Микробиологическое производство витаминов и каротиноидов.

Витамины – это группа низкомолекулярных органических веществ, которые в очень низких концентрациях оказывают сильное и разнообразное биологическое действие. Витамины необходимы для нормального функционирования всех органов и систем.

Некоторые организмы, в том числе и человек не способны самостоятельно синтезировать витамины, поэтому должны получать их в готовом виде из внешних источников. Недостаток витаминов или нарушение их ассимиляции приводит к развитию патологических процессов в виде:

1. Гиповитаминозы – болезней, связанных с недостаточным поступлением витаминов с пищей или плохим их усвоением.

2. Авитаминозы – болезни, возникающие при полном отсутствии витаминов, или полном нарушении усвоения какого-либо витамина

3. Гипервитаминозы – болезни, связанные с поступлением в организм чрезвычайно больших количеств витаминов.

Действие витаминов основано на том, что поступая в организм они превращаются в свои активные формы, которые являются ко-ферментами или простетическими группами ферментов. Поэтому при недостатке или отсутствии витаминов нарушается нормальное функционирование организма человека и животных, и жизненно важные процессы приостанавливаются или не протекают совсем. Таким образом, витамины в составе ферментов регулируют обмен веществ живых организмов.

В природе источником витаминов являются главным образом растения и микроорганизмы. Витамин В12, ответственный за кроветворение синтезируется исключительно микроорганизмами. И хотя химический синтез в производстве витаминов занимает ведущее положение, микробиологические методы так же имеют большое практическое значение. Микробиологическим путем получают эргостерин (витамин D) и витамин В12. Микроорганизмы также используются как селективные окислители сорбита в сорбозу, при получении витамина С, а также для производства витаминных концентратов, витамина В2 и каратиноидов.

С помощью микроорганизмов получают биотин, используемый в рационе кур и свиней. В настоящее время на западе в комбикорма для свиней включают биотин, полученный химическим синтезом. Однако, в результате химического зинтеза образуется рацемическая смесь, однако, биологической активностью обладает только D-форма, которая синтезируется микроорганизмами.

В мире существует 40 крупных промышленных производителей витаминов, из них 18 в США, 8 в Японии, 14 в западной Европе. Ведущее место в производстве витаминов занимает Швейцарский концерн, выпускающих от 50 до 70% всех витаминов.

Витамин b12.

Витамин В12 (цианкоболамин или антианемический ветомин) в структуре молекулы содержит трехвалентный атом кобальта. Он является единственным витамином, в состав которого входит металл. Витамин В12 имеет розовую окраску. Недостаток витамина В12 у человека и животных приводит к злокачественной анемии, так как этот витамин участвует в образовании красных кровяных телец крови эритроцитов.

Витамин В12 – единственный, синтез которого осуществляется только микроорганизмами. В организме человека этот витамин накапливается в печени, в которую он поступает с животной пищей или синтезируется микрофлорой кишечника, при условии, что кобальт поступает в организм человека с пищей.

Активно вырабатывается витамин В12 пропионовыми бактериями, а также актиномицетами и метаногенными бактериями. Этот витамин синтезируют и строго анаэробные микроорганизмы (например, некоторые кластридии). Продуценты витамина В12 культивируют в средах, приготовленных на основе пищевого сырья (соевой муки, рыбной муки, мясного и кукурузного экстракта). В последние годы обнаружены микроорганизмы, образующие витамин В12 при утилизации непищевого сырья.

Мировая продукция витамина В12 составляет от 9 до 11 тонн в год. 6,5 тонн потребляется на медицинские цели, остальная часть уходит на животноводство.

Производство витамина В12 основана главным образом на культивировании пропионовокислых бактерий (Россия, Великобритания, Венгрия), мезофильных и термофильных метаногенных бактерий (Россия и Венгрия), а также актиномицетов (Италия).

Для получения витамина В12, пропионовокислые бактерии культивируют периодическим методом в анаэробных условиях в среде, содержащей кукурузный экстракт, глюкозу, соли кобальта и сульфат аммония. Далее, через 72 часа, в среду вносят предшественник (азотистое основание диметилбензимидазол). Ферментацию заканчивают через 72 часа. Витамин сохраняется в клетках бактерий, поэтому после окончания брожения, биомассу сепарируют и экстрагируют из неё витамин водой, подкисленной до pH 4,5-5 при температуре 85-90°С в течение 60 минут с добавлением стабилизатора. Далее раствор многократно очищают.

В Японии витамин В12 получают с использованием иммобилизованных клеток пропионовокислых бактерий, которые в результате мутации выделяют витамин в среду.