ПОӘК 042-18 74/03-2013 18. 09. 2013 ж №1 басылым



жүктеу 0.97 Mb.
бет3/5
Дата17.06.2016
өлшемі0.97 Mb.
1   2   3   4   5

Жоспар:


  1. Сүт қышқылының гомоферментативті және гетероферментативті ашуының биохимиялық заңдылығы.

  2. Сірке және пропион қышқылының бағыттылық синтезі.

  3. ЦТК арқылы биосинтетика процесінің жүзеге асу принципі, мысал ретінде лимон қышқылы.


1. Сүт қышқылының гомоферментативті және гетероферментативті ашуының биохимиялық заңдылығы.

Сүт қышқылының ашуы ол ашу процесінің ең көп тараған түрі болып табылады. Берілген ашудың түрін микроорганизмдер жүзеге асырады, олар Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc түрлеріне жататындар. Берілгендер сүл қышқыл микроорганизмдеріне топтасқан кезінде ерекшеліктерімен лактоза, глюкоза және галактоза түзеді, яғни сүт қышқылын метаболизмнің негізгі өнімі ретінде түзеді..

Биохимиялық заңдылығы бойынша және метаболизм өнімінің құрамы бойынша сүт қышқылының ашуы гомоферментативті және гетероферментативті болып бөлінеді.

Гомоферментативті ашу қасиетінің негізгі және жалғыз өнімі болып ол сүт қышқылы болып табылады. Процестің соммалық теңдеуі ол:

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ 2СН3СНОНСООН + 2АТФ + 2Н20

Гомоферментативті бактериялар тек 3% шамасында субстрата клеткалы массаға айналады, ал сүт қышқылының пайда болуы 98% дейін құрайды.

2

глюкозаның катаболизм аралық әсері гликолитикалық бағыты бойынша жүреді. Лактозыны бейімдеуіш қасиетіне ие микроорганизмдер b-галактозидаза ферментінің болуымен сипатталады.



Процестің шешуші әсері – ПВК сүттіге дейін тіктеу екі стереоспецификалық лактатдегидрогеназамен катализирленеді. L- және O-лактатдегидрогеназ коферменттері болып НАД табылады, фермент белсенділігін жоғарлатушы аллостеритикалық эффектор болып - фруктозо-1,6-дифосфат табылады. Субстрат концентрациясын төмендету актатдегидрогеназ белсенділігін бәсеідетеді, нәтижесінде бактериялар ПВК-ны құмырсқа, сірке қышқылына, этанол және басқада метаболизм өнімдеріне өзгертеді.

Сәйкес процестері өзгеру кезінде рН құнарлы ортадан сілтісі аз жаққа ауысады. Осылайша гомо- және гетероферментативке бөліну шартты.



Гетероферментативті ашу СО2 едәуір көлемінің болуымен сипатталады; сірке, пропионды және басқа да органикалық қышқылдарының; этанол және ПВК шығарушы болатын басқа да метаболиттер болуымен сипатталады.

Сүт қышқылының бұл ашу типі СО2 бөліндісі шығатын және СО2 бөліндісі шықпайтын болып бөлінеді.

Соммалық теңдеу түрі мынадай:

-бірінші жағдайда:

С6Н12О6 + Н3РО4 + АДФ СН3СНОНСООН + СН3СН2ОН + СО2 + АТФ


  • Екінші жағдайда:

С6Н12О6 + 5Н3РО4 + 5АДФ 2СН3СНОНСООН + 3СН3СООН + 5АТФ

Екі жағдайда да глюкозаны ыдырауы гексозомонофосфаттыжолы бойынша жүзеге асады, ксилулозо-5-фосфат түзгенге дейін болады. Соңғысы фосфокетолаза фермент әсерінен 3-фосфоглицеринді альдегид және макроэргиялық ацетилфосфатқа дейін ыдырайды:

3

СН2ОН СНО



С = О Н3РО4 НС-ОН СН3

НО-СН СН2О Ф СОО Ф

НС-ОН Н2О


СН2О Ф

Фосфоглицеринді альдегид гомоферментативті ашу механизмі бойынша алмасу тізбегіне енеді, ал ацетилфосфат гетероферментативті ашуына өнім береді.


2. Сірке және пропионды қышқылдың бағытты синтезі.
Микробты синтез өнімі ретінде сірке қышқылы төрт тәсілмен алынуы мүмкін.

1 тәсіл. Этанолды сірке қышқыл бактериясымен қышқылдандыру. Acetobacter (A.aceti; A.xylinum; A.peroxydans) және Gluconobacter (G.oxydans) түрлерінің бактериялары көмірсутекті және құрамында спирті бар субстраттарды ассимиляциялауға қабілетті, яғни сұйықтық дақылында ацетата көлемін жинақтап отырады. Олар спецификалық дақылдар мен физиологиялық қасиеттермен сипатталады:

  • Жоғарғы ацидофиль, рН 4,0 кезінде өседі; оптимум 5,0-6,0;

  • бактериялар – қатал анаэробтар, оттектің жетіспеуіне жоғару сезімталдығы апираза ферментінің белсенділігіне байланысты, оның әсерінен АТФ лезде ыдырап, клеткалардың метаболизденуіне жол бермейді;

  • органикалық заттарды біршама қышқылдандырылған өнім ретінде қышқылдандыру қабілеті, этанолды сірке қышқылы сияқты қышқылдандыруыға сай сипаттауға болады.

Сірке қышқылының биосинтезінің сұлбасы:





НАД НАДН Н2О НАД НАДН

СН3СН2ОН СН3СНО СН3СН(ОН)2 СН3СООН

ацетальдешидгидрат Н2О

Бірінші кезеңде этанол НАД (НАДФ) қатысуымен – алкагольдегидрогеназға тәуелді ацетальдегидке дейін қышқылданады; содан соң ацетальдегид ыдырауы жүреді және НАД (НАДФ) – ацетальдегидрогеназге тәуелді катализденуімен қайта қышқылданады.

Сірке қышқылының биосинтезінің Acetobacter aceti бактериясымен оптимальді жағдайын болып: 30оС температурасы; рН 5,0-6,0; ортаның интенсивті аэрациясы; шығу субстратының құрамы – этанол және сірке қышқылы 5,5% : 7,5% қатынасында қолайды.

2 тәсіл Сірке қышқылының гомоацетогенді бактерияларымен түзілуі. Бактериялар Cl.aceticum; Cl.thermoautofrophicim; Eubacterium limosum және басқа да түрлері анаэробты жағдайда гексоздарды, пентоз және сүтті қышқылдарды пайдалана алады, яғни метаболизмнің жалғыз өнімі ретінде ацетат түзеді. Бұл топтың кейбір түрлері, мысалы Acetoanaerobicum woodii, Cl.thermoaceticum және Cl.formiaceticum, сірке қышқылын нәтижесінде құмырсқа қышқылына және СО2 синтездей алады.

Сірке қышқылының Cl.thermoaceticum бактериялармен биосинтезі үшін оптимальді жағдай : 60оС температура; рН 6,7-7,4; қатаң анаэробты жағдай.

Процестің қорытынды сұлбасы:

ГЛЮКОЗА




СН3-СО-СООН СН3-СО-СООН

SKoA Fd НАД Н2О

FdH2 СО2 СО2

СН3-СО~SKoA НАДН2 СН3СООН

SKoA НСООН

Н3РО4 ТНF

CH3-COO-Ф НСОО~ТНF

АДФ НАДН Н2О

АТФ НАД

СН3-СООН СН2 = ТНF



НАДН

НАД


СН3 - ТНF

ТНF В12

СН3 – В12

В12

СН3СООН


3 тәсіл. Сірке қышқылының сүт қышқылының бактерияларымен биосинтезі СО2 бірге гетероферментативті сүтқышқылының ашу механизміне сай. Бұл әдіс сірке қышқылын бүтіндей өнім ретінде алу үшін тиімді емес.

4 тәсіл. Сірке қышқылының биосинтезі пропионқышқылды ашу механизмі бойынша. Пропионқышқылының ашуына дем беруші ол Propionibacterium (P.shermanii; P.pentosaceum; P.prendenreichii) түрдегі бактериялар және клостридтің кейбір түрлері (Cl.propionicum). берілген топтың спецификалық қасиеті, яғни факультативті анаэробты микроорганиздер болып, гексоздар және кей жағдайда пропионды және сірке қышқылымен пентоздарды ассимиляциялау қабілеттілігі болып табылады:

3С6Н12О6 + 8АДФ +8Н3РО4 4СН3СН2СООН + 2СН3СООН + 2СО2+ 8АТФ

Пропионды қышқыл бактериялары бар биосинтез қышқылының сұлбасы:

С6Н12О6

(гликолиз)



2СН3СОСООН НООС-СН2-СО-СООН

СН3-СО-~SKoA 1 НАДН

HS-KoA НООС-СН-СО~SKoA 2 НАД

Н3РО4 СН3 НООС-СН2-СНОН-СООН

СН3СОО-Ф 6 СН3СН2СО~SKoA 3 H2O



AДФ 5 HOOC-CH=CH-COOH

АТФ НООС-СН2СН2СО~SкoA ФАДН

СН3-СООН 4 ФАД

СН3СН2СООН

НООС-СН2СН2-СООН



Сұлбаға түсініктеме. Пропион қышқылының биосинтезінің шешуші реакциясы ол ПВК –ның бір молекуласын метилмалонилКоА (фермент 1 - метилманонитлКоА-карбоксилтранфераза кофермент – биотин) молекуласымен транскарбоксилдеу және пропионилКоА мен ЩУК түзілуі боып табылады. Соңғысы янтар қышқылына алмалы және фумарлы қышқыл арқылы өзгереді (ферменттер: 2 - НАД- малат-дегидрогеназға тәуелді; 3 - фумарат-гидратаза; 4 - ФАД-зависимая сукцинатдегидрогеназа). Янтар қышқылы пропионилкофермент А бірге реакцияға түседі (фермент 5 -транс-тиоэстераза) нәтижесінде соңғы өнім және сукцинилКоА түзіледі. Соңында Последний 6 - L- метилмалонилКоА-мутазы (кофермент В12) фермент әсерінен метилмалонилКоА – ге өзгереді. Биосинтездің қышқыл P.ghermanii бактерияларымен оптимальді жағдайы–30оС температурасы, рН 5,0-6,0.

12

Клостридий клеткаларында пропионды қышқылының түзілуінің басқа механизмі әсер етеді:



НАДН НАД Н2О

СН3-СО-СООН СН3-СНОН-СООН СН2=СН-СО~SKoA

НSKoA акрил-КоА

НАДН

НАД


СН3СН2СООН СН3 СН2-СО~SKoA
3. ЦТК арқылы биосинтетика процесінің жүзеге асу принципі, мысал ретінде лимон қышқылы.
Кейбір микроорганизмдер, негізінен мицелиальді саңырауқұлақ тобына жататындар, дақыл сұйықтығында едәуір көлемде Кребса циклының аралық өнімдерін өзіне жинай алу қасиетіне ие, ең алдымен лимон қышқылы.

Мұндай қасиетке Penicillium, Mucor.Наиболее түріндегі саңырауқұлақтар ие, штамның Asp.niger кейбір түрлері кеңінен қолданылады.

Лимон қышқылының продуцент-саңырауқұлақтары спецификалық биохимиялық қасиеттерімен сипатталады:


  1. Кребс цикліне шамадан тыс көміртекті қосындылардың енуі. Бұл эффект саңырауқұлақтардың СО2 фиксациясын және оксалоацетат ПВК түзу қабілеттілігін қамтамасыз етеді. ЦТК аралық өнімінің толықтырудың басқа механизмы - глиоксилат циклы болып табылады.

  2. Цитратсинтаза ферментін активтендіру және циклдің басқа ферменттерін ингибирлеу, ең алдымен ол изоцитратдегидрогеназ және α-кетоглутаратдегидрогеназ.

  3. Молекулярлы оттекті қажет етуші реқышқылдандыруда түзілетін ЦТК -да НАД және ФАД тіктелген формалары.

Лимон қышқылының биосинтезінің оптиамльді жағдайы: 28-30оС температурасы; рН 2,0-4,0; ортаның интенсивті аэрациясы. Температураның және рН жоғарлауы басқа органикалық қышқылдардың шығуына әкеп соғады, ең алдымен, қымыздық және глюконді қышқылдары.

Лимон қышқылының Candida (C.lipolytica)ащытқысымен биосинтезінің альтернативті тәсілі ойлап табылған, н-алканда. Берілген жағдайда биосинтез механизмі үйлесімді.



Лекция № 8. Получение белка.

План:


Ресурсы растительного и животного белка не могут удовлетворить возрастающие потребности в нем. Запасы белка ограничены урожайностью сельскохозяйственных культур, размерами посевных площадей, продуктивностью животных, возможностями добычи продуктов Мирового океана и многими другими условиями. В 2000 г. дефицит белка в мире составил около 20 млн. т.

Одним из перспективных путей получения белковых веществ является микробный синтез - это реальное решение проблемы снятия дефицита белка в пище и кормах.

В 60-х годах возникла новая отрасль - производство микробных масс на основе синтетических сырьевых веществ и других источников углерода и стало возможным более полно использовать нереализуе­мые прежде отходы ряда производств.

Микроорганизмы способны накапливать огромные (до 60-70 % сухой массы) количества белка. Получаемая биомасса непосредствен­но используется в качестве прекрасного обогатителя кормов или слу­жит сырьем для получения очищенных белковых препаратов.

Промышленное производство обогащенных белками микробных масс имеет следующие преимущества:

1) значительно меньшая трудоемкость по сравнению с получением сельскохозяйственной продукции;

2) возможность организации производства в любой географичес­кой точке Земли, так как микроорганизмы выращивают в компакт­ных автоматизированных установках, не требующих больших площадей, а получение микробного белка не зависит от климата, плодоро­дия почв, времени года;

3) высокая продуктивность;

4) высокий к. п. д. превращения субстрата в продукт;

5) получение продукта с необходимыми свойствами путем генети­ческих манипуляций, изменения технологического режима, обработки готового продукта;

6) высокое содержание белка в полученной биомассе;

7) возможность всестороннего контроля качества получаемого в установке продукта;



8) использование ранее не применявшегося в производстве кор­мов и пищевых продуктов сырья.

Кроме того, микробный, особенно дрожжевой, белок - это настоя­щий природный премикс, концентрат незаменимых аминокислот, вита­минов и наиболее ценных для развития животных микроэлементов. С каждым миллионом тонн кормовых дрожжей сельское хозяйство получает 400-500 тыс. т переваримого белка, содержащего свыше 220 тыс. т незаменимых аминокислот, в том числе (в тыс. т): лизина бо­лее 30, метионина 7,5, цистеина 9, триптофана 12,5.

Продуценты белковых веществ

Белки, синтезируемые микроорганизмами, концентрируются пре­имущественно внутри клетки. Очень небольшое количество белка в виде ферментов клетка выделяет в среду. Поэтому целевым продук­том производства белковых веществ является биомасса продуцента, а отходом - фильтрат культуральной жидкости.

Продуценты белка должны удовлетворять ряду требований: иметь минимальное время генерации; обладать способностью накапливать до 40-70 % белка от своей массы, максимально усваивая питательные вещества среды; должны быть непатогенными и не выделять в среду токсические метаболиты; иметь высокую устойчивость и выживае­мость в нестерильных условиях выращивания; легко отделяться от жидкой фазы среды при сепарировании и флотировании.

В зависимости от источника углерода в среде применяют различ­ные продуценты белковых веществ.

Для получения белка на гидролизатах растительного сырья наиболее часто используют дрожжи рода Candida: С. utilis, С. tropicalis, С. maltosa, С. scottii, С. humicola, С. diddensii, реже дрожжи Trichosporon cutaneum и Cryptococcus diffluens. Наиболее продуктивны­ми штаммами (по биомассе и количеству белка) при их выращивании на гидролизатах и гидролизно-спиртовой барде явля­ются С. scottii, С. tropicalis, С. utilis и некоторые другие.

При выращивании микроорганизмов на сульфитных щело­ках и сульфитно-спиртовой барде используют дрожжи рода Candida, чаще всего С. utilis или С. tropicalis.В настоящее время применяют совместное выращивание двух культур, которые как бы дополняют друг друга, например С. utilis и С. tropicalis Выращивают и другие культуры дрожжей: Saccharomyces cerevisiae, Cryptococcus diffluens.

На торфяных кислотных гидролизатах прекрасно раз­виваются дрожжи С. tropicalis .

Жидкие углеводороды хорошо усваиваются дрожжами рода Candida, относящимися к следующим видам: С. tropicalis, С. maltosa, С. lipolytica, С. robusta С. scottii. К углеводородпотребляющим микроорганизмам относятся также дрож­жи родов Torulopsis и Rhodotorula. Хорошо растут на углеводородах дрожжи Lodderomyces elongisporus, бактерии Pseudomonas ovalis.

Газообразные углеводороды наиболее хорошо потребля­ются бактериями родов Mycobacterium и Pseudomonas. Эта способность найдена и у других групп бактерий и актиномицетов, относящихся к родам Actinomyces, Flavobacterium, Chromobacterium, Acremonium, Corynebacterium, Micrococcus, Staphylococcus, Methylococcus.

К микроорганизмам - продуцентам белка, использующим в ка­честве источника питания метан и его газообразные гомоло­ги, относятся Pseudomonas и Myco­bacterium, Methylococcus capsulatus, Flavo­bacterium gasotypicum.

Многие микроорганизмы хорошо растут на кислородсодержа­щих соединениях, таких, как метиловый и этиловый спирты. Для получения кормового белка на м е т и л о в о м спирте наиболее пер­спективными продуцентами являются бактерии родов Pseudomonas и Methylomonas, а также дрожжи родов Candida и Hansenula. Наибольшее количество биомассы накапливают следующие виды дрожжей: С. boidinii, Hansenula polymorpha и др. Среди бактерий следует назвать Pseudomonas methanolica, Ps. rosea, Ps. utilis, Methylomonas methanolica, Methylophilus methylotrophus, Flavobacterium tosaensis.

На этиловом спирте выращивают дрожжи родов Candida, Debaryomyces, Endomycopsis, Hansenula, а также бактерии родов Acetobacter, Acinetobacter, Bacillus, Brevibacterium, Corynebacterium, Nocardia, Pseudomonas, Zymomonas.

На мелассной и зерно-картофельной барде выращивают С. utilis, С. stellatoidea Torulopsis pinus,Trichosporon pullulans ,а также грибы Chaetonium pululiferum.

На молочной сыворотке хорошо растут и накапливают зна­чительное количество белка дрожжи и дрожжеподобные микроорга­низмы Kluyveromyces lactis, Kl. fragilis, C. pseudotropicalis, Bretlanomyces anoraalus, Wingea robertsii. Часть микроорганизмов (С. humicola, С. cur-vata, Trichosporon cutaneum) способна расти на этом субстрате только в результате окисления лактозы. С меньшим выходом по биомассе на молочной сыворотке можно выращивать дрожжи Cryptococcus aerius и С. utilis. На молочной сыворотке выращивают и базидиомицеты Daedalea confragosa, получая биомассу, обладающую грибным ароматом.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА МИКРОБНОГО СИНТЕЗА БЕЛКА

Белковые препараты микробного происхождения производят в виде сухих микробных масс, получаемых выращиванием микроорганизмов на самом разнообразном сырье и последующим высушиванием.

Независимо от вида сырья технологический процесс производства микробных белковых препаратов состоит из следующих стадий: подготовка сырья и приготовление питательных сред для выращивания; культивирование микроорганизмов; выделение биомассы продуцента из культуральной жидкости; плазмолиз клеток; сушка биомассы; фасовка и упаковка готового препарата.

Наибольшие различия в технологии микробных белковых препаратов наблюдаются при подготовке сырья к последующему выращиванию микроорганизмов. Остальные пять стадий почти не различаются при производстве любого вида перерабатываемого сырья.

Процесс получения микробных белковых препаратов слагается из нескольких стадий, каждая из которых состоит из ряда операций (рис. 1).

Для выращивания микроорганизмов могут использоваться различные виды сырья: отходы древесного и сельскохозяйственного расти тельного сырья, сульфитные щелоки, жидкие и газообразные углево­дороды, метиловый и этиловый спирты, отходы сельского хозяйства, пищевой, рыбной и мясоперерабатывающей промышленности. К используемым отходам сельского хозяйства, плодо- лесоперерабатывающей промышленности относятся:

Рис. 1 Принципиальная схема микробного синтеза белка.

хлопковая и рисовая шелуха, кукурузная кочерыжка, подсолнечная лузга, солома и пр.оболочка какао-бобов, скорлупа кокосовых орехов, кожура фруктов, овощей, листья, жмых, мякина, выжимки плодов и овощей, капустная и картофельная мезга, навоз, кора, хвоя, опилки, древесное волокно, листья, щепа, ветки, обрезки древесины, городские отходы, старая бумага, картон, сточные воды.

Естественные питательные среды, к которым относится и молочная сыворотка, имеют в своем составе различные макро- и микросоединения мине­ральной природы, однако не все они находятся в доступной для дрожжевой клетки форме или в требуемом количестве.

Сывороточные белки практически не усваиваются дрожжами. Незначительные количества низкомолекулярных органических и неорганических азотсодержащих соединений хотя и усваиваются, но не могут удовлетворить потребность организма в азоте. Если содержание протеина в клетках дрожжей составляет около 50 % от сухих веществ, то, следовательно, азот является одним из основных компонентов питания, который необходимо вносить извне. Наиболее деше­выми и доступными для дрожжей источниками азота являются такие соединения, как сульфат аммония, фосфат аммония, мочевина. Их вносят в молочную сыворотку в количествах, исходя из предполагае­мого выхода биомассы и содержания в ней протеина. На практике для определения потребности культуры в азоте вначале вносят азотсодер­жащие соли в сыворотку в избыточном количестве, а затем постепенно снижают их количество до минимума, при котором обеспечиваются те же скорости роста и урожай по сухой биомассе или белку. При культи­вировании на сыворотке микроскопических грибов в качестве источ­ника азота используют соли азотной кислоты.

При выращивании дрожжей на молочной сыворотке требуется также внесение небольших количеств эндогенного фосфора в виде фосфата аммония (сразу частично покрывается потребность и в азоте), фосфатов калия и натрия или в форме ортофосфорной кислоты. Однако потребность в фосфоре у дрожжей различных видов и даже штаммов неодинакова.

Однако имеются отдельные штаммы этого вида, активно растущие на сыворотке без дополнительного внесения фосфора.

Другие минеральные вещества присутствуют в молочной сыворотке в количествах, обеспечивающих нормальный рост большинства видов дрожжей. Серу обычно вносят в виде сульфата аммония. С целью регулирования роста дрожжей и активности потребления ими питательных веществ сыворотки иногда в нее дополнительно вводят ионы калия и магния.

Различный состав сырья, неодинаковые количественные и качест­венные характеристики источников углерода, азота и других необхо­димых для жизнедеятельности микроорганизмов соединений дают разный выход биомассы микроорганизмов из 1 кг абсолютно сухого сырья (в кг): отходы древесного и сельскохозяйственного сырья 0,18-0,22, сульфитные щелоки 0,01, н-парафины 0,80, газообразные углеводороды 0,80-1,00, метанол 0,40-0,45, этанол 0,45-0,50, свекловичная меласса 0,22- 0,26, молочная сыворотка 0,02- 0,03.

9 дәріс. Биологиялық белсенді қоспалар.

Жоспар:


  1. ББЗ-дың жіктелуі.

  2. ББЗ-тар нутрицевтиктердің физиологиялық рөлі.

  3. Парафармацевтиктер.



  1. Денсаулық сақтау министрлігінің «Тағамдағы ББЗ-ды зерттеу реті және гигиеналық сертификаттау туралы» №7 бұйрығына сәйкес тағамдық ББЗ табиғи не табиғиға сәйкестендірілген ББЗ-дың концентраттары болып табылады, олар жекелей қолдануға не тағам өнімдерінің құрамына адамның тағамдану рационын байыту мақсатында жеке биобелсенді заттармен және олардың комплектерімен енгізу үшін қолданылады. ББЗ-ды өсімдік, жануар және баактериалды шикізаттардан алады, сонымен қатар химиялық және биотехнологиялық әдістермен де. Оларға сонымен қатар асқазан-ішек трактатының микрофлорасына реттеуші әсер көрсететін ферменттік және бактериологиялық препараттар (эубиотиктер) жатады. ББЗ экстракттар, тұнба, бальзам, изолят, ұнтақ, сұйық және құрғақ концентраттар, сироп, таблетка, капсула және т.б. түрінде шығады.

1   2   3   4   5


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет