Лекция №1
|
|
Скачать 0.82 Mb.
|
|
Получение витаминов Получение антибиотиков Получение ферментативных препаратов Лекция №17 Состав и свойства активного ила. |
Лекция №16 Получение витаминов, антибиотиков и ферментативных препаратов Витамины группы В, рибофлавин, классификации антибиотиков, технические препараты ферментов ^ Микроорганизмы содержат много витаминов, которые чаще всего входят в состав ферментов. Состав и количество витаминов в биомассе зависят от биологических свойств данной культуры микроорганизмов и условий культивирования. Некоторые витамины микроорганизмы синтезируют, другие напротив усваивают в готовом виде из окружающей среды. Культура, способная синтезировать какой-либо витамин, называется аутотрофной по отношению к нему, если культура не способна синтезировать данный витамин, она является аутогетеротрофной. Витамины группы В. Сравнительно богаты витаминами группы В дрожжи (хлебопекарные, пивные, кормовые). Изменяя условия среды, содержание отдельных витаминов можно увеличить. Количество витаминов в клетках, а также их выделение из последних можно изменить при помощи микроэлементов. Например, небольшие добавки марганца способствуют накоплению инозита в клетках. Так, повышенные дозы кобальта (100— 500 мкг хлорида кобальта на 100 г) увеличивают содержание пиридоксина (витамин В6) в культуральной жидкости. Рибофлавин. Для получения препарата витамина В2 используют культуру дрожжей Candida guilliermondia, бактерии Clostridium acetobutylicum, даже продуцент лизина Brevibacterium и др. Однако наибольшую продуктивность в биосинтезе рибофлавина имеет дрожжеподобная культура Eremothecium ash-buii, дающая до 6000 мкг рибофлавина на 1 г сухого вещества питательной среды. Рибофлавин накапливается в клетках микроорганизмов либо в виде флавинадениннуклеотида, либо в свободном виде. В последнем случае он представляет собой желтые кристаллы, находящиеся в вакуолях. Максимального количества биомассы культура Eremothecium ashbuii достигает на второй день культивирования. В это время наблюдается интенсивное спорообразование и синтез рибофлавина. При старении культуры, особенно через 4—5 сут культивирования, клетки начинают автолизироваться и рибофлавин переходит в среду. Биосинтез рибофлавина полностью еще не выяснен. Считают, что кольца В и С в молекуле рибофлавина образуются так же, как и пуриновые основания, и накопление рибофлавина в клетках и окружающей среде происходит в результате чрезмерно активного синтеза пуринов. Предшественником рибофлавина, думается, мог бы быть диаминоурацил. Кроме того, из продукта гликолиза — пировиноградной кислоты — может образоваться ацетоин или диацетил, которые, возможно, участвуют в образовании кольца А молекулы рибофлавина. Для получения кормового препарата рибофлавина культуральную жидкость упаривают в вакууме до 30—40% сухих веществ и сушат в распылительных или валково-вакуумных сушилках. Для получения кристаллического препарата рибофлавина культуральную жидкость нагревают до 95—100°С, так как в этих условиях весь рибофлавин выходит из клеток. Затем раствор центрифугируют, центрифугат охлаждают до 18—20°С, устанавливают рН среды 4,5—5,0 и осаждают рибофлавин из раствора при помощи гидросульфита. После декантации осадок промывают, центрифугируют, сушат и размельчают. Полученный технический препарат можно использовать в животноводстве. Медицинский препарат рибофлавина получают перекристаллизацией его из раствора технического рибофлавина в соляной кислоте. ^ Антибиотики — органические соединения. Они синтезируются живой клеткой и способны в небольших концентрациях замедлить развитие или полностью уничтожить чувствительные к ним виды микроорганизмов. Их продуцируют не только клетки микроорганизмов и растений, но и клетки животных. Антибиотики растительного происхождения называют фитонцидами. Это хлорелин, томатин, сативин, получаемый из чеснока, и алин, выделяемый из лука. По химическому строению антибиотики также делят на группы (по М. М. Шемякину и А. С. Хохлову): 1. Алифатические антибиотики — нистатин, микостатин, фун-гицидин. Нистатин продуцируют Streptomy-ces fungicidicus, Str. naursei. Он действует на дрожжи и грибы, но не влияет на бактерии. 2. Алициклические антибиотики — тетрациклин — действуют на стафилококки, стрептококки, салмонеллы и др. Его продуцент Str. viridofaciens. Тетрациклин получают также путем дехлорирования хлор-тетрациклина. Если в В-кольце молекулы тетрациклина у верхнего атома углерода имеется —ОН группа, тогда это соединение (также широко известное антибиотическое вещество) называют окситетрациклином. Его продуцируют Str. rimosus и другие культуры. Если у верхнего атома углерода D-кольца молекулы тетрациклина находится атом хлора, то это вещество называется хлортетрациклином или биомицином. Оно используется не только в медицине, но и как стимулятор при откармливании домашних животных. 3. Антибиотики — хиноны (например, фумигатин, продуцируемый многими видами Aspergillus), воздействуют на стафилококки, стрептококки, Vibrio choleras и др. Азотосодержащие гетероциклические антибиотики — пенициллин и его производные продуцируются Penicillium potatum и особенно P. chrysogoiium. Он воздействует на грамположи-тельные бактерии — Salmonella, Pseudomonas, Staphylococcus, Candida albicans, Mycobaelerium tuberculosis, Streptococcus faeca-lis. Vibrio и др. 5. Стрептомицины и им подобные антибиотики. Стрептомицин продуцируют Streptomyces griseus или Actinomyces strepto-mycini (пo классификации советских ученых). Он воздействует на грамотрицательные бактерии, а также на некоторые грам-положительные бактерии. 6. Содержащие кислород гетероциклические антибиотики — гризеофульвнн (продуцирует Penicillium griseofulvum) и др. 7. Антибиотики — полипептиды — грамицидин, полимиксин и др. По строению они являются циклопептидами из остатков L и D-минокислот. Полимиксин продуцируют Bacillus polymyxa, В. aerosporