Разговоров П.Б. Технология получения биологически активных веществ

Подождите немного. Документ загружается.

Различия в значениях цветного числа обработанного льняного масла (J)

оцениваются величиной 3 мг J

/100 мл раствора. Предварительная активация

сорбента в уксусной кислоте (рис. 5.6, кривая 2) позволяет добиться более

существенного (на 60%) эффекта осветления льняного масла при 80°С всего за

0,5 ч его контакта с молекулами сорбента.

Активированный каолин, как показывает кривая 2 на рис. 5.7, по

эффективности выделения красящих веществ превосходит зарубежный аналог;

степень извлечения достигает 75%.

Другим критерием, определяющим качество льняного масла, является со-

держание восков. Схема выделения восков по операциям аналогична таковой,

представленной на рис. 5.1, однако режимы процесса в данном случае су-

щественно отличаются, а именно:

1) процесс ведут при температуре перемешивания твердой и жидкой фаз

(«масло–сорбент»), равной 12–14°С, – с целью образования относительно

крупных кристаллов восков, которые затем выделяют на фильтре;

2) продолжительность перемешивания составляет 5–6 ч;

3) фильтрацию (разделение фаз) проводят при температуре ≈ 40°С, так

как в этом случае возрастает скорость процесса.

Как видно из рис. 5.3, при введении в биологически активную среду сор-

бента в количестве, сопоставимом с содержанием восковых веществ в неочи-

щенном льняном масле, уже в течение 4 ч обработки при 12–14°С удается в 4–

5 раз снизить содержание восков по сравнению с первоначальным (500 мг/кг).

Дальнейшая экспозиция системы слабо влияет на степень сорбции указанных

соединений.

Подходящие условия для выделения восков: расход сорбента 0,2 мас.%;

температура 12°С, интенсивность перемешивания 1 с

–1

; концентрация уксусной

кислоты 6 мас.%; соотношение Т:Ж = 1:1.

Аналогично данным по выделению компонентов пигментного комплекса

(красящих веществ), сродством к воскам обладает каолин, активированный ук-

сусной кислотой (рис. 5.7, кривая 2).Несмотря на то, что он по этому показа-

телю несколько уступает импортному аналогу – сорбенту фирмы «Engelhard»

(рис. 5.7, кривая 3), динамика сорбции при указанных условиях позволяет че-

рез 6 часов достичь значения С

, близкого к 90 мг/кг масла и отвечающего

получению прозрачного продукта очистки. Очищенное масло с цветным чис-

лом ≤ 10 мгJ

/100 мл и С

сжк

≤ 0,007 моль/л может быть использовано без пере-

работки в области фармацевтической химии как источник биологически неза-

менимых ω-полиненасыщенных ЖК, входящих в состав клеточных мембран

живых организмов [4].

Весьма интересна технология выделения на поверхности природных АС

белковых веществ из водных растворов ферментов-стимуляторов – микоцивина

при рН = 8,5 и эсвицина при рН = 2,0–3,0. Активацию поверхности энтеро-

сорбента проводят следующим образом: сорбент помещают в реактор проточ-

ного типа, который представляет собой цилиндр из молибденового стекла тол-

Рис. 5.7. Зависимость остаточного содержания восков С

(мг/кг) в льняном масле

от продолжительности обработки сорбентом

(ч): 1 – каолин; 2 – каолин,

обработанный уксусной кислотой; 3 – сорбент фирмы «Engelhard»

1 2 3 4 5

S, %

C, мас. %

Рис. 5.8.. Сорбция сывороточного альбумина S (%) на активированном

алюмосиликате при различной концентрации сорбента (С) в растворе ферментов-

стимуляторов микоцивина (рН = 8,5): 1 – активированный алюмосиликат (каолин);

2 – голубая глина (основа – бентонит). Начальная концентрация альбумина

в растворе 100 мкг/мл

С, мас.%

0 1 2 3 4 5 6

100

200

300

400

500

τ, ч

щиной 350 мм, и обрабатывают в тлеющем разряде (в аргоне) при давлении 100

Па и токе разряда 20 мА.

После активации рентгеновский спектральный коэффициент А, получен-

ный при расшифровке дифрактограмм на приборе «Дрон-3М», составляет

3,0–4,0 (исходный спектральный коэффициент равен 5,3), что указывает на

повышение степени совершенства структуры образца. Такая модифицирован-

ная структура проявляет повышенные сорбционные свойства к сывороточному

альбумину. Для альбумина изоэлектрическая точка в области рI = 4,5 обуслов-

лена наличием в составе молекул активных NH

- и СООН-групп. Установлено,

что даже в жестких условиях (щелочная среда в присутствии фермента мико-

цивина, рН = 8,5) сорбция сывороточного альбумина из таких растворов по

мере увеличения концентрации сорбента в диапазоне 1–5 мас.% возрастает

более существенно, чем на исходном образце, не подвергнутом плазмохими-

ческой обработке.

Так, степень сорбции альбумина (S, %) на материале исходного каолина

из 10% водной дисперсии микоцивина не превышает 23–24% (2,3–2,3 мг/г

сорбента) и, по мере изменения концентрации твердой фазы в растворе,

изменяется мало. Однако на активированном каолине (при концентрации его в

биологически активной среде 5 мас.%) сорбция альбумина достигает уже 34%

(3,4 мг/г сорбента), превосходя величину S на голубой бентонитовой глине (с

примесями Сu

и Со (II, III)) приблизительно на 20% (рис. 5.8).

Максимальная сорбция на активированном каолине (6,6 мг/г сорбента)

достигается при рН = 4,5–5,0 (≈ рI

АЛЬБ

) из 7–8% водной суспензии, подкис-

ленной раствором биостимулятора эсвицина. Предложенная технология не тре-

бует применения растворителей, обеспечивает снижение энергозатрат на акти-

вацию в 1,3–2,0 раз и представляет большой интерес для фармацевтической

химии и медицины.

6. Технологии получения жиро- и водорастворимых витаминов

Технология получения витамина А

Витамин А встречается в качестве четырех индивидуальных представи-

телей: ретинол, ретиналь, ретинилацетат, ретинолевая кислота. Ретинол имеет

две формы – А

и А

(рис. 6.1, а и б).

Витамин А оказывает влияние на рост

человека, улучшает состояние кожи, обеспечивает развитие клеток, входит в

состав пигмента, регулирующего адаптацию глаза к условиям среды. Недос-

таток витамина (гиповитаминоз) приводит к наличию сухой по норме кожи,

недостатку веса и задержке роста, вплоть до истощения организма [5].

Рис. 6.1. Строение витамина: а – А

; б – А

Рис. 6.2. Строение β-каротина

Витамин А содержится в жировых продуктах, в том числе в рыбьем жире,

сливках, твороге, продуктах животного происхождения, сыре и яичном желтке.

Потребность человека в витамине А может быть удовлетворена за счет

растительной пищи, в которой содержатся его провитамины – каротины. Из

молекулы β-каротина в организме человека образуются две молекулы витамина

А. Суточная потребность взрослого человека в витамине А – 1 мг; для детей

первого года жизни она составляет 0,4 мг, для беременных – 1,5 мг. Если

имеются нарушения в работе печени, дозу витамина А повышают в 2 раза.

β-каротин (провитамин А) (рис. 6.2) – природный антиоксидант, защищающий

клетки организма от вредного воздействия свободных радикалов, позволяет к

тому же повышать пищевую ценность продуктов.

Создание и использование в рационе питания пищевых добавок, содержа-

щих β-каротин и обладающих лечебно-профилактическим действием, позволя-

ет повысить уровень адаптационной защиты организма от воздействия неблаго-

приятных факторов окружающей среды и снизить риск возникновения зло-

качественных новообразований.

Каротин вводят в продукты в виде масляных растворов и дисперсий.

Чтобы получить готовый β-каротин, используют технологию, где применяют

следующие питательные среды: соевая мука, кукурузное, подсолнечное масло

(см. рис. 6.3).

Производственная среда имеет состав: соевая мука – 4,0%; кукурузная

мука – 1,7%; подсолнечное масло – 4,0%; КН

РO

– 0,05%; витамин В

–

0,0002%.

Соевую и кукурузную муку предварительно гидролизуют в 0,1 н. раст-

воре Н

SО

при температуре 120°C в течение 30–45 мин. После ферментации (в

течение 40–44 ч вводят добавку 0,15% раствора β-ионона и 0,04% раствора

сантохина. Выход каротина через 72 ч роста при рН = 6,2–6,7 и температуре

28–30°С составляет 1–2 г/дм

среды.

Рис. 6.3. Принципиальная технологическая схема получения β-каротина

Также возможно получение водорастворимого β-каротина по схеме, пред-

ставленной на рис. 6.4 [6].

Основные технологические стадии: подготовка и измельчение носителя;

приготовление водно-спиртовых растворов стабилизаторов; перемешивание

компонентов; сушка и упаковка препарата. В качестве носителя, обладающего

способностью впитывать масляную фазу раствора β-каротина, используют лак-

тозу, а в качестве стабилизаторов – пектины и аскорбиновую кислоту в

концентрациях 4 и 2,5% соответственно.

Российскими специалистами предложены биотехнологические методы

получения высших гомологов убихинона и эргостерина из липидов дрожжей

рода Candida.

Ввод соевой, кукурузной

муки, подсолнечного масла,

витамина В

, КН

РО

Приготовление питательной

среды

Сушка

Отработанный

воздух

Добавление воды

Ввод посевного материала

Стерилизация и охлаждение

Ферментация;

t =28–30°C; τ =72 ч;

рН = 6,2–6,7

Обработка паром

Ввод β-инона, аэрирующего

воздуха, сантохина

Обработка ацетоном

Сушка биомассы

Обработка паром

Ввод теплоносителя

Отделение биомассы

фильтрацией

Очистка

отходящих

газов

Удаление ацетона

выпариванием

Подсолнечное масло

Экстракция ацетоном

Ферментатив-

ная сушка

Фильтрат

Ввод теплоносителя

Масляный раствор β-каротина

Очистка

отходящих

газов

Рис. 6.4. Схема получения растворимого β-каротина: 1 – дробилка; 2 – ленточный

транспортер; 3 – сборник лактозы; 4 – весы-дозатор; 5 – сборник-дозатор β-каротина;

6 – насос; 7 – сборник-дозатор пектина; 8 – сборник-дозатор для этилового спирта;

9 – сборник-дозатор для аскорбиновой кислоты; 10 – сборник-дозатор для

дистиллированной воды; 11,12 – смесители; 13– сушилка; 14 – сборник-дозатор; 15 –

упаковочная машина

В настоящее время разработан способ выделения на основе комплексной

переработки биомассы микроскопического гриба Blakesleatrispora, позволяю-

щий получать в едином технологическом цикле сразу несколько ценных

целевых продуктов – β-каротин, убихиноны, эргостерин, фосфолипиды и

полиненасыщенные жирные кислоты (рис 6.5).

Технология включает следующие основные стадии.

Экстракция биолипидного комплекса. Проводят при температуре 55°C в

присутствии ацетона и этанола. Время экстракции ацетоном составляет 30 мин,

этанолом – 65 мин.

Выделение β-каротина. Проводят в присутствии ацетона при темпера-

туре 55°C в течение 18 ч.

Выделение фосфолипидов. Проводят при массовом соотношении фосфо-

липиды: ацетон = 1: 5 при температуре t = 10°C в течение 20 мин.

Омыление нейтральных липидов. Среда представляет собой смесь нейт-

ральных липидов, ацетона, воды и КОН. Температура процесса 67°C, продол-

жительность 50 мин.

Экстракция неомыляемой фракции. Проводят в присутствии гексана.

Рис. 6.5. Получение биологически активных веществ из биомассы Blakesleatrispora

Получение эргостерина. Проводят при объемном сотношении неомыляе-

мая фракция: гексан = 1:5 при температуре 20°C.

Кристаллизация убихинонов. Проводят при температуре 20°C.

На базе данной технологии разработаны добавки Липидовит, Кютенвит.

Из 100 кг сухой биомассы гриба можно выделить следующие биологи-

чески активные вещества: β-каротин – 2,5 кг; фосфолипиды – 8,2 кг; жирные

кислоты – 36,2 кг; убихиноны – 0,5 кг.

Промывка биомассы гриба

Ацетон, гексан

Омыление нейтральных

липидов

Биошрот

Выделение фосфолипидов

Экстракция

биолипидного к

омплекса

Выделение β-каротина

Ацетон

Экстракция неомыляемой

фракции

Получение жирных кислот

Фосфолипиды

Гексан, вода

β-каротин

КОН, вода,

ацетон

Кристаллизация

эргостерина

Выделение убихинонов

Очистка неомыляемой

фракции

SО

Колоночная хроматография

Гексан, вода

Смолоподобные

вещества

Жирные кислоты

(сульфатная вода,

ацетон)

Эргостерин

Гексан

Этанол

Убихиноны

Технология получения витамина В

(рибофлавина)

Витамин В

, строение которого представлено на рис. 6.6, является произ-

водным рибозы; при этом рибоза входит в состав молекул в виде много-

атомного спирта рибита. Имеет большое распространение в природе и

синтезируется грибами, дрожжами, растениями. У животных этот витамин не

синтезируется, и они получают его в составе комбикормов. Недостаток витами-

на В

резко нарушает процесс роста и протекание белкового обмена [5].

