Курсовая работа - Производство аминокислот на примере глутаминовой кислоты

Подождите немного. Документ загружается.

Содержание:

1. Введение. Виды белковых препаратов. Краткая характеристика. Области

применения………………………………………………………………………..4

2. Характеристика препаратов, производимых на основе глутаминовой

кислоты и области применения………………………………………………….6

3. Характеристика продуцентов глутаминовой кислоты………………………9

4. Сырье, используемое при производстве глутаминовой кислоты………….12

5. Технологическая схема производства глутаминовой кислоты с описанием

процессов, осуществляемых на производственных стадиях………………….14

6. Аппаратурное оформление технологической схемы……………………….22

7. Заключение…………………………………………………………………….23

8. Список литературы……………………………………………………………24

Изм

Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

Разраб.

Провер.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Лит. Листов

1 Введение. Виды белковых препаратов. Краткая характеристика.

Области применения

К группе белковых препаратов, получаемых биотехнологическим

способом, относятся ферментные препараты, аминокислоты, белковые

концентраты и белковые изоляты. Из перечисленных групп белковых

препаратов в пищевой промышленности в настоящее время наиболее широко

используются ферментные препараты.

Белковые продукты из пшеничных отрубей получают методом щелочной

или кислотной экстракции. По первому способу отруби обрабатывай 0,2 %-

ным водным раствором гидроксида натрия при 50…60 °С и получают

экстракт, от которого центрифугированием или прессованием отделяют

нерастворимый остаток. Экстракт центрифугируют и получают

крахмалобелковый продукт и осветленный экстракт. Из осветленного

экстракта при подкислении соляной кислотой осаждают белок, который

отделяю центрифугированием от сыворотки, промывают и сушат.

При получении белковых препаратов из побочных продуктов переработки

зерновых культур целесообразно использование ферментных препаратов

цитолитического, пектолитического и гемицеллюлазного действия,

облегчающие доступ растворителей к белку. Результатом является

повышение выхода препаратов с 9…11 до 11…14 % к массе сырья.

Белковые препараты из отрубей содержат не менее 60 % белка, обладают

высокими функциональными свойствами и биологической ценностью.

Лимитирующей аминокислотой является изолейцин (скор 88 %). Препараты

могут применяться как улучшители или обогатители в производстве

хлебобулочных, кондитерских, колбасных изделий, пасты к завтраку и др.

Основные стадии технологии фракционирования листостебельной массы

однолетних и многолетних трав включают: измельчение и отжим биомассы,

получение зеленого сока, коагуляцию белков, разделение коагулированного

сока на белковую пасту и коричневый сок, сгущение коричневого сока и

сушка пасты. Проблема заключается в том, что при измельчении зеленых

Изм. Лис

№ докум. Подпис

Дат

Лис

частей растений разрушаются стенки их клеток. Мембраны хлоропластов

также разрушаются и их белки смешиваются с белками цитоплазмы,

переходя в клеточный сок. Частицы, содержащие хлорофилл и продукты его

распада, очень устойчивы к осаждению, цитоплазматические ферменты

вызывают гидролиз белка, а фенольные соединения вакуолей и пектины

клеточных стенок могут изменять структуру белка и ухудшать цвет

препаратов. Поэтому технологии включают приемы, направленные на

исключение необходимости очистки сока от хлорофилла, пектинов и

коричневых пигментов.

Изм. Лис

№ докум. Подпис

Дат

Лис

2 Характеристика препаратов, производимых на основе глутаминовой

кислоты и области применения.

Глутаминовая кислота находит широкое применение в пищевой

промышленности и медицине при лечении заболеваний, связанных с

отравлением печени и почек. В виде глутамата натрия (мононатриевая соль

глутаминовой кислоты) применяется как добавка в пищу для усиления

вкусовых качеств приготовленных продуктов питания и сохранения их в

изделиях, предназначенных для длительного хранения, в частности в

консервированном и замороженном виде.

Специфический "мясной" вкус глутамата натрия ощущается при

концентрации от 0,03% и более. Его используют при приготовлении изделий

из низкосортного и мороженого мяса, которое при хранении частично

утратило свои первоначальные свойства, а также при применении соевых

белков и других заменителей мяса.

Количество глутамата натрия при производстве колбасных изделий,

продуктов из свинины, говядины, баранины, конины, полуфабрикатов и др.

составляет 0,05-0,15% к массе сырья. Для консервированных море- и

рыбопродуктов его расходуется больше - от 0,1 до 0, 5%. Глутамат натрия

может добавляться в продукт вместе с солью. При этом дозировку соли

уменьшают на 10%.

"Глутаминовый эффект" лучше всего проявляется в слабокислой среде -

при рН 5 - 6, 5. В более кислой среде эффект усиления вкуса снижается, а при

рН 4 теряется вовсе.

Глутамат натрия изобретен давно. В начале XX века японский ученый

Кикунае Икеда, занимаясь изучением соевого соуса и других продуктов,

характерных для Юго-Восточной Азии, пытался ответить на вопрос, почему

пища, сдобренная некоторыми сушеными водорослями, становится более

вкусной и аппетитной. Оказалось, такой эффект дает содержащаяся в них

глутаминовая кислота. В 1909 году ученому был выдан патент на способ

производства пищевых препаратов. По этому способу была получена соль

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

глутаминовой кислоты - глутамат натрия. А в 50-х годах прошлого века

выяснили, что глутамат мононатрия (на иностранных продуктах пишут -

MSG) удивительным образом помогает производить запахи и вкусы,

подобные мясу.

С тех пор усилитель вкуса - глутамат натрия - стал широко применяться и

завоевал популярность во всем мире. Его ежегодное потребление на планете

достигло 200 тысяч тонн.

Глутамат натрия (monosodium glutamate - лат., сокращенное наименование -

MSG) - мононатриевая соль глутаминовой кислоты.

Глутамат натрия получают как из натуральных ресурсов, так и посредством

химических реакций.

Характеристики и свойства, которыми обладает глутамат натрия:

- высокая растворимость в воде;

- низкая гигроскопичность;

- отличная стабильность при высоких температурах и свете;

- не влияет на цвет и на структуру пищевых продуктов;

- внешний вид: мелкие кристаллы;

- вкус: слегка соленый;

- цвет: белый;

- содержание: мин. 94%;

- pH: 6,7-7,2;

- соль: максимум 0,4%;

- содержание натрия: макс. 12,3%;

- срок хранения: 5 лет;

- упаковка: мешки по 25кг.

Глутамат натрия всасывается и метаболизируется как обычная

аминокислота. Поэтому качественный глутамат натрия, используемый в

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

регламентированных дозах, не может вызывать никаких болезненных

симптомов. Употребление технического, недостаточно очищенного

глутамата натрия, вызывает мигрени, тошноту, сонливость, нарушение

пищеварения, ускоренное сердцебиения, астму, и даже — анафилактический

шок. Отдельные исследователи убеждены, что патогенные примеси

недоочищенного синтетического глутамата действуют непосредственно на

кору головного мозга. Отсюда – ухудшение состояния больных

бронхиальной астмой, заострение глаукомы и разрушение сетчатки глаз.

В сочетании с витамином Е глутамат натрия вызывает оксидативное

повреждение клеток организма, при этом повреждая ДНК. При частом

употреблении возможна постепенная утрата вкусовых ощущений из-за

постепенного атрофирования вкусовых рецепторов.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

3 Характеристика продуцентов глутаминовой кислоты.

В производстве соли монозамещенной глутаминовой кислоты

используются штаммы бактерий, относящиеся к роду Coryn. Glutamicum.

Принадлежит к группе аэробных бактерий с высоким содержанием гуанина и

цитозина. Форма может быть разнообразной, но чаще встречаются

вытянутые стержни с булавовидными концами. Быстрорастущая бактерия, не

патогенная и не образует спор.

Царство: Bacteria

Тип:Actimobacteria

Класс:Actimobacteria

Семейство:Corynebacteriaceae

Род:Corynebacterium

Вид:C. glutamicum

Одним из первых методов микробиологического синтеза глутаминовой

кислоты был метод ферментативной трансформации 2-кетоглутаровой

кислоты, метод, использующий высокую глутаматдегидрогеназную

активность некоторых микроорганизмов, в частности Bacillus subtilis,

Pseudomonas fluorescens и др. При этом в реакционную систему вводили соль

аммония, 2-кетоглутаровую кислоту (или ее соль), буфер, обеспечивающий

оптимум ферментативной реакции и, суспензию клеток, обладающих

глутаматдегидроге-назной активностью. Но метод этот не получил развития и

был вытеснен экономически более выгодным методом с использованием

растущих культур микроорганизмов.

