;

6-фенилаланин ;

7-метионин;

8-лейцин.

Ақуыз құрамына кіретін 20 аминқышқылдарының сегізі адам мен жануардың организмінде синтезделе алмайды, сондықтан оларды алмастырылмайтын аминқышқылдары деп аталады. Оған:

Қазіргі уақытта азықты байытуға көптеген елдерде лизинді кеңінен қолданады.

Адам және жануарлар организміндегі зат алмасу процесі тек алмастырылмайтын аминқышқылдарының жеткілікті мөлшерде және белгілі бір ара-қатынаста болғанда ғана жүреді. Алмастырылмайтын аминқышқылдарының біреуінің жетіспеуі организміндегі зат алмасу процесінің күрделі бұзылуына әкеліп соқтырады, сөйтіп организмнің өсуі мен дамуы баяулайды.

Табиғи ақуыз гидролизін қышқылмен, сілтімен немесе ферменттің көмегімен жүргізуге болады. Бірақ бастапқы шикізаттың (ет өндірісінің қалдықтары, жұмыртқа ақуызы және т. б. ) қымбаттылығы мен тапшылығы, сонымен қатар аминқышқылдарының бөлінуі мен тазалануының қиындығы - бұл әдісті кеңінен қолдануға мүмкіндік бермейді.

Экспоненциальды фазасының ортасында жүріп, соңында максимум мәнге жетеді.

Ауксотрофтар - олардың өсуіне қажетті бір затты синтездеу қабілетін жұмсаған микроорганизмдер. Оларды пайдалану ингибитордың пайда болуы немесе қажетті өнімнің синтезін блокирлеуге мүмкіндік жасайды, қажет өнімге өзгеруін тоқтатады. Белгілі әдістерді қолдана отырып ауксотрофты мутацияны мутагеннің көмегімен алады.

Аминқышқылдарының микробиологиялық синтезінде ауксотрофты мутанттарды қолданады, яғни мутагендік факторлардың әсерінен (сәулелену, химиялық әсер және тағы басқалар) аминқышқылының өсуі мен дамуына керекті қандайда бір қажеттілікті өздігінен синтездеу қабілетіне жұмсайтын бактериялар.

Аминқышқылы

Өндіру тәсілі

Өндіру көлемі т/г

Аланин

Ф, Х

150-200

Аргинин

М, Х, Г

100-300

Аспарагин қышқылы

1000

Аспарагин

Х, Г

10-50

Цитруллин

М, Х

10-50

Цистеин

1-10

Цистин

100-200

Глицин

5000-6000

Глутамин қышқылы

100 000

Гистидин

М, Г

100-200

Гомосерин

10-50

Оксипролин

10-50

Глутамин

200-300

Изолейцин

М, Г

10-50

Лейцин

М, Г

50-100

Лизин

15000

Метионин

60 000-70 000

L-Метионин

100-200

Орнитин

М, Г

10-50

Фенилаланин

М, Х

50-100

Пролин

М, Г

10-50

Серин

М, Г

10-50

L-Треонин

50-100

D, L-, L-триптофан

Х, Ф

100

Тирозин

М, Г

10-100

Валин

50-100

ДОВА

0, 1

Көп жағдайда мутанттарға биотин қажет. Мұндай бактериялар гомосериндефицит деп аталады.

. . .

Аминқышқылдарының микробиологиялық синтезі көптеген елдерде меңгерілген.

Өндірістік масштабта L-лизин алынады, басқа аминқышқылдарын алуға арналған зерттеулер кеңінен жүріп жатыр.

Аминқышқылының ферментативті синтез реакциясы клетка ішінде жүреді.

Алғашында аминқышқылы клетка ішінде бос аминқышқылдары түрінде жиналды.

Культивирлеудің алдынғы сатыларына кіретін периодты культивирлеуде аминқышқылының активті жиналуы және оның өсуі.

Лизин алу өндірісі

Лизин (α, ε - диаминокапрон қышқылы) С6Н14N2O2

Екі оптикалық активті D және L- формасы белгілі. Адам және жануарлар организмінде лизин бірқатар маңызды биохимиялық функцияларды орындайды. Жасушадағы кальцийдің тасымалдануына және асқорыту ферментерінің секрециясына қатысады.

Лизиннің микроорганизм-продуценті

Гомосериндефицит мутанттар ауксотрофты бактериялар

Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium және тағы басқа тұқымдары жатады.