Данный витамин широко используют в составе различных медицинских

препаратов и лекарств.

Промышленное получение витамина В

происходит путем химического

синтеза. При этом осуществляется трансформация рибозы в витамин В

2 .

Чтобы обеспечить чистоту витамина В

, необходимо брать исходные ком-

поненты для питательной среды и реагенты с определенной концентрацией. На-

пример, можно применять глюкозную патоку, а для оптимизации среды – сое-

вое масло (до 5%). Процесс могут стимулировать различные аминокислоты –

например, глицин. Технологическая схема получения витамина В

представ-

лена на рис. 6.7.

Ферментацию проводят при температуре 28–30°C, при этом необходимо

обеспечить хорошую аэрацию. Расход воздуха (r) составляет 0,3 м

/мин. Исход-

ный водородный показатель (рН среды) составляет 7,0; в ходе ферментации он

снижается до 4,5–6,0.

После утилизации углеродного субстрата начинает образовываться вита-

мин В

(идет накопление кристаллов рибофлавина). Уровень концентрации

витамина В

в культивируемой жидкости составляет 2,0–2,5 г/дм

Содержание сухих веществ в продукте находится на уровне 30–40%. Ко-

нечный продукт представляет собой порошок с содержанием витамина 10 мг/г

и сырого протеина до 10% (рис. 6.7).

В ряде стран витамин В

получают генной инженерией на основе штамма

бактерий рода Bacillus Subtiles. Грибок выращивают в глюкозной патоке при

температуре 28–30°C в течение 80–84 ч, в присутствии добавок Са(ОН)

–

0,5 % , NН

NО

– 2,5% (рис. 6.8).

Рис. 6.6. Строение витамина В

Рис. 6.7. Технологическая схема получения витамина В

Рис. 6.8. Получение витамина В

на основе штамма бактерий Bacillus Subtiles

Приготовление питательной среды

О, глюкозная

патока, NН

NО

СаСО

Маточный раствор

Воздух

Стерилизация и охлаждение

Конденсат

Воздух на очистку

Теплота

Ферментация; t = 28–30°C,

τ = 84 ч, рН = 4,5–6,0

Сушка; t = 280°C, ω=10%

Фильтрация

Экстракция, центрифугирование

Выпаривание до с.о. 30–40%

Посевной материал,

аэрирующий воздух

Пар

Пар, Н

Экстрагент

Очистка на угольной колонке

Витамин В

Кристаллизация, отделение

кристаллов

Окончательная сушка

Мицелий

Воздух на очистку

воздух

Активированный уголь

Отработанный уголь

Нагревание мицелия; t =120°C, τ = 1 ч

Конденсат

Стерилизация

Витамин В

Пар

Приготовление питательной среды

Глюкозная патока,

NН

NО

, Са(ОН)

Ферментация; t = 28°C,

r = 0,5 м

/м

·мин, рН = 7,0

Технология получения витамина В

Строение витамина В

представлено на рис. 6.9. В

является наиболее

сложным химическим соединением среди витаминов. При замене циано-

группы на группу ОН

–

в молекуле цианокобаламина образуется оксикобаламин,

который является истинным витамином В

. При недостатке витамина В

наступает слабость, падает аппетит, развивается злокачественное малокровие,

нарушается деятельность нервной системы. Данный витамин содержится в про-

дуктах животного происхождения; им богаты печень, почки, рыба. Витамин В

применяется для лечения анемий, нормализации функции кроветворения, в

разделе неврологии.

Следует помнить, что витамин В

разрушается при длительном действии

световых лучей, в кислой, щелочной среде [5].

Его получают путем микробиологического синтеза из Propionobacterium,

а также Pseudomonas и смешанных структурных бактерий.

Основной метод включает использование Propionobacterium. Процесс

ведут в реакторе объемом 1 м

при коэффициенте заполнения 0,65–0,7.

Технология получения В

включает две стадии:

1) перемешивание в реакторе в течение 80–88 ч в анаэробных условиях до

полной утилизации сахара, после чего полученную массу центрифугируют;

2) процесс обработки суспензии во втором аппарате, уже при доступе

воздуха; расход воздуха составляет 2м

/ч (рис. 6.10). Для питательной среды

используют глюкозу, до 10% солей железа, марганца, магния и кобальта (кон-

центрация соли колеблется от 10 до 100 мг/л), сульфат аммония.

N N

O P

Рис. 6.9. Строение витамина В