Выполнил: Бармак С. Группа: БТ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОБНЫХ ЛИПИДОВ

ПЛАН: 1. Введение 2. Технология получения микробных липидов 3. Общая характеристика продукта 4. Микроорганизмы - продуценты липидов 5. Питательные среды для получения липидов 6. Условия культивирования

ВВЕДЕНИЕ Основными источниками липидов для человека в настоящее время являются растительные и животные жиры. В организме человека жиры выполняют важные функции, благодаря чему их относят к основным пищевым веществам. Они необходимы организму точно так же, как белки и углеводы, так как являются носителями незаменимых веществ. Прежде всего, они имеют высокую энергетическую ценность, превосходя энергию белков и углеводов боле чем в два раза. В организме всегда должен быть определенный запас жиров. При их недостатке организм начинает перерабатывать белки и углеводы, в результате чего замедлится развитие организма в целом. Жиры участвуют в пластических процессах, они необходимы для нормального усвоения жирорастворимых витаминов - ретинола (витамина А), эргокальциферола (витамина В2), токоферола (витамина Е), филлохинонов (витамина К), некоторых микроэлементов, например кальция и магния. Они повышают вкусовые качества пищи, вызывают чувство длительной насыщаемости. Безжировое питание или длительное ограничение жиров в питании может нанести вред организму, что выражается в нарушении функции нервной системы, почек, органов зрения. Кроме этого изменяется химический состав тканей, возникают заболеваний кожи, снижается физическая активность организма и его сопротивляемость болезням, укорачивается продолжительность жизни. Наряду с потреблением огромного количества жиров для пищевых целей значительная их часть используется и в разных отраслях промышленности (медицинская, химико-фармакоцевтическая, лакокрасочная, шинная, производство мыла, лакокрасочная, смазки, металлургия и т. д.) В настоящее время ведутся поиски новых источников жиров. И в качестве реальной базы для их получения для технический целей могут стать микроорганизмы, которые уже зарекомендовали себя как своеобразные «фабрики» производства спирта, различных органических кислот, витаминов, белка, ферментов и т.д. Для производства липидов микробного происхождения может быть использовано дешевое сырье, они в перспективе могут заменить жиры и масла растительного и животного происхождения, используемые для технических нужд. Таким дешевым сырьем являются гидролизаты древесины или торфа, а также продукты нефти.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОБНЫХ ЛИПИДОВ Под липидами подразумеваются все растворимые в неполярных растворителях клеточные компоненты микроорганизмов. В настоящее время ведутся поиски новых источников получения жиров, в том числе и на технические нужды. Этим источником могут стать микроорганизмы, липиды которых после соответствующей обработки пригодны для использования в различных отраслях промышленности: медицинской, химико-фармацевтической, лакокрасочной, шинной и других, что позволит высвободить значительные количества масел животного и растительного происхождения.

Технологический процесс получения микробных липидов, в отличие от получения белковых веществ, обязательно включает стадию выделения липидов из клеточной массы методом экстракции в неполярном растворителе (бензине или эфире). При этом получают одновременно два готовых продукта: микробный жир (био жир) и обезжиренный белковый препарат (био шрот). Сырьем для этого процесса являются те же среды, что и для производства кормовой биомассы. В процессе культивирования микроорганизмов на различных средах получаются три класса липидов: простые, сложные липиды и их производные.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДУКТА Липиды - это жироподобные органические вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях(эфире, бензине, бензоле и др.) В процессе культивирования микроорганизмов на различных средах получаются три класса липидов: простые, сложные липиды и их производные. Простые липиды - нейтральные жиры и воски. Нейтральные жиры (основные запасные компоненты клетки) - эфиры глицерина и жирных кислот Воски - эфиры жирных кислот или монооксикислот и алифатических спиртов с длинной углеродной цепью Наибольшее количество нейтральных липидов синтезируют дрожжи и мицелиальные грибы. Простые липиды находят применение как технологические смазки в процессах холодной и тепловой обработки металлов. Продуцентами сложных липидов являются в основном бактерии.

Сложные липиды делятся на две группы: фосфолипиды и гликолипиды. Фосфолипиды (фосфоглицериды и сфинголипиды) входят в состав различных клеточных мембран и принимают участие в переносе электронов применение в качестве антикоррозийной присадки к маслам и как добавка при флотации различных минералов. Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат молекулы фосфорной кислоты, но также являются сильнополярными соединениями за счет наличия в молекуле гидрофильных углеводных групп

К производным липидов относят жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины Д, Е и К. Жирные кислоты представлены насыщенными и ненасыщенными с одной двойной связью кислотами нормального строения и четным числом углеродных атомов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая). Среди диеновых жирных кислот можно выделить линолевую. Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах микробных липидов часто располагаются так, что делят их на части, число углеродных атомов в которых кратно трем. Очищенные монокарбоновые кислоты с числом углеродных атомов находят широкое применение в мыловаренной, шинной, химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

МИКРООРГАНИЗМЫ - ПРОДУЦЕНТЫ ЛИПИДОВ Для промышленного использования важное значение имеет способность усиленно накапливать липиды. Этой способностью обладают немногие микроорганизмы, в первую очередь дрожжи. Процесс образования липидов у большинства дрожжей состоит из двух четко разграниченных стадий: - первая характеризуется быстрым образованием белка в условиях усиленного снабжения культуры азотом и сопровождается медленным накоплением липидов (в основном глицерофосфатов и нейтральных жиров); - вторая - прекращением роста дрожжей и усиленным накоплением липидов (в основном нейтральных). Типичными липидообразователями являются дрожжи Cryptococcus terricolus. Они могут синтезировать большое количество липидов (до 60% от сухой массы) в любых условиях, даже наиболее благоприятных для синтеза белка. Из других липидообразующих дрожжей промышленный интерес представляют дрожжи С.guilliermondii,утилизирующие алканы. Они синтезируют в основном фосфолипиды. Накапливают большие количества липидов и активно развиваются на углеводных субстратах (на мелассе, гидролизатах торфа и древесины) также дрожжи видов Lipomyces lipoferus и Rhodotorula gracilis. У этих видов дрожжей липогенез сильно зависит от условий культивирования. Эти продуценты накапливают значительные количества (до 70%) триацилглицеридов.

Высокоэффективный штамм Lipomyces lipofer ВКПМ Y-1020, который является продуцентом липидов (до 60% от сухой массы). Клетки округлой формы с крупными включениями жира. Почкование многостороннее. Cryptococcus terricolus

Микроскопические грибы пока не получили большого распространения в получении липидов, хотя жир грибов по своему составу близок к растительному. Выход жиров у Asp.terreus, например, на углеводных средах достигает 51% от абсолютно сухого веса (АСВ). Липидный состав грибов представлен в основном нейтральными жирами и фосфолипидами. Липиды, синтезируемые бактериями, своеобразны по своему составу, так как включают в основном сложные липиды, тогда как нейтральные жиры составляют незначительную часть биомассы. При этом бактерии производят разнообразные жирные кислоты (содержащие от 10 до 20 атомов углерода), что важно для промышленного получения специфических жирных кислот. Водоросли перспективны для культивирования в качестве липидообразователей, так как не нуждаются в органическом источнике углерода. Химический состав (соотношение белков и жиров) водорослей также сильно варьирует в зависимости от содержания в среде азота. Недостатки - малая скорость роста и накопление токсических соединений в клетках, - ограничивают промышленное применение.

ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИПИДОВ Итак, основную роль в процессе биосинтеза липидов играют различные штаммы дрожжей. Они используют те же источники сырья, что и для получения кормового белка, причем от ценности углеродного питания зависят выход биомассы, количество и состав синтезируемых липидов. Для обеспечения направленного биосинтеза липидов в питательной среде употребляются легкоассимилируемые источники азота. На сдвиг биосинтеза в сторону образования липидов или белка влияет соотношение углерода и азота в среде. Так, повышение концентрации азота вызывает снижение либидо образования, а недостаток азота при обеспеченности углеродом ведет к понижению выхода белковых веществ и высокому процентному содержанию жира. Установлено, что оптимальное соотношение N:С тем меньше, чем труднодоступное для дрожжей источник углерода. Обычно для углеводородного сырья соотношение N:C = 1:30, а для углеводного - 1:40. Накопление липидов возможно только при наличии в среде фосфора. При его недостатке источники углерода используются не полностью, при избытке - накапливаются не липидные продукты. На фракционный состав липидов изменение содержания фосфора влияния не оказывает. Воздействие остальных элементов среды (микро- и макроэлементов) сказывается на интенсивности роста дрожжей и скорости утилизации источника углерода, что влияет и на количество накопленных липидов, но не на их качество.

УСЛОВИЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ На фракционный состав синтезируемых липидов оказывают другие условия культивирования: аэрация, рН и температура. От интенсивности аэрации зависит синтез фосфоглицеридов, жирных кислот и триацилглицеридов. При недостаточной аэрации липиды содержат в 4 раза меньше триацилглицеридов, в 2 раза больше фосфоглицеридов и в 8 раз больше жирных кислот, чем при нормальной. Повышение рН среды ведет к увеличению содержания фосфоглицеридов и жирных кислот при одновременном снижении количества триацилглицеридов. Оптимальные температуры роста и либидо образования для клеток совпадают, причем содержание липидов не зависит от температуры культивирования. Однако, регулируя температуру, можно создавать разные соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе фосфолипидных мембран. Для углеводных субстратов наиболее отработана технология получения липидов на гидролизатах торфа и древесины. Как показали исследования, соотношение гидролизатов торфа и древесины 1:4 обеспечивает наибольший выход биомассы в стадии культивирования (до 10 г/л) при максимальном содержании липидов (до 51% от АСВ) и высоком коэффициенте усвоения субстрата (до 0,54). Из 1 тонны абсолютно сухого торфа после его гидролиза и ферментации можно получить кг микробного жира с преимущественным содержанием триацилглицеридов.