При получении глутаминовой кислоты таким способом в качестве источника

углерода можно использовать глюкозу; крахмал, из технических

продуктов – мелассу, гидрол (маточник, остающийся после

кристаллизации глюкозы). В последние годы получают распространение в

качестве углеводного компонента среды углеводороды, этанол, метанол,

уксусная кислота. Из источников азота — соли аммония или мочевина.

Концентрация соединений углерода в средах при получении глутаминовой

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

кислоты обычно довольно высокая, до 5—10 %. Исходная концентрация

источника азота — низкая. При таком соотношении азота к углероду в

среде неизбежно понижение уровня рН. Вместе с тем такое соотношение

ведет к ограниченному росту биомассы продуцентов и, с другой стороны, к

накоплению метаболического предшественника глутаминовой кислоты —

2-кетоглутаровой кислоты. Для включения в реакцию синтеза

глутаминовой кислоты, синтезированной продуцентом 2-кетоглутаровой

кислоты, в среду периодически вводят источник азота. Один из наиболее

подходящих источников азота — мочевина. Последняя разлагается

уреазой продуцента с выделением аммиака, вступающего в реакцию с 2-

кетоглутаровой кислотой, образуя глутаминовую кислоту. Введение

раствора мочевины осуществляется автоматически, когда уровень рН в

среде достигает некоторой контрольной величины. Накопление

глутаминовой кислоты происходит только тогда, когда рост

Corynebacterium glutamicum закончен (рис. 1).

Некоторые продуценты глутаминовой кислоты, например С.

glutamicum, способны при изменении условий культивирования

накапливать в среде L-глутамин, который, вероятно, образуется из

глутаминовой кислоты. Реакция происходит при участии глутамин-

синтетазы:

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

Рис. 1. Основные показатели культуры

Corynebacterium glutamicum при получении глутаминовой кислоты с

дробной добавкой мочевины: 1 — рН, 2 — глюкоза, 3 - 2-кетоглутаровая

кислота, 4 - биомасса, 5- глутаминовая кислота

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

4 Сырье, используемое при производстве глутаминовой кислоты.

При промышленном культивировании в качестве источника углерода

используют легкоассимилируемые углеводы (сахарозу и глюкозу),

содержащиеся в свекловичной мелассе, гидроле, гидролизатах крахмала.

Источником азота являются мочевина, реже хлорид и сульфат аммония,

кукурузный экстракт, причем последний применяют только на стадиях

получений инокулята и посевного материала, в основном по причине

большого содержания в нем биотина. Повышенное содержание биотина в

мелассе также может ограничить использование ее как основного

источника сырья для биосинтеза.

Все продуценты глутаминовой кислоты биотинзависимые, а некоторые из

них и тиаминзависимые, однако содержание биотина регламентировано и

не должно превышать 2—5 мкг на 1 л среды. Более высокая концентрация

этого витамина излишке стимулирует рост клеток продуцента,

способствует повышенному образованию, алаиина, молочной, янтарной,

аспарагниовой кислот, а выход глутаминовои кислоты при этом

значительно снижается.

Ингибирующее влияние биотина удается снизить при включении в состав

питательных сред различных добавок в виде некоторых спиртов, ПАВ,

антибиотиков (пеннициллинов, тетрациклинов). Добавки в среду ПАВ в

количестве 0,01—-0,2% или калиевой соли бензилпенициллина (4—6

тыс. ед. на I л среды) повышают биосинтетическую способность

продуцента на 15 - 45% и выход глутаминовой кислоты достигает 50 г/л.

Действие антибиотиков, по-видимому, связано с ингибированием синтеза

липопротеинового комплекса клеточной оболочки продуцента, что

приводит к увеличению проницаемости клеточных мембран для

глутаминовой кислоты.

В зависимости от особенностей используемого штамма количество азота

в виде мочевины, включаемого в питательные среды для

осуществления процесса биосинтеза, составляет 1,0 - 2,0%. Для

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист