Курс лекций для студентов специальности -48 02 01 «Биотехнология» Минск 2014 034)
жүктеу/скачать 1,87 Mb. Pdf көрінісі
|
| 14. ТЕХНОЛОГИЯ МИКРОБНОГО ЖИРА
Свойство микроорганизмов накапливать в клетках значительное количество липидов от общей биомассы находит применение в био- технологии для получения технического микробного жира, который может быть использован в различных отраслях промышленности (ла- кокрасочной, фармацевтической, кожевенной, горнорудной, метал- лургической и др.) взамен масел и жиров растительного и животного происхождения, что позволяет высвободить их для пищевых нужд. Под липидами подразумевают сложную фракцию клеточных компонентов, растворимых в неполярных органических растворите- лях. Эти компоненты условно разделяют на три группы: простые ли- пиды (нейтральные жиры, воски), сложные липиды (фосфолипиды, гликолипиды) и производные липидов (свободные жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины D, E, K). Нейтральные жиры (основное резервное вещество клеток) пред- ставляют собой эфиры глицерина и жирных кислот (моно-, ди- и три- ацилглицериды). Воски – это эфиры высших жирных кислот и алифа- тических спиртов с длинной углеродной цепью. К воскам относят также эфиры витаминов А и D. Основной компонент нейтральных жиров – триацилглицериды. Нейтральные жиры в значительных количествах синтезируются дрожжами и мицелиальными грибами (у бактерий преобладают слож- ные липиды). Нейтральные жиры наиболее пригодны для использова- ния в производстве мыла, а также в качестве смазочного материала (например, при холодной и горячей обработке металлов). К фосфолипидам относятся фосфоглицериды (эфиры фосфогли- цериновой кислоты и спиртов) и сфинголипиды (производные амино- спиртов и жирной кислоты, содержащие остаток фосфорной кислоты). Фосфолипиды входят в состав биомембран клеток и представляют ин- терес как сырье для производства лекарственных препаратов. Гликолипиды, в отличие от фосфолипидов, содержат в молекуле остатки углеводов (глюкозы, маннозы, галактозы и др.) при отсут- ствии остатка фосфорной кислоты. Жирные кислоты представлены главным образом насыщенными и ненасыщенными кислотами нормального строения с четным числом атомов углерода (пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линоле- вой). Свободные жирные кислоты находят применение в лакокрасоч- ной и мыловаренной промышленности, в качестве флотоагента при обогащении руд. 139 В липидах в составе спиртов присутствуют стерины (одноатом- ные полициклические спирты). Дрожжи способны накапливать в значительных количествах эргостерин, который при облучении ультрафиолетовым светом преобразуется в витамин D 2 . Различное соотношение компонентов и состав жирных кислот обусловливают все разнообразие жиров и масел. Липиды присутствуют в биомассе всех микроорганизмов, однако способностью накапливать их в значительном количестве обладают немногие из дрожжей, микроскопических грибов, бактерий и водорос- лей. Наибольшее промышленное значение как продуценты липидов имеют дрожжи. В оптимальных условиях культивирования дрожжи Rhodotorula gracilis могут накапливать 30–35% липидов от сухой мас- сы клетки, Cryptococcus terricolus – 50–60%, Lipomyces lipoferus – 30– 58%, Trichosporon pullulans – 30–55%, Candida humicola – 10–30%, Candida guilliermondii – 6–18%, Hansenula anomala – 8–16%. Для большинства дрожжей характерен двухстадийный биосинтез белка и липидов: на первой стадии развития культуры осуществляется интенсивный синтез белка с медленным накоплением липидов, на вто- рой – прекращается рост дрожжей, усиленно накапливаются липиды. Типичными (истинными) липидообразователями являются дрож- жи Cryptococcus terricolus, которые активно синтезируют липиды в любых условиях, даже наиболее благоприятных для синтеза белка. Слабо выражена стадийность накопления белка и липидов у дрожжей Lipomyces lipoferus и Rhodotorula gracilis. Липиды мицелиальных грибов по своему составу наиболее близ- ки к растительным маслам и представлены в основном нейтральными жирами и фосфолипидами. Однако низкая скорость роста грибов ограничивает их использование в качестве промышленных продуцен- тов микробного жира. Бактерии отличаются специфичностью фракционного состава ли- пидов, в которых преобладают фосфо- и гликолипиды при малой доле нейтральных жиров, и разнообразием состава жирных кислот. Водоросли способны накапливать в оптимальных условиях куль- тивирования до 85% жира от сухой массы клеток, но малая скорость роста не позволяет применять их в промышленном производстве. Некоторые виды дрожжей (представители родов Cryptococcus, Sporobolomyces, Rhodotorula, Candida) способны к экскреции липидов. Эндо- и экзолипиды сильно различаются по своему составу, что сви- детельствует об их различном происхождении. В экзолипидах практи- чески отсутствуют триглицериды, преобладают фосфолипиды, в зна- 140 чительном количестве присутствуют сфинголипиды, полиоловые эфиры жирных кислот. Причины и место биосинтеза внеклеточных липидов окончательно не установлены. Наиболее благоприятны для накопления экзолипидов дрожжами среды с С 5 –С 6 -полиолами, что очень важно для создания более экономичной технологии производ- ства микробного жира. В настоящее время биотехнологическая промышленность рас- полагает отработанной технологией получения микробного жира на углеводородах нефти (фракция очищенных н-парафинов или ди- зельное топливо) и на смеси гидролизатов торфа и древесины (угле- водный субстрат). Условия культивирования липидообразующих дрожжей сильно влияют на соотношение липидных фракций и уровень накопления ли- пидов. Общее количество липидов в клетках значительно возрастает при замене углеводного субстрата углеводородным. Углеводороды стимулируют синтез липидов. Это связано с тем, что липиды, накап- ливаясь в клетках, играют роль растворителя при транспорте н-пара- финов от клеточной стенки к месту окисления. При культивировании дрожжей на средах, содержащих н-парафины с нечетным числом угле- родных атомов, в составе дрожжевых липидов образуется большое ко- личество жирных кислот с нечетным числом атомов углерода, которые не характерны для высших организмов и не усваиваются ими. Это об- стоятельство ограничивает применение продукта в кормовых целях. Для обеспечения направленного биосинтеза липидов важное зна- чение имеет соотношение углерода и азота в среде. Повышение кон- центрации азота смещает процесс в сторону накопления белка. Недо- статок азота при обеспеченности углеводами приводит к снижению выхода биомассы при высоком содержании жира. Оптимальное соот- ношение азота и углерода зависит от вида микроорганизма и природы используемых источников углерода и азота. Например, для Rhodotorula gracilis на глюкозосодержащей среде оптимальным явля- ется соотношение N : C = 1 : 30. Влияние фосфора на липидообразование аналогично действию азота: недостаток фосфора ведет к неполной ассимиляции источника углерода и снижению выхода биомассы, а избыток – к накоплению нелипидных компонентов. Фракционный состав синтезируемых липидов существенно изме- няется при отклонении от оптимальной величины значения рН среды, температуры культивирования, а также зависит от интенсивности аэрации среды. Повышение рН приводит к увеличению содержания 141 фосфоглицеридов и жирных кислот с одновременным уменьшением количества триацилглицеридов. Оптимальные температуры роста и липидообразования для дрожжей совпадают. Температура культи- вирования влияет на соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Понижение температуры ведет к увеличению общей ненасыщенности синтезируемых липидов. При оптимальной аэрации липиды содержат в четыре раза больше триацилглицеридов, в два раза меньше фосфоглицеридов и в восемь раз меньше свободных жирных кислот, чем при ограниченном обес- печении кислородом воздуха. Изменяя условия культивирования про- дуцентов, можно в определенной степени управлять биосинтезом ли- пидов и получать микробный жир для целенаправленного применения в той или иной области. Этот факт подтверждается составом техниче- ского микробного жира, полученного в производственных условиях (таблица). жүктеу/скачать 1,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|