Курсовая работа - Производство аминокислот на примере глутаминовой кислоты

Подождите немного. Документ загружается.

создания оптимальных условий биосинтеза и увеличения количества

производимой глутаминовой кислоты в единице объема культуральной

жидкости процесс по завершению накопления основной массы клеток

проводят с подпиткой раствором мочевины. Содержание ее в

культуральной жидкости не должно превышать 0,8%, а рН раствора

должно быть в пределах 6,8—7,8. Недостаток азота в среде снижает выход

глутаминовой кислоты, способствуй накоплению повышенных количеств а-

кетоглутаровой кислоты.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

5 Технологическая схема производства глутаминовой кислоты с

описанием процессов, осуществляемых на производственных стадиях.

При биосинтезе глутаминовой кислоты непосредственным метаболическим

предшественником служит 2-кетоглутаровая кислота, которая образуется

обычно благодаря функционированию в клетках цикла трикарбоновых кислот

(ЦТК) или его части. Синтез глутаминовой кислоты происходит в результате

ферментативного восстановительного аминирования 2-кетоглутаровой кисло-

ты за счет НАД- или НАДФ-зависимой глутаматдегидрогеназы:

2-Кетоглутаровая кислота способна также вступать в реак цию

переаминирования с аминокислотами, осуществляемую тран-саминазами.

Коферментом в реакции переаминирования служит пиридоксаль-5-фосфат:

В ЦТК 2-кетоглутаровая кислота образуется из изолимонной кислоты под

действием изоцитратдегидрогеназы. Необходимый для синтеза

глутаминовой кислоты НАД(Ф)Н постоянно регенерируется при окислении

изолимонной кислоты в 2-кетоглутаровую.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Анализ ферментных систем ЦТК у продуцирующего глутаминовую кислоту

штамма Mlcrococcus glutamicus (по современной классификации

Corynebacterium glutarnicurn показал, что у него имеются все ферменты,

кроме 2-кетоглутаратдегидрогеназы, превращающей 2-кетоглутаровую

кислоту в сукцинил-КоА (рис. 2).

Рис. 2

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист

Не менее важный фактор — слабая активность оксидазной системы,

окисляющей глутаминовую кислоту, что позволяет сохранить

синтезированный продукт количественно.

Слабокислая реакция, наличие невысоких концентраций биотина и

относительно высокая концентрация аммония, а также присутствие

ионов Zn

способствует превращению глутаминовой кислоты в глутамин

по ходу ферментации.

В промышленности глутаминовую кислоту и на ее основе глутамат

натрия получают несколькими способами: многостадийным химическим

синтезом из акрилонитрила, микробиологическим синтезом по

одноступенчатой и двухступенчатой технологии, выделением из

свекловичной мелассы или из белковых гидролизатов. Наибольшее

распространение поручили способы выделения глутаминовой кислоты из

свекловичной мелассы и одноступенчатого микробиологического синтеза.

Последний считается самым перспективным.

В промышленном биосинтезе L-глутаминовой кислоты используются те же

микроорганизмы, что и в микробиологическом производстве L-лизина, т. е.

Coryn. gluiamicum и Brev. ftavum.. Кроме них, промышленными

продуцентами могут быть некоторые штаммы бактерии Mictococcus И

Microbacterlum.

Для осуществления процесса биосинтеза глутаминовой кислоты с

высоким выходом используют мутанты с нарушенной ферментативной

системой превращения а-кетоглутаровой кислоты в янтарную. При этом,

если культура обладает недостаточностью по биосинтезу

аланиндегидрогеназм и лактатдегадрогенезы, то выход глутаминовой

кислоты будет увеличиваться за счет отсутствия расхода углеводов среды

на биосинтез аланина и молочной кислоты.

Одноступенчатый способ получения.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

Принципиальная технологическая схема культивирования продуцента и

биосинтеза глутаминовой кислоты практически полностью повторяет схему

микробиологического производства L-лизина. Поэтому будут рассмотрены

только некоторые отличия, наблюдаемые на стадиях культивирования

продуцента и проведения биосинтеза.

Посевной материал на каждой из стадии его получения (от пробирок до

посевного аппарата) выращивают в строго асептических условиях по 24 ч.

Состав питательных сред незначительно меняется при переходе от одного

штамма к другому и практически остается постоянным на каждой из

промежуточных стадий получения посевного материала. Только при

выращивании продуцента в посевном аппарате в питательную среду вно-

сят до 0,1% стерильного синтетического пеногасителя.

Для промышленных штаммов Coryn. gtutamicum питательные среды при

производстве посевного материала, как правило, содержат следующие

компоненты (в %):

Питательные среды на стадии биосинтеза содержат те же компоненты и в

том же количестве, только вместо кукурузного экстракта и сульфата

аммония присутствует до 2% мочевины, содержание мелассы

увеличивают до 20%, дополнительно вводят мел до 1% и 0,1%

синтетического пеногасителя.

Накопление биомассы до 6—8 г АСВ на 1 л среды производят в

аэробных условиях сначала в инокуляторах объемом 2 м

, потом в

посевных аппаратах объемом 5 м

. Полученный посевной материал в

количестве 5—6% (от объема среды производственных аппаратов)

стерильно передают в основные ферментаторы.

Процесс биосинтеза осуществляют в строго асептических условиях в

ферментаторах объемом 50 м

с коэффициентом заполнения аппарата 0,7 в

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

течение 48—52 ч и интенсивной аэрации [80—85 мг О2/(л-мин)], что

соответствует расходу 1 объема воздуха на I объем среды в 1 мин.

Температуру культивирования на всех стадиях поддерживают постоянной

на уровне 28—30°С. В конце процесса биосинтеза готовая культуральная

жидкость содержит до 45 г/л глутаминовой кислоты. Выход глутаминовой

кислоты по отношению к потребленным сахарам составляет 45— 50%.

Поскольку производство глутаминовой кислоты направлено на

получение высокоочищенных препаратов, последующая технологическая

схема предусматривает производство продуктов, подготовленных

непосредственно к применению в качестве пищевых добавок и в виде

лекарственных форм.

Выделение глутаминовой кислоты из культуральной жидкости и

последующая очистка ее в соответствии с требованиями фармакопеи

предполагает такую последовательность проведения технологических

операций.

Предварительная обработка культуральной жидкости. Осуществляется в

результате добавлений к ней определенного количества негашеной извести

(или известкового молока) с последующим осаждением избытка ионов

кальция фосфорной кислотой. Образующийся при этом осадок

способствует лучшему отделению клеток продуцента и других

балластных примесей.

Отделение осадка. Проводят центрифугированием или фильтрованием

под давлением.

Рис. 3: Рамный фильтр-пресс: 1 – лобовина, 2 – рама, 3 – плита, 4 – брус, 5 –

подвижная лобовина, 6 – гидравлическое устройство, 7 – прилив, 8 – кран.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

Осветление фильтрата. Состоит в очистке его от пигментных примесей,

окрашивающих нативный раствор в темный цвет. Для этого

обрабатывают фильтрат активированным углем или подвергают его

ионообменной сорбции на анионите ИА-1.

Концентрирование осветленного раствора глутаминовой кислоты.

Проводят путем его вакуум-выпаривания при температуре 40—60°С, при

этом из исходного раствора глутаминовой кислоты отгоняют от 50 до 80%

воды.

Рис.4 : Выпарные аппараты: а – с центральной циркуляционной трубой, б – с

выносной нагревательной камерой, 1 – корпус, 2 – нагревательные трубки, 3 –

циркуляционная труба, 4 – сепаратор, 5 – отбойник.

Осаждение кристаллов глутаминовой кислоты в изоэлектрической точке.

Эта стадия осуществляется путем подкисления полученного на

предыдущем этапе концентрата соляной кислотой до рН 3,2

(изоэлектрическая точка глутаминовой кислоты) и охлаждения раствора до

4—15°С. Однократное проведение операции обеспечивает

кристаллизацию 77% глутаминовой кислоты; при повторном ее

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

проведении выход возрастает до 87%. Чистота получаемый кристаллов

достигает 88%.