Елімізде лизин продуценті ретінде Brevibacterium тұқымының бактериялары қолданылады.

Лизин продуценті-ауксотрофты болғандықтан, биотин, тиамин, треонин және метионинді қажет етеді.

Лизин алудың технологиялық процесі

келесідей сатылардан тұрады:

Егіс материалын дайындау

Бастапқы культураны ет пептонды агар - агарда қатты қоректік ортасы бар пробиркаға егеді және тәулік бойы 29-30°С температурада өсіреді. Өскен культурадан микроорганизмдер суспензиясын алады. Оны аналық егіс материалы дайындалған колбаға залалсыздалған сұйық қоректік ортаға енгізеді де, тәулік бойы тербелмелі шайқағышта (180-200 айн/мин) 29-30°С температурада өсіреді. Аналық егіс материалы дайындалған колбадан алынған культураны егіс материалына арналған колбаларына қоректік ортаның көлемін 5% есеппен бір тәуліктік аналық культураны егеді.

Егіс материалына арналған колбалардағы культураны да шайқағышта тәулік бойы 30°С температурада өсіреді. Содан соң егіс материалын колбалардан инокуляторға ауыстырады. Инокуляторда культураны 29-30°С-температурада тәулік бойы аэрациялау және араластырумен өсіреді. Көбінесе егіс материалын алу үшін меласса (3-5%), жүгері экстракты 2, 5-3% және ас тұзы бар қоректік орталар қолданылады. рН - 7-7, 2 мәнін 20%-тік күйдіргіш натрий ерітіндісімен тұрақтандырады. Инокулятордағы культураның құрамы ферментациялық қоректік ортаға біршама жақын болуы керек.

Қоректік ортаны заласыздандыру және дайындау

Лизин продуцентін өсіруге арналған қоректік орта залалсыздаумен дайындалады немесе басқада өсіретін заттар бар, культураның өсу көзі ретінде қоректік ортада мелассадан тұратын, жүгері экстракты немесе басқа өсуге арналған зат бор қолданылады. Көміртегінің негізгі көзі ретінде - меласса құрамында термолабильдік компонент сахароза болады, сондықтан оны жеке бөлек залалсыздайды. Мелассаны реакторға салып, араластырып тұрып, 80°С температураға дейін қыздырады да, қантты қажет концентрацияға дейін сумен араластырады. Алынған меласса ерітіндісін 120-122°С температураға дейін арнаулы аппаратта бумен тез қыздырып және осы температурада белгілі бір уақытқа дейін ұстайды.

Лизин продуцентін өсіру үшін меласса, жүгері экстракты құрамы қолданылады. Қалған компоненттерді араластырып, қыздырып тұратын және араластырғышы бар реакторда ерітеді, содан соң залалсыздау температурасына дейін арнаулы аппаратта қыздырады да белгілі бір уақытқа дейін ұстап суытады. Көбік сөндіргіш көбінесе бөлек залалсызданады, бірақ басқа қоректік орта қатаң режимде залалсызданады. Ауаны залалсыздаудың сызба нұсқасы бойынша залалсыздау режимінде орындайды. Аппаратура мен коммуникация өткір бумен қысымда, 135-140°С температурада залалсызданады. “Мұздай” залалсыздау әдісін де қолдануға болады, онда бактерицидтік газ (этилен) және химиялық реагент ерітінділері (формалин, хлорлы қосылыстар және т. б. ) қолданылады. Мұздай залалсыздаудан соң химиялық реагенттердің қалдықтарын залалсызданған сумен жуады.

ФЕРМЕНТАЦИЯ

Лизин продуцентін өндірісте культивирлеу процесі көлемі 50 және 100м3 болатын ферментерде периодтық әдіспен жүргізіледі. Ферментер залалсызданған қоректік ортамен толтырылады.

Ферментерге қоректік ортаның көлемінен 5-6% мөлшерде егіс материалы залалсызданған тізбегі бойынша келіп түседі. Ферментерді толтыру коэфиценті 0, 75 құрайды. Егілгеннен кейін, тез арада ферментерге залалсызданған ауа беріледі. Ауа 50°С температураға дейін қыздырлады және есеп бойынша бір көлемде ауа, бір көлемде қоректік орта бір минутта 0, 12-0, 13 МПа қысымда беріледі.