151
Полисахариды, водные растворы которых отличаются особой ста-
бильностью при резких изменениях температуры и в
условиях агрес-
сивной среды, используются в нефтяной и газодобывающей промыш-
ленности как стабилизаторы и структурообразователи промывных
жидкостей, предназначенных для бурения нефтяных и газовых сква-
жин, и обеспечивают более полное извлечение нефти из нефтеносных
пластов. Более половины нефти в США добывают с помощью полиса-
харидов, главным образом ксантана. В качестве стабилизатора буро-
вых глинистых суспензий перспективен линейный внеклеточный гете-
рогликан бактерий
Methylobacillus methylophilus, состоящий из глюко-
зы, галактозы, маннозы, рамнозы и глюкуроновой кислоты.
Полисахариды ряда микроорганизмов (пуллулан
Aerobasidium
pullulans, гетерополисахарид бактерий
Methylomonas и др.) являются
флокулирующими агентами и используются в
гидрометаллургии для
производства металлсодержащих компонентов в виде гелей.
На основе декстранов получают сефадексы, широко применяемые
в лабораторной практике для гельфильтрации.
Полианионные гликаны, например, ксантан, хитин, используют
для очистки воды от тяжелых металлов, а также при промышленном
синтезе полимеров для извлечения их из органических растворителей.
В настоящее время в промышленном масштабе (США, Франция,
Япония, страны СНГ) выпускается ряд микробных полисахаридов,
имеющих промышленное значение: декстран, ксантан, пуллулан, зан-
фло, курдлан, склероглюкан, или «политран», и некоторые другие.
Производство различных полисахаридов не универсально. Для
каждого гликана оно имеет свои особенности, определяемые физио-
логией продуцента, локализацией и физико-химическими свойства-
ми полимера, областью его использования. Влияние кислотности
среды, уровня аэрации и температуры на биосинтез полисахаридов
очень разнообразно.
Большинство микроорганизмов синтезирует полисахариды из
всех источников углерода, обеспечивающих их рост, – углеводов,
спиртов, карбоновых кислот, аминокислот, углеводородов, С
1
-соеди-
нений. Некоторые микроорганизмы образуют гликаны лишь при
наличии в питательной среде определенных источников углерода.
Например,
Leuconostoc mesenteroides растет, потребляя различные
углеводы, но синтезирует декстран только на средах с сахарозой.
Моносахаридный состав гликанов микроорганизмов не меняется
в зависимости от источника углерода. В
ряде случаев для макси-
мального образования полисахарида требуется более высокая кон-
152
центрация источника углерода в среде, чем для накопления биомас-
сы. Обычно синтезу полисахаридов благоприятствует избыток угле-
рода в среде при некотором дефиците азота и фосфора. Повышенные
концентрации азота и фосфора часто отрицательно сказываются на
синтезе полисахаридов.
Декстран – первый микробный экзополисахарид, полученный
в промышленности. Он представляет собой гомополисахарид, постро-
енный из α-D-глюкопиранозных остатков, соединенных главным об-
разом α-1,6-связями:
OH
OH
O
O
O
O
OH
OH
1
1
1
OH
O
O
O
O
OH 1
2
3
4
5
5
4
3 2
O
OH
O
1
CH
2
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
6
6
6
6
6
Разветвления в молекуле декстранов образуются с помощью
α-1,2-, α-1,3- и α-1,4-связей. Боковые ветви молекулы состоят обычно
из одного или двух остатков глюкозы, реже встречаются более длин-
ные боковые цепи.
Продуценты декстрана
Leuconostoc dextranicum,
Leuconostoc me-
senteroides и другие образуют в больших количествах декстрансахара-
зу, индуцируемую субстратом. Это грамположительные, неспорообра-
зующие, неподвижные, гетероферментативные, факультативно-
анаэробные бактерии. Они расщепляют сахарозу на глюкозу и фрук-
тозу. Фруктоза сбраживается по типу гетероферментативного молоч-
нокислого брожения с
образованием молочной и уксусной кислот,
маннита и СО
2
. Глюкоза полимеризуется в декстран. Образование
декстрана происходит с высокой скоростью, продукт можно выделить
уже через 24 ч.
Декстран образуется внеклеточно. Они имеют молекулярную
массу от 15 до 15 000 кДа. Молекулярная масса определяется концен-
трацией сахарозы и температурой процесса. При высокой концентра-
ции сахара образуются низкомолекулярные декстраны. При неболь-
шой концентрации сахара (10%), температуре 15
С и значении рН 5,0
получаются декстраны с молекулярной массой около 100 кДа.
153
Декстран извлекают из культуральной жидкости, осаждая органи-
ческим растворителем (этанолом), что уменьшает вероятность разру-
шения и модификации полимера.
Нативный декстран не пригоден для использования в
качестве
плазмозамещающего средства, так как имеет очень большую моле-
кулярную массу, значительную вязкость, обладает токсическим
действием и изменяет иммунореактивные свойства организма. Вы-
сокомолекулярные декстраны (более 150 кДа) могут привести к аг-
регации крови.
С целью снижения молекулярной массы декстран подвергается
частичному гидролизу. Можно деполимеризовать выделенный декс-
тран ферментативно, термической обработкой или ультразвуком. Из
полученной смеси выделяют среднемолекулярную фракцию, очи-
щают и на ее основе изготавливают лекарственную форму с задан-
ным молекулярно-массовым распределением. По этому критерию
плазмозамещающие средства на основе декстрана делят на две ос-
новные группы:
– низкомолекулярные (молекулярная масса – 30–40 кДа);
– среднемолекулярные декстраны (50–70 кДа).
Осаждать фракции клинического декстрана с нужной молекуляр-
ной массой из смеси декстранов можно, используя определенные при-
емы. Так, например, более высокие концентрации спирта позволяют
осаждать из
раствора декстраны с меньшей молекулярной массой,
декстраны же с большой степенью полимеризации осаждаются,
напротив, при меньших концентрациях спирта.
Для очистки декстран неоднократно растворяют в воде, пере
осаждают спиртом и фракционируют. Для удаления нежелательных
примесей применяют также многократную обработку раствора акти-
вированным углем. При этом варьируют уровень рН, что способ-
ствует изменению растворимости различных присутствующих в рас-
творе веществ.
Ксантан образуется внутри клетки продуцента и затем экскрети-
руется из нее. Бактерии
Xanthomonas campestris культивируют
в аэробных условиях на среде, содержащей 1–5% углеводов (сахар-
сырец, мелассу, кукурузный крахмал и др.). Полимер используют
в виде вязкой культуральной жидкости или в
виде порошка, высу-
шенного в струе горячего воздуха. В
последнем случае клетки отде-
ляют центрифугированием и осаждают полисахарид этанолом, мета-
нолом или ацетоном в присутствии электролита.