В результате последующей перекристаллизации чистоту получаемых

кристаллов можно увеличить до 99,6%, что удовлетворяет требованиям

фармакопеи.

Отделение кристаллов гдутаминовой кислоты от маточника. Это

достигается центрифугированием с последующей декантацией и возвратом

маточника на стадию вакуум-выпаривания. Полученные кристаллы

промывают обессоленной водой и направляют на сушку.

Сушка кристаллов глутаминовой кислоты. Проводится в вакууме или в

токе нагретого воздуха при 60—70°С.

Получение глутмата натрия HOOCCH

CH(NH2)COONa*Н

О).

Процесс осуществляется обработкой влажных кристаллов

перекристаллизованной глутаминовой кислоты гидроксидом натрия. Для

этого влажные кристаллы растворяют в определенном количестве воды и

нейтрализуют 45—50%-ным раствором едкого натра, рН раствора

доводят до 6,8 после чего его фильтруют. Осветленный раствор

глутамата натрия упаривают под вакуумом до содержанки сухих

веществ около 60% и передают на кристаллизацию. Ее проводят в

течение трех суток при постепенном снижении температуры. Кристаллы

глутамата натрия отделяют от маточного раствора центрифугированием и

сушат в токе горячего воздуха,

В соответствии с требованиями МРТУ 18/210—68 глутамат натрия

пищевой должен иметь следующий состав (в %):

Основное вещество, не менее … 94 Влага, ее более …………………1

Хлорид натрия, не более ………… 5 Общей азот, не менее……….. 7,02

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

Двухступенчатый способ получения.

Его возможно осуществить из а-кетоглутаровой кислоты с помощью

ферментов трансамилазы или глутаматдегидрогеназы в результате

следующих превращений:

В каждом из этих процессов а-кетоглутаровая кислота играет роль

предшественника.

Для осуществления любого из этих превращений необходимы источники

а-кетоглутаровой кислоты и соответствующей ферментной системы.

Первую из этих задач решают с помощью подбора микроорганизмов,

способных продуцировать значительное количество а-кетоглутаровой

кислоты из доступных источников сырья. Продуцентами а-

кетоглутаровой кислоты могут быть Pseudomonas и Escherickia, а при

культивировании продуцента KluyvBrd citrophila а-кетоглутаровай

кислота была получена с 57%-ным выходом. Дрожжи рода Candida при

выращивании на n-парвфинах продуцируют а-кетоглутаровую кислоту

совместно с пировиноградной в соотношении 6:1. Экономический

коэффициент процесса биосинтеза достигает 90% от количества

потребленных углеводородов.

В роли продуцента фермента трансамидазы могут выступать различные

микроорганизмы например Е. coli. Донором аминогрупп может быть

аспарагиновая кислота или аланин.

Восстановительное эминированме возможно осуществить с помощью

Pseudomonas (прм использовании Ps. ovalis выход L-глутаминовой

кислоты составляет 60%) или Aeromonas, причем некоторые штаммы этих

микроорганизмов в качестве субстрата могут использовать D, L-а-

оксиглутаровую кислоту, производимую химическим синтезом.

Изм. Лист № докум. Подпис

Дат

Лист

6 Аппаратурное оформление технологической схемы.

Рис.5 . Примерная технологическая схема получения аминокислоты:

1 – ферментатор; 2 – охладитель; 3 ,9 – рефрижераторы; 4 – емкость для предварительной

обработки; 5 – центрифуга; 6 – вакуум-упариватель; 7 – аппарат прямой предобработки

аминокислоты; 8 – барабанный фильтр; А, Б – пути (при необходимости смыкающиеся);

10 – аппарат для ультрафильтрации; 11 – емкость для консервации раствора

аминокислоты; 12 – мембранный фильтр; 13 – накопитель жидкого концентрата; 14 –

емкость для осаждения аминокислоты; 15 – фильтр-пресс; 16 – распылительная сушилка;

17 – накопитель сухого концентрата

Изм. Лист № докум. Подпис

Дата

Лист