ПРОДУЦЕНТЫ И ПРОМЫШЛЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ КАРОТИНОИДОВ

Каротиноиды получают с помощью химического синтеза и путем выделения из природных источников - растений и микроорганизмов. Химическим путем получают β-каротин, витамин А, β-апо-8-каротиналь, этиловый эфир β-апо-8-каротиновой кислоты, кантоксантин и ряд других каротиноидов, синтез которых осуществляется в заводских масштабах. Традиционными источниками получения каротиноидов служат также некоторые растения (морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха и др.).

Наряду с этим все шире в тех же целях используют мицелиальные грибы и дрожжи. Как продуценты каротиноидов представляют также интерес бактерии и водоросли.

Перспективными в данном отношении являются некоторые фототрофные бактерии, у которых в зависимости от интенсивности света можно регулировать выход каротиноидов. Биомассу пурпурных бактерий, богатую каротиноидами, в Японии используют в качестве добавок в рацион кур, что способствует более интенсивному окрашиванию желтка. Каротиноиды могут быть получены также в значительном количестве из некоторых водорослей (например, Spongiococcus excentricum, Chlorella sp.).

Среди хемотрофов для получения каротиноидов используют дрожжи Rhodotorula gracilis, R. rubra, Rhodosporidium diobovatum, а также актиномицеты (Act. chrestomycetes var. aurantioideus, Act. chrysomallus var. carotinoides), микобактерии (Mycobacterium phlei, M. carotenum), грибы (Mucoraceae, Dacrymycetaceae и др.). Интерес представляют некоторые штаммы Flavobacterium, синтезирующие пигмент зеаксантин, который пока еще не может быть получен с помощью химического синтеза.

Продуцентами β-каротина, широко применяемыми для промышленного получения этого пигмента, являются гетероталличные мукоровые грибы Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta. При совместном культивировании разнополых штаммов этих грибов на специально подобранных средах выход каротина составляет около 3-4 г/л среды.

Для получения β-каротина с помощью В. trispora используют сложные по составу среды, например кукурузно-соевую, содержащую растительные масла, керосин, поверхностно-активные вещества и некоторые специальные стимуляторы. В последние годы в целях экономии для получения β-каротина начинают применять вторичные продукты отхода - кукурузный экстракт и гидрол. В качестве стимуляторов синтеза каротина используют β-ионон, который можно заменить более дешевой цитрусовой пульпой и цитрусовой мелассой. Как заменители β-ионона используют также изопреновые димеры или тримеры, а также циклогексан, циклогексанон и их триметилпроизводные, среди которых наиболее эффективен 2,6,6¹-триметил-1-ацетилциклогексан (ТАЦ). Активаторами каротиногенеза у В. trispora могут быть также α-пирролидон, сукцинимид, нембутал и изониазид. Добавление этих активаторов, особенно последнего, на фоне действия β-ионона или ТАЦ позволяет значительно увеличить выход каротиноидов. Стимуляторы добавляются к культуре продуцента после окончания периода интенсивного роста биомассы.

Процесс получения β-каротина при использовании гриба В. trispora многостадиен. Согласно одному из способов сначала выращивают отдельно (+)- и (-)-штаммы гриба. Следующая стадия - совместное выращивание разнополых штаммов в ферментере при 26 °С и достаточно интенсивной аэрации. Третья стадия выращивания - внесение в большой ферментер смешанной культуры В. trispora и инкубация в течение 6-7 сут. при той же температуре и аэрации.

Используя соответствующие стимуляторы, можно не только значительно увеличить выход β-каротина, но и изменить состав каротиноидов у В. trispora. Под влиянием некоторых производных пиридина (2-аминопиридина, 4-аминопиридина) вместо β-каротина преобладающим пигментом становится ликопин, выход которого может составлять более 60 % от всех каротиноидов, синтезированных В. trispora. При добавлении 4-аминопиридина наряду с ликопином образуется γ-каротин, причем оба каротиноида синтезируются почти в равных количествах. Таким образом, использование В. trispora интересно в практическом отношении не только потому, что это один из самых активных продуцентов β-каротина, но и потому, что с помощью этого организма можно получать и другие каротиноиды (γ-каротин, ликопин, α-каротин, β-зеакаротин), также имеющие практическое применение.

Проводятся исследования, направленные на дальнейшее удешевление стоимости каротиноидов, получаемых микробиологическим способом. Показано, например, что синтез каротиноидов у В. trispora можно увеличить почти в семь раз, если источником углерода в среде будет целлобиоза. Для удешевления производства с этой целью можно использовать отходы, остающиеся при производстве целлюлозных материалов. На таких средах В. trispora синтезирует кроме β-каротина еще и такой практически важный фермент, как β-глюкозидаза. Получение одновременно двух ценных продуктов значительно удешевляет производство β-каротина.

Для практического использования предложен также высокопродуктивный мутант дрожжей Rhodosporidium diobovatum. На основе данного штамма получен каротинсодержащий белковый препарат. Разработан также метод получения каротинсодержащего препарата с помощью высокоактивного мутанта Муcоbacterium rubrum; препарат содержит α-, β- и γ-каротины, ликопин и ксантофиллы (лютеин, торулин и др.). Для получения ксантофиллов используют гриб Dacrymyces deliquescens, культивируемый на среде, содержащей глюкозу, глицерин и кукурузный экстракт при интенсивном освещении. Выход ксантофиллов в этом случае может составлять около 40 мг на 1 л среды.