6.2. Сублимационная сушка.

Метод основан на удалении влаги из замороженного состояния. Причем влага в виде льда переходит в газообразную фазу, минуя жидкую. Материал находится при температуре -20÷-30ºC и лишь в конце сушки температура повышается до 30 - 40ºC. Давление 0,1 – 10 Па.

Существуют три стадии сублимационной сушки: замораживание, сублимация и сушка.

Установка состоит из сублиматора с плитами, на которых размещается высушиваемый продукт. Циркулирующий внутри плит теплоноситель охлаждает плиты при замораживании продукта или нагревает при сушке. Конденсация паров влаги происходит в конденсаторе, куда подается хладоноситель от холодильной установки. Неконденсирующиеся пары из конденсатора – вымораживателя удаляются вакуум-насосом. При снижении давления в сушильной камере происходит быстрое самозамораживание влаги и сублимация льда за счет тепла, отдаваемого самим материалом. При сублимации удаляется основная часть влаги, это период постоянной скорости сушки. Удаление остаточной влаги – тепловой сушкой.

Область применения – сушка термолабильных продуктов: препараты крови, антибиотики, гормоны, витамины, ферменты.

6.3. Направленный синтез аминокислот и его регуляция. Ферментативная конверсия субстратов в аминокислоты.

Возможность получения биологически активных L-аминокислот на основе возобновляемого сырья составляет главное- преимущество микробиологического способа получения аминокислот по сравнению с методами их химического синтеза.Способность штаммов микроорганизмов продуцировать аминокислоты связана с генетическими нарушениями тех систем регуляции клеточного метаболизма,которые предотвращают избыточное образование и выделение клеткой аминокислот.Репрессия и ретроингибирование ферментов, катализирующих специфический путь биосинтеза данной аминокислоты,а также барьер

проницаемости, создаваемый клеточной мембраной,составляют основной механизм негативного контроля, обеспечивающего экономный синтез ферментов и промежуточных метаболитов и сохраняющего в клетке уровень аминокислот,необходимый для последующего синтеза макромолекул. Распространенными объектами селекции продуцентов аминокислот являются микроорганизмы рода Corynebacterium.Эти бактерии имеют очень простые пути регуляции,мало подвержены фаголизису,имеют ряд других ценных свойств.

Аминокислоты синтезируются коринебактериями из промежуточных продуктов гликолиза, пентозофосфатного цикла, цикла трикарбоновых кислот,т.е.несколькими биосинтетическими путями и образуют целый ряд семейств.Так,биосинтез

ароматических аминокислот начинается с конденсации фосфоенолпирувата

и эритрозо-4-фосфата. Аминокислоты с углеодородными заместителями — аланин, лейцин, валин — образуются из пировиноградной кислоты (семейство этой кислоты); серии, глицин, цистеин (семейство серина)— из 3-фосфоглицериновой или глиоксиловой кислот. Глутаминовая кислота, пролин и аргинин образуются на базе а-кетоглутаровой кислоты (се-

мейство этой кислоты),участвующей в ЦТК. Щавелевоуксусная кислота, также входящая в ЦТК, является предшественником аминокислот семейства аспарагиновой кислоты (лизин,метионин,треонин,изолейцин).В ходе биосинтеза аминокислот азот вводят в аммонийной форме или в форме аминогруппы через реакции ферментативного восстановительного аминирования.

Сверхпродуцирование таких микробных первичных метаболитов,как аминокислоты,может быть вызвано следующими обстоятельствами:

1)увеличением степени утилизации субстрата;

2)повышением скорости образования и активности ферментов биосинтеза аминокислот;

3)ингибированием активности или подавлением синтеза ферментов,связанных с утилизацией культурой продуцированных целевых аминокислот;

4)стимуляцией выделения продукта во внеклеточную среду;

5 )стимуляцией образования углеродного и азотного предшественников целевых аминокислот.

Многие аминокислоты получают с помощью ферментов: гидролаз,аммиаклиаз,пиридоксаль-5'-фосфатзависимых ферментов и др.Отдельные аминокислоты синтезируют,используя ин-

дивидуальные ферменты (например,получение L-аспарагиновой кислоты из фумаровой с помощью аспартазы),для получения других применяют комбинации ферментов (например, получение L-цистеина из 2-амино-Δ²-тиазолин-4-карбоновой кислоты с экстрактом Pseudomonas thiazolinophilum).

И сточником фермента для осуществления технологического процесса могут служить биомасса клеток, взятых сразу после культивирования (обычно в конце экспоненциальной фазы роста);лизированные ацетоном клетки; клетки после сублимационной сушки;

к леточный экстракт; очищенный ферментный препарат и,наконец,нерастущие иммобилизованные клетки. Иммобилизация клеток является новой биотехнологией, которая включает их фиксацию на мембранном (пористом для низкомолекулярных веществ)носителе (хлопковая вата,силикагель,бентонит,полиакриламидный гель,полисахарид,каррагинан и др.).Такие клетки имеют большой период полуинактивации (иногда более 100 сут)и представляют собой биокатализатор многократного действия.

П о л у ч е ние L -л и з и на. Наиболее распространенным с технологической точки зрения является метод получения L-лизина из D,L-α-амино-ε-капролактама.Для осуществления процесса первоначально комбинацией химических реакций из циклогексена получают D,L-α-амино-ε-капролактам

П оследний используют в качестве субстрата ферментативного декарбоксилирования. Процесс включает селективный гидролиз D,L-α-амино-ε-капролактама в L-лизин и превращение остаточного α-амино-ε -капролактама D-формы в смесь энантиомеров.

α-Амино-ε-капролажтам-гидролаза (лактамаза)обнаружена в клетках Candida laurentii и других дрожжах, и ее синтез может быть индуцирован добавлением D,L-α-амино-ε-капролактама (или L-a-амино-е-капролактама),а активность —ионами Mg ²⁺ и Мп ²⁺ .

а-Амино-е-капролактам-рацемаза найдена в Alcaligenes obae и других бактериях.При получении L-лизина воздействуют двумя ферментами на субстрат. В водный раствор D,L-a-амино-е-капролактама вводят необходимое количество дрожжевых и бактериальных клеток,обладающих гидролазной и рацемазной активностью. При рН 8,0 —8,5 и температуре 30 — 50 °С D,L-α-амино-ε-капролактам количественно переходит в L-лизин.Отметим,что оба фермента (точнее,оба вида клеток)можно получить в иммобилизованном виде.

П о л у ч е ние L -а с п а р а г и н о вой к и с л о ты. В настоящее время разработан и успешно реализован в промышленном масштабе метод получения аспарагиновои кислоты на основе рекомбинантных и иммобилизованных клеток продуцентов —аспартатаммиаклиазы (аспартазы).Клетки Е.coli,содержащие аспартазу,катализировали присоединение аммиака к фумаровой кислоте с образованием L-аспарагиновой кислоты .Аспартаза — внутриклеточная лиаза — синтезируется не только клетками Е.coli,но и некоторыми другими микроорганизмами и растениями.Глюкоза репрессирует синтез фермента,и эта репрессия снимается циклическим АМФ.Органические соединения азота,включая аминокислоты,усиливают образование фермента.Анаэробное культивирование предпочти-

тельно для синтеза фермента.Активность иммобилизованных в .полиакриламидный гель клеток сохранялась при повышенной температуре (37 °С)в присутствии ионов Mg

в течение 40 сут при рН 8,5,причем выход аспарагиновои кислоты составлял 95 — 100%(при концентрации фумаровой кислоты 1 — 1,8 моль/л).Плотность иммобилизованных клеток на носителе составляла 500 г сырой биомассы на 1 л объема. Технология получения L-

аспарагиновой кислоты — один из первых примеров использования в промышленности иммобилизованных живых клеток микроорганизмов, содержащих аспартазу.

В табл. приведены аминокислоты (целевые продукты),субстрат, ферментативная реакция, источник фермента и продуктивность каждой реакции.