Курсовая работа: Технология получения лизина
Образующиеся после ферментации клетки микроорганизмов, наряду с маточными растворами, обычно утилизируют в белковый кормовой продукт по технологии производства кормовых дрожжей.
Лизин (2,6-диаминогексановая кислота) — алифатическая аминокислота с выраженными свойствами основания; незаменимая аминокислота. Лизин известен в виде двух оптически активных D- и L-форм. Бесцветные кристаллы. Природный L-лизин (t пл 224—225°С, с разложением) хорошо растворим в воде, кислотах и основаниях, плохо — в спирте. Выделен в 1889 из гидролизата казеина, синтезирован в 1902; входит в состав почти всех белков животного и растительного происхождения (в большом количестве лизин содержится в гистонах и протаминах, в малом — в белках злаков. Отсутствие лизина в пище замедляет рост у детей, у взрослых приводит к отрицательному балансу азота и нарушению нормальной жизнедеятельности организма. Суточная потребность в лизине у взрослых составляет 23 мг/кг массы тела, у младенцев — 170 мг/кг.
Химическая формула: C6 H14 N2 O2
2. Химическая схема производства
Химизм образования молекулы лизина показан на рис. 1.
Рис. 1. Химизм биосинтеза лизина
При получении лизина необходимо исключить нежелательные побочные процессы. Так, при недостаточной аэрации может идти образование аланина или молочной кислоты вместо синтеза лизина. Очень важным фактором является концентрация дефицитных аминокислот — гомосерина, метионина и треонина в среде. Для нормального роста и биосинтеза лизина культурой Brevibacteriumsp. 22 оптимальной считается концентрация треонина в 800 мг, метионина — 200 мг на литр питательной среды. Кроме того, для развития культуры необходим тиамин в концентрации 200 мкг на 1 л среды. Важным регулятором процесса является биотин. Одна и та же культура Brevibacteriumsp. 22 при концентрации биотина в среде, равной 1—4 мкг/л, продуцирует глутаминовую кислоту, а при концентрации 15— 20 мкг/л — лизин. Считают, чтобиотин изменяет проницаемость клеточной оболочки. При концентрации биотина 2,5 мг/л стимулируется также образование молочной кислоты.
Важную роль играет треонин, являясь обязательным фактором роста на начальном этапе ферментации. Однако концентрация его не должна быть большой, так как на дальнейших этапах ферментации (при синтезе лизина) он может действовать как ингибитор фермента аспартаткиназы. Присутствие лизинаусиливает ингибирующие свойства треонина.
В производственных условиях, если выход лизина составляет 35,7% от используемых сахаров,суммируемое превращение глюкозы, аммиака и кислорода влизин и клеточную биомассу можно описать уравнением:
100C6 H12 O6 + 219O2 + 86NH3 35C6 H14 N2 O2 + 16C8 H13 O4 N + 262CO2 + 380H2 O + 1669кДж
В правой части данного уравнения первый член показывает количество лизина, получаемого из глюкозы. Из 1 молекулы глюкозы образуется 0,35 молекулы лизина. Второй член характеризует образование биомассы. Из уравнения видно, что на переработку каждой молекулы глюкозы требуется 2,19 молекулы кислорода. Это значит, что интенсивность аэрации во время роста культуры должна составлять 2—4 г 02 в час на 1 л среды.
3. Технологическая схема производства
В зависимости от назначения из культуральной жидкости можно получить различные микробиологические препараты (рис. 1): жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), кристаллический лизин.
Рис. 2. Технологическая схема производства препаратов лизина
Для биосинтеза лизина используют гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium , Micrococcus , Corynebacterium .
4. Характеристика сырья, материалов
В промышленных условиях в качестве источника углерода применяют фуражное зерно, мелассу, гидрол, гидролизаты целлюлозосодержащего сырья, крахмал, а также уксусную кислоту.
4.1 Приготовление стерильных питательных сред
Все продуценты лизина являются биотинзависимыми микроорганизмами. Количество биотина в среде должно быть значительно выше (29 мкг/л), чем это необходимо для нормального роста и развития микробной клетки (4–5 мкг/л). Если снизить количество биотина до 1–2 мкг/л, биосинтез лизина замедляется, но одновременно усиливается образование глутаминовой кислоты.
Источником биотина, витаминов и ряда аминокислот являются обычно кукурузный экстракт и свекловичная меласса. Максимальный биосинтез лизина наблюдается на средах с сахарозой (табл. 1).
Таблица 1.
Влияние источника углерода (концентрация 7,5 %) на биосинтез
L-лизина продуцентом Brevibacterium flavum
| Источник углерода | АСБ* , г/л | Лизин, г/л | Ассимилляция сахара, % | YP /S |
| Глюкоза | 15,2 | 22,0 | 7,6 | 0,37 |
| Сахароза | 18,2 | 25,0 | 7,1 | 0,42 |
| Галактоза | 2,0 | 1,0 | 0,7 | 0,02 |
| Ксилоза | 5,2 | 3,5 | 2,5 | 0,06 |
| Манноза | 9,3 | 6,0 | 4,5 | 0,10 |
| Рамноза | 3,6 | 2,0 | 1,3 | 0,03 |
| Арабиноза | 1,0 | Следы | 0,7 |
Существенное значение в процессе ассимиляции углеродсодержащих соединений имеет их концентрация в питательной среде. Наибольшее количество лизина получено на средах, содержащих 10–12 % сахарозы. При более высоких концентрациях сахарозы удельная скорость роста продуцента снижается и уменьшается коэффициент конверсии сахара (YP /S ).
4.2 Приготовление посевного материала
Посевной материал готовится в две стадии: сначала в колбах, а затем в посевных аппаратах при аэрации (11/мин) и интенсивном перемешивании и автоматическом регулировании температуры (300 С) и рН=7 в соответствии с регламентом.
Если в качестве источника углерода используют уксусную кислоту (ацетат аммония), то, вследствие угнетающего действия ацетат-ионов на рост клеток при концентрации выше 2 %, осуществляют дробную подачу субстрата по мере его потребления.
Промышленными продуцентами лизина являются гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium , Micrococcus , Corynebacterium .