Курсовая работа: Производство бета-каротина
Витамины (от лат. vita - жизнь), группа органических соединений разнообразной химической природы, необходимых для питания человека, животных и других организмов в ничтожных количествах по сравнению с основными питательными веществами (белками, жирами, углеводами и солями), но имеющих огромное значение для нормального обмена веществ и жизнедеятельности.
Первоисточником В. служат главным образом растения. Человек и животные получают В. непосредственно с растительной пищей или косвенно - через продукты животного происхождения. Важная роль в образовании В. принадлежит также микроорганизмам. Например, микрофлора, обитающая в пищеварительном тракте жвачных животных, обеспечивает их витаминами группы В. Витамины поступают в организм животных и человека с пищей, через стенку желудочно-кишечного тракта, и образуют многочисленные производные (например, эфирные, амидные, нуклеотидные и др.), которые, как правило, соединяются со специфическими белками и образуют многие ферменты, принимающие участие в обмене веществ. Наряду с ассимиляцией в организме непрерывно совершается диссимиляция В., причём продукты их распада (а иногда и малоизменённые молекулы В.) выделяются наружу. Недостаточность снабжения организма В. ведёт к его ослаблению, резкий недостаток В. - к нарушению обмена веществ и заболеваниям - авитаминозам, которые могут окончиться гибелью организма. Авитаминозы могут возникать не только от недостаточного поступления В., но и от нарушения процессов их усвоения и использования в организме.
Основоположник учения о В. русский врач Н. И. Лунин установил (1880), что при кормлении белых мышей только искусственным молоком, состоящим из казеина, жира, молочного сахара и солей, животные погибают. Следовательно, в натуральном молоке содержатся и другие вещества, незаменимые для питания. В 1912 польский врач К. Функ, предложивший само название "В.", обобщил накопленные к тому времени экспериментальные и клинические данные и пришёл к выводу, что такие заболевания, как цинга, рахит, пеллагра, бери-бери, - болезни пищевой недостаточности, или авитаминозы. С этого времени наука о В. (витаминология) начала интенсивно развиваться, что объясняется значением В. не только для борьбы со многими заболеваниями, но и для познания сущности ряда жизненных явлений. Метод обнаружения В., примененный Луниным (содержание животных на специальной диете - вызывание экспериментальных авитаминозов), был положен в основу исследований. Было выяснено, что не все животные нуждаются в полном комплексе В., отдельные виды животных могут самостоятельно синтезировать те или иные В. В то же время многие плесневые и дрожжевые грибы и различные бактерии развиваются на искусственных питательных средах только при добавлении к этим средам вытяжек из растительных или животных тканей, содержащих витамины. Таким образом, витамины необходимы для всех живых организмов. Изучение В. не ограничивается обнаружением их в естественных продуктах с помощью биологических тестов и другими методами. Из этих продуктов получают активные препараты В., изучают их строение и, наконец, получают синтетически. Исследована химическая природа всех известных В. Оказалось, что многие из них встречаются группами по 3-5 и более родственных соединений, различающихся деталями строения и степенью физиологической активности. Было синтезировано большое число искусственных аналогов В. с целью выяснения роли функциональных групп. Это способствовало пониманию действия В. Так, некоторые производные В. с замещенными функциональными группами оказывают на организм противоположное действие, по сравнению с В., вступая с ними в конкурентные отношения за связь со специфическими белками при образовании ферментов или с субстратами воздействия последних.
В. имеют буквенные обозначения, химические названия или названия, характеризующие их по физиологическому действию. В 1956 принята единая классификация В., которая стала общеупотребительной.
Наличие химически чистых В. дало возможность подойти к выяснению их роли в обмене веществ организма. В. либо входят в состав ферментов, либо являются компонентами ферментативных реакций. При отсутствии В. в организме нарушается деятельность ферментных систем, в которых они участвуют, а следовательно, - и обмен веществ. Известно несколько сот ферментов, в состав которых входят В., и огромное количество катализируемых ими реакций. Многие В. - преимущественно участники процессов распада пищевых веществ и освобождения заключённой в них энергии (витамины B1, В2, PP и др.). Участвуют они и в процессах синтеза: B6 и В12 - в синтезе аминокислот и белковом обмене, В3 (пантотеновая кислота) - в синтезе жирных кислот и обмене жиров, Вс (фолиевая кислота) - в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований и многих физиологически важных соединений - ацетилхолина, глутатиона, стероидов и др. Менее изучено действие жирорастворимых В., однако несомненно их участие в построении структур организма, например в образовании костей (витамин D), развитии покровных тканей (витамин А), нормальном развитии эмбриона (витамин Е и др.). Таким образом, витамины имеют огромное физиологическое значение. Выяснение физиологической роли В. позволило использовать их для витаминизации продуктов питания, в лечебной практике и в животноводстве. Особенно широко стали применяться В. после освоения их промышленного синтеза.
Витаминная промышленность, вырабатывает синтетические витамины, коферменты в виде чистых кристаллических веществ и готовых к применению форм (драже, таблетки, ампулы, капсулы, гранулы, концентраты) и в небольших количествах витаминные препараты из растительного и животного сырья. Витамины повышают пищевую ценность продуктов питания, применяются в лечебной практике и для витаминизации кормов с целью повышения продуктивности животноводства.
Производство витаминов в нашей стране организовано в начале 30-х гг. Вначале выпускались витаминные препараты из натурального сырья. Затем было освоено производство синтетических витаминов С и K3 . С 1949 по технологии, разработанной советскими учёными, в промышленном масштабе стал осваиваться синтез других витаминов, например тиамина (витамин B1). В 1950 производство витаминов в СССР увеличилось по сравнению с 1940 в 5,6 раза. К 1955 в СССР были разработаны схемы синтеза всех известных основных витаминов. Дальнейшее развитие витаминной промышленности связано главным образом с разработкой и внедрением синтетических методов производства витаминов. Эти методы по характеру технологических процессов значительно сложнее, чем метод извлечения витаминов из натурального сырья, но они позволяют получать продукцию в химически чистом виде, что имеет большое значение для их лечебного применения и точных дозировок при изготовлении кормовых концентратов. Кроме того, издержки на производство синтетических витаминов ниже издержек на получение соответствующих витаминов из натурального сырья. За 1959-65 в промышленном масштабе освоен синтез всех известных витаминов и витаминных препаратов, введены в строй крупные витаминные предприятия: Белгородский витаминный и Болоховский (Тульская область) химические комбинаты, а также значительно увеличены мощности ранее действовавших предприятий. В 1965 объём производства витаминной продукции в СССР увеличился по сравнению с 1958 в 2,8 раза, а в 1970 по сравнению с 1965 в 2,6 раза. В 1970 выпуск синтетических витаминов и их готовых форм составил более 99% всего объёма производства витаминной продукции.
К специфическим особенностям синтеза витаминов относятся: многостадийность процессов; значительная материалоёмкость, обусловливающая необходимость размещения предприятий В. п. вблизи сырьевых баз; применение специальной аппаратуры, предназначенной для работы с агрессивными средами; необходимость выработки высокочистой продукции. Витаминные заводы - специализированные предприятия. Преобладает предметная специализация - осуществление синтеза витаминов на каждом предприятии по полной схеме их производства, включая и выпуск всех полупродуктов. С конца 60-х гг. расширяется более эффективная - технологическая специализация производства полупродуктов.
Научно-технические проблемы получения витаминов и их применения разрабатываются в СССР в основном во Всесоюзном научно-исследовательском витаминном институте, а также в научно-исследовательских организациях АМН СССР, АН СССР и АН союзных республик, министерств и ведомств. Вопросы совершенствования действующих производств решаются центральными заводскими лабораториями.
Главные направления развития витаминной промышленности в России:
- создание новых высокоэффективных препаратов;
- совершенствование технологии производства и разработка новых, улучшенных схем синтеза, основанных на использовании дешёвых видов отечественного сырья;
- увеличение выработки витаминов, коферментов и их готовых форм до уровня, обеспечивающего полное удовлетворение потребностей народного хозяйства, расширение ассортимента продукции;
- строительство новых и реконструкция действующих производств;
- механизация и автоматизация технологических процессов;
- совершенствование и организация производства отдельных полупродуктов на предприятиях других отраслей промышленности;
- повышение качества продукции;
- углубление технологической специализации;
- внедрение автоматизированных систем управления отраслью промышленности и производством.
В наиболее развитых странах, особенно в США, Японии, Великобритании, Германии, Франции, Швейцарии, производство витаминов достигло больших размеров.
Как правило, оно сосредоточено в руках химико-фармацевтических фирм.
Производство витаминов из дрожжей
В настоящее время чистые препараты витаминов получают главным образом синтетически, в некоторых случаях отдельные стадии их образования выполняются методами микробиологического синтеза. Распространенное ранее производство концентратов витаминов из продуктов растительного или животного происхождения сейчас почти полностью потеряло свое значение.
В то же время, некоторые витамины получают с помощью экстракции и очистки культуральной жидкости или биомассы микроорганизмов. Наряду с использованием непосредственно дрожжевой биомассы как источника витаминов в виде дрожжевых гидролизатов и пивных дрожжей, некоторые дрожжи используются для микробиологического производства чистых витаминов.
 |
| Витамин D2, кальциферол |
Использование дрожжей для производства чистых витаминов началось в 1930-х годах с получения витамина D. С использованием специальных рас Saccharomyces cerevisiae получают эргостерол, который после облучения ультрафиолетом модифицируется в витамин D2 (кальциферол).
Существуют штаммы сахаромицетов, обладающие способностью к гиперсинтезу витамина B2 (рибофлавина), которые могут быть использованы для получения этого витамина.
Из базидиомицетовых дрожжей, обладающих способностью к интенсивному синтезу каротиноидов, получают препараты β-каротина, являющегося предшественником витамина A, и астаксантина.
Питьевые дрожжи
Дрожжевой осадок, остающийся после сбраживания пивного сусла, издавна используют для получения различных полезных веществ, в частности дрожжевых гидролизатов и автолизатов. Гидролизаты дрожжей получают, нагревая дрожжевую биомассу при 100°C в кислой среде. Большая часть белков при этом гидролизуется до аминокислот. Затем препарат нейтрализуют и концентрируют в виде густой пасты или высушивают. При получении дрожжевых автолизатов разрушение клеточных компонентов происходит под действием ферментов самой дрожжевой клетки. Этот процесс протекает в обычных условиях в или при небольшом нагревании дрожжевого осадка без питательных веществ до 50°C и обычно продолжается в течение 1-2 сут. За это время около половины всех белков в дрожжевых клетках расщепляется до аминокислот.
Дрожжевые гидролизаты широко применяются в качестве источника витаминов и аминокислот в медицине, в микробиологии при составлении питательных сред. Дрожжевые гидролизаты и автолизаты обладают способностью придавать пищевым продуктам привкус мяса, или усиливать такой вкус, поэтому они широко используются в пищевой промышленности для приготовления различных приправ, в качестве вкусовых добавок в готовые продукты (например, в картофельные чипсы).
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--