Виробництво амінокислот, органічних кислот, вітамінів

Виробництво амінокислот відноситься до однієї з найбільш передових областей біотехнології. Амінокислоти одержують шляхом хімічного синтезу або екстракцією з білкових гідролізатів.

Незамінні амінокислоти добувати мікробіологічним шляхом більш ефективно, ніж шляхом хімічного синтезу, тому що при біологічному синтезі мікроорганізми, які використовуються, утворюють амінокислоти в біологічно активній L-формі. Як продуценти лізина вивчаються Brevibacterium lactofermentum і бактерії роду Corynebacterium, також запропоновані способи біотехнологічного одержання ізолейцину, треоніну при використанні E. coli. Більшість досліджених штамів мікроорганізмів незалежно від їхнього систематичного положення переважно накопичують L-аланін і глутамінову кислоту. Значно менше штамів й у меншій кількості виділяють аспарагінову кислоту, лейцин, валін, ізолейцин, лізин. За кордоном 60% потужностей з виробництва амінокислот займають глутамінова кислота, далі йдуть метіонін, лізин і гліцин. Глутамінова кислота виробляється за участю продуценту штаму Corynebacterium.

За допомогою мікроорганізмів можна одержати до 60 органічних кислот. Багато з них добувають у промисловому масштабі – ітаконова, молочна, оцтова, лимонна, яблучна, янтарна. Ці харчові кислоти використовуються як регулятори кислотності й консерванти. Лимонну кислоту одержують за допомогою Yarrowia lipolytica, Aspergillus niger, молочну – Endomycopsis fibuligera, Rhisopus oryzae, Lactobacillus casei, янтарну – Anaerobiospirillum succiniproducens. Оцтову кислоту одержують шляхом мікробіологічної конверсії водню й вуглекислого газу бактеріями Acetobacterium woodi й Clostridium aceticum.

Мікроорганізми містять багато вітамінів, які найчастіше входять до складу ферментів. Склад і кількість вітамінів у біомасі залежать від біологічних властивостей даної культури мікроорганізмів й умов культивування. Деякі вітаміни мікроорганізми синтезують, інші навпроти засвоюють у готовому вигляді з навколишнього середовища. Культура, яка здатна синтезувати який-небудь вітамін, називається автотрофною стосовно нього, якщо культура не здатна синтезувати даний вітамін, вона є авто-гетеротрофною.

Вітаміни синтезують в основному хімічним шляхом або одержують із природних джерел. Однак ергостерин, рибофлавін (В₂), вітамін В₁₂ й аскорбінову кислоту (мікроорганізми використовуються як селективні окислювачі сорбіту в сорбозу при виробництві вітаміну С) одержують мікробіологічним шляхом. Для синтезу вітамінів В₁, В₂, В₆, В₁₂ й аскорбінової кислоти також використовують кефірні грибки, а біфідобактерії – групи В, РР (нікотинова кислота) і Н, однак поки що ці мікроорганізми не використовуються як продуценти вітамінів у промислових масштабах.

Змінюючи умови середовища, вміст окремих вітамінів можна збільшити. Так, кількість рибофлавіну залежить від інтенсивності аерації й вмісту заліза в середовищі. Кількість вітамінів у клітинах, а також їхнє виділення з останніх можна змінити за допомогою мікроелементів. Існує виробництво рибофлавіну на основі використання дріжджових грибів Eremothecium ashbyii й Ashbia gossypii. Рибофлавін продукується також видами Clostridium й Ascomycetes. Мікроводорость Dunalieiia viridis культивується з метою одержання β-каротину.

Мікроорганізми є джерелом одержання ліпідів спеціального призначення із заздалегідь певними властивостями. Мікробні жири заміняють рослинні (а в ряді випадків і перевершують) і можуть використатися в різних галузях промисловості, сільському господарстві, медицині.

Одержання харчових ароматизаторів мікробіологічним шляхом є більш вигідним і продуктивним, ніж їхній хімічний синтез або інші традиційні способи. Так, у США був розроблений екологічно безпечний біокаталітичний спосіб синтезу ваніліну із глюкози з використанням генетично модифікованого штаму E. coli і грибкового ферменту дегідрогенази. Аромат ваніліну при біотехнологічному його одержанні виявився в кілька разів інтенсивнішим за звичайний.

Досить перспективне використання грибкових культур як продуцентів сирних, грибних, рибних ароматизаторів. Освоєні біотехнологічні способи одержання речовин, які імітують аромати суниці, малини, банана, кокоса, яблука, персика, мигдалю.

Мікроорганізми є важливим джерелом одержання полімерних матеріалів на основі полісахаридів. Одним з основних мікробних полісахаридів є декстран, утворюється бактеріями роду Leucomonstoс. Декстран є основою одержання медичних препаратів (кровозамінників) і препаратів для біохімічних досліджень – сефадексів й ін., молекулярних сит. Нуклеозиди, нуклеотиди і їхні похідні також можна одержувати за допомогою мікроорганізмів.

Більшість харчових барвників синтезують хімічним шляхом, але деякі натуральні пігменти мікроорганізмів можуть бути з успіхом використані як барвники для харчових продуктів. Так, із гриба Monascus отриманий натуральний червоний харчовий барвник. Із бактерій з Канарських островів отриманий рожевий барвник для морозива, крему, мила. Такі барвники нешкідливі й надають стійкого кольору продуктам, що дозволяє припустити, що в майбутньому мікробіологічному виробництву барвників буде приділятися більше уваги, чим у цей час.