Производство незаменимых аминокислот

Получение кормовых белковых концентратов с повышенным содержанием незаменимых аминокислот позволяет балансировать корма сельскохозяйственных животных главным образом по уровню белка, тогда как оптимальный аминокислотный состав кормового белка при таком способе балансирования полностью не достигается.

По некоторым аминокислотам почти всегда требуется, для доведения их концентрации в кормовом рационе до оптимума, добавление препаратов чистых аминокислот, полученных промышленным способом. В мире ежегодно производится не менее 300 тыс. т кормовых препаратов незаменимых аминокислот.

Возможно три способа промышленного получения незаменимых аминокислот:

1. Гидролиз белков растительного и микробного происхождения;

2. Микробиологический синтез;

3. Химический синтез.

Более 60% всех производимых промышленностью чистых препаратов аминокислот получают путём микробиологического синтеза.На втором месте по объёму производства находится химический синтез. Технологически получение аминокислот за счёт гидролиза белков экономически менее выгодно, поэтому не получило широкого распространения.

Этапы процесса ферментации:

1. Посевной материал, предназначенный для производственной ферментации, вначале выращивают в посевных аппаратах при 28-32°С; рН 7-7,2 в течение 18-24 ч;

2. Затем полученная суспензия клеток подаётся в производственные ферментёры ёмкостью 50-100 м³ , в которых поддерживается постоянный режим аэрации, необходимое давление. Осуществляется контроль за всеми компонентами и параметрами среды. Время ферментации 55-72 ч;

3. Накопление в культуральной жидкости лизина начинается после 25-30 ч выращивания промышленной культуры и к концу ферментации достигает 40-50 г/л.

4. Культуральную жидкость отделяют от культуры клеток продуцента фильтрованием и используют для получения препаратов лизина.

На основе промышленной культуры синтезирующих лизин бактерий организовано производство нескольких видов товарной продукции (рис. 12.4).

Рис. 12.4. Схема работы линии по производству лизина:

1 - подогрев и растворение свекловичной мелассы; 2 - смешивание кукурузного экстракта, питательных солей и мела в волной суспензии; 3 - нагревательная колонка; 4 - выдерживатель; 5 - теплообменник для охлаждения; б - аппараты для размножения и стерилизации посевной культуры; 7 - подача посевного материала; 8 - система фильтров для очистки и стерилизации воздуха; 9 - ферментер для выращивания промышленной культуры; 10 - фильтры экологической очистки выходящих газов; 11 - получение монохлоргидрата лизина; 12 - подача в реактор соляной кислоты, бисульфита натрия; 13 - монохлоргидрат лизина; 14 - подогрев культуральной жидкости, содержащей монохлоргидрат лизина; 15 - выпарная установка; 16 - сборник жидкого концентрата лизина (ЖКЛ); 17 - смешивание ЖКЛ с наполнителем; 18 - распылительная сушилка; 19 - подача горячего воздуха; 20 - отделение частиц сухого концентрата лизина от воздуха; 21 - экологическая очистка воздуха перед сбросом в атмосферу; 22 - приемник сухого кормового концентрата лизина (ККЛ).

Микробиологический синтез триптофана.Наряду с лизином разработаны промышленные технологии получения кормовых и высокоочищенных препаратов другой незаменимой аминокислоты – триптофана.

Для промышленного получения незаменимой аминокислоты триптофана разработаны технологии на основе использования ауксотрофных мутантов бактерии Bacillus subtilis с нарушенным синтезом фенилаланина и тирозина. Все технологические процессы организованы примерно по такой же схеме, как и получение лизина при помощи мутантов коринебактерий. Ферментация длится 48 ч при 37°С, концентрация триптофана в культуральной жидкости достигает 10 г/л. После отделения культуральной жидкости от клеток бактерий она упаривается и усушивается при 110-120°С. Высушенный продукт называют кормовым концентратом триптофана (ККТ).

Перед получением высококонцентрированных препаратов триптофанакультуральную жидкость подвергают дополнительной очистке в восемь этапов:

1.Вначале её подкисляют соляной кислотой до рН 1,0;

2.Затем центрифугированием отделяют образовавшийся осадок;

3.Центрифугат, содержащий триптофан, пропускают через ионно-обменные колонки с катионом, в результате чего происходит связывание аминокислоты и выделение её из культуральной жидкости;

4.После промывки колонок производится десорбция триптофана 5% - м раствором аммиака;

5.Элюат направляется в вакуумный выпариватель, после чего проводится кристаллизация аминокислоты при 4-8°С;

6.Выделенная в кристаллическом виде соль триптофана промывается этанолом и высушивается под вакуумом при 60°С;

7.Высушенный кристаллический препарат содержит не менее 99% триптофана в виде хлорида;

8.Осадок после отделения культуральной жидкости, содержащий клетки культуры бактерий, также высушивают и используют как высокобелковую кормовую добавку, содержащую, кроме того, повышенное количество триптофана.

Процесс биотехнологического превращения

антраниловой кислоты в триптофан:

- На первой стадии наращивается биомасса дрожжей, являющихся продуцентами ферментов;

- Питательная среда для выращивания дрожжей готовится из свекловичной мелассы, мочевины и минеральных солей;

- Ферментация продолжается втечение 24 ч при 30°С;

- Далее в ферментер вводят спиртовой 5%-й раствор антраниловой кислоты и 50%-й раствор мочевины.

- Через 3-4 ч после добавления антраниловой кислоты в ферментёр дополнительно подаётся углеродный субстрат – меласса в виде 25%-го раствора.

- На последующих этапах ферментации периодически подаётся антраниловая кислота и мочевина через каждые 6 ч и раствор мелассы – через каждые 12 ч.

- Длительность ферментации около 120 ч, а с учётом времени наращивания биомассы дрожжей 144 ч. Содержание триптофана в культуральной среде составляет 0,3-0,5%, или примерно 6 г/л. После упаривания и сушки получают кормовой концентрат триптофана (ККТ), содержащий 90% сухого вещества, 48-54% белков, 1-3% триптофана, 1,5-1,9 мг% витамина В₁, 2,5-3,3 мг% витамина В₂, 62-68 мг% витамина РР.