Курсовая работа: Технология получения лизина
Клетки имеют максимальную длину в логарифмической фазе роста. У быстрорастущих клеток хорошо выражен рибосомальный белоксинтезирующий аппарат, а у медленно растущих, но интенсивно синтезирующих лизин — мембранная система. У клеток, интенсивно синтезирующих лизин, большую активность проявляют и ферменты цикла Кребса, многие из которых связаны с мембранами.
Среди источников азота наиболее часто используют соли аммония и кукурузный экстракт (получают обработкой кукурузных жмыхов серной кислотой при 90–100 °С), кислотные гидролизаты дрожжей или казеина. Последние содержат необходимые ауксотрофному штамму аминокислоты и витамины. Оптимальное соотношение углерода и азота в среде составляет 11 : 1 (при его увеличении выход лизина падает, при уменьшении накапливается аланин). В питательной среде также должны содержаться соли калия, магния и фосфора (табл. 2).
Таблица 2.
Состав питательных сред при выращивании продуцента лизина (%)
| Компоненты | Посевной аппарат | Промышленный ферментер |
| Мелассная среда | ||
| Меласса (по содержанию сахара) | 7,5 | 7–12 |
| Кукурузный экстракт (содержание СВ 50 %) | 2 | 1,2–1,5 |
| Сульфат аммония | 2 | 2 |
| Однозамещенный фосфат калия | 0,05 | 0,05 |
| Двухзамещенный фосфат калия | 0,05 | 0,05 |
| Мел | 1 | 1 |
| Пеногаситель синтетический | 0,1 | 0,1 |
| Вода | Остальное | Остальное |
| рН среды | 6,9–7,0 | 7,0–7,2 |
| Ацетатная среда | ||
| Ацетат аммония | 1,5 | 1,5 |
| Глюкоза | 1,0 | 1,0 |
| Однозамещенный фосфат калия | 0,02 | 0,02 |
| Сульфат магния | 0,04 | 0,04 |
| Сульфат аммония | 3,0 | 3,0 |
| Гидролизат соевой муки | 1,5 | 1,5 |
4.3 Условия культивирования
Общая схема производства препаратов лизина представлена на рис. 2
Процесс получения лизина требует строгих асептических условий.
Выращивание производственной культуры продуцента лизина обычно осуществляется периодическим способом в ферментаторах, объем которых составляет 50, 63 или 100 м3 . Посевной материал в количестве 5–10 об. % от объема питательной среды поступает в ферментатор. Сразу после засева в него подается воздух, нагретый до 50 °С, из расчета 1 объем воздуха на 1 объем питательной среды в минуту при давлении 0,12–0,13 МПа.
Продолжительность ферментации составляет 55–72 ч, процесс проводят при интенсивном перемешивании среды, температуре 28–32 °С, рН = 7,0÷7,5 (поддерживается добавлением в среду аммиачной воды) и периодической подачей стерильного пеногасителя.
Процесс культивирования состоит из двух стадий. В первые сутки клетки потребляют около 25 % углеводов и азотистых веществ; в это время накапливается почти вся биомасса. На второй стадии скорость накопления биомассы резко снижается, но в КЖ происходит накопление лизина. По окончании процесса перестает потребляться титрующий агент (аммиачная вода) и концентрация лизина составляет 60–100 г/л, биомассы накапливается 10–15 г/л (СВ), коэффициент потребления сахара в расчете на лизин составляет 25–35 %.
5. Получение препаратов лизина
В зависимости от назначения из КЖ можно получить различные микробиологические препараты (рис. 2): жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), кристаллический лизин.
5.1 Жидкий концентрат лизина
Для получения ЖКЛ и ККЛ культуральную жидкость, содержащую 10–13 % СВ, подкисляют HCl до рН = 5,0 и добавляют 0,15% раствор гидросульфита натрия для стабилизации лизина. Стабилизированную культуральную жидкость упаривают под вакуумом до 35–40 % СВ.
5.2 Сухой концентрат лизина (ККЛ) получают, высушивая ЖКЛ в распылительных сушилках до влажности 5–6 %. Сухой ККЛ очень гигроскопичен, поэтому сразу после сушки его упаковывают в полиэтиленовые мешки.
Менее гигроскопичный ККЛ получают, высушивая ЖКЛ вместе с наполнителями (костной мукой, кормовыми дрожжами, пшеничными отрубями и др.).
В состав кормовых препаратов входят помимо лизина и другие аминокислоты, а также витамины, макро- и микроэлементы (табл. 3).
Таблица 3.
Химический состав кормовых препаратов лизина
| Компонент | Содержание |
| Аминокислоты , масс. % от массы СВ | |
| Лизин | 15–20 |
| Глутаминовая кислота | 2,5–3,7 |
| Валин | 1,2–4,8 |
| Аланин | 1,3–3,1 |
| Аспарагиновая кислота | 0,8–1,4 |
| Лейцин | 0,6–1,1 |
| Пролин | 0,3–2,8 |
| Глицин | 0,6–0,9 |
| Аргинин | 0,3–0,8 |
| Тирозин | 0,4–0,7 |
| Метионин | 0,4–0,6 |
| Изолейцин | 0,4–0,6 |
| Фенилаланин | 0,2–0,6 |
| Триптофан | 0,5–0,6 |
| Серин | 0,4–0,6 |
| Треонин | 0,3–0,6 |
| Гистидин | 0,2–0,3 |
| Цистеин | 0,2–0,3 |
| Азотистые вещества , масс. % от массы СВ | |
| Общий азот | 5,2–7,9 |
| Протеин (N6,25) | 37,5–49,4 |
| Азот: | |
| белковый | 1,9–3,6 |
| α-аминный | 0,9–2,0 |
| аммиачный | 0,3–1,4 |
| Бетаина | 0,82–1,66 |
| Бетаин | 6,0–13 |
| Витамины, мкг/г | |
| Тиамин (витамин В1 ) | 1,7–9,7 |
| Рибофлавин (витамин В2 ) | 84,2–160 |
| Пантотеновая кислота (витамин В3 ) | 30–60 |
| Фолиевая кислота (витамин В4 ) | 10–20 |
| Пиридоксин (витамин В6 ) | 100–340 |
| Никотиновая кислота (витамин РР) | 8–10 |
| Другие органические вещества, масс. % от массы СВ: | |
| редуцирующие вещества | 4,6–12,7 |
| Жиры | 1,3 |
| клетчатка | 0,3 |
| Минеральные вещества, масс. % от массы золы | |
| Зола, масс. % от массы СВ | 19,0–28 |
| Кальций | 5,2–12,5 |
| Калий | 28,6–33,6 |
| Натрий | 0,8 |
| Магний | 1,1–1,5 |
| Железо | 0,1–0,25 |
| Фосфор | 2,2–4,4 |
| Кремний | 10,9–11,5 |
| Микроэлементы, мг/100 г | |
| Цинк | 1821 |
| Кобальт | 67,8 |
| Кадмий | 476,7 |
| Молибден | 545,9 |
| Марганец | 3071 |
| Медь | 280 |
5.3 Кристаллический лизин выделяют из КЖ после отделения биомассы.
Для получения кормовых продуктов пригодны препараты лизина с содержанием основного вещества (лизинмонохлоргидрата) от 70 % и выше. При этом допускается окраска кристаллов в желтый и светло-коричневый цвета. К препаратам медицинского назначения предъявляются более жесткие требования; для парентерального питания содержание основного вещества должно быть не ниже 99 %.
При нормальном течении процесса доля побочных аминокислот не превышает 3 % от содержания лизина, доля микробных клеток — 1,5 %. Для отделения биомассы от КЖ используют саморазгружающиеся сепараторы, а также фильтрование с намывным слоем либо на барабанном вакуум-фильтре, либо на рамных фильтр-прессах с последующей промывкой осадка водой.
Растворы, содержащие лизин, после подкисления соляной кислотой (рН = 5,0÷5,2) и введения стабилизатора (NaHSO3 ) концентрируют выпариванием в вакууме до 45–50 % СВ. Полученный концентрат подвергают кристаллизации, которую проводят при 5–12 °С в течение 1–2 сут. Осадок отделяют от маточника в проточных промышленных центрифугах и далее высушивают в распылительной сушилке или в кипящем слое. Готовый продукт, как правило, окрашен в коричневый цвет и содержит не менее 70 % основного вещества.
Другим способом выделения лизина является ионообменный процесс. Для этого раствор продукта подкисляют H2 SO4 до рН = 1,6÷2,0, в результате чего образуется дикатион аминокислоты. После хемосорбции на катионите (КУ-2х8), используемом в Н+ илиNH4 + форме, отделяются примеси нейтральной и кислотной природы. Аминокислоты элюируют из катионита 0,5–5 % гидроксида аммония, раствор упаривают, подкисляют HCl до рН = 4,9÷5,0, а концентрат кристаллизуют при 5–12 °С, получая кристаллы монохлоргидрата лизина светло-желтого или светло-коричневого цвета, которые после высушивания содержат 90–95 % основного вещества и 1,0–12,5 % золы. Для получения препарата более высокой степени чистоты в схему очистки включают стадию обработки раствора активным углем, перекристаллизацию из 50% этанола и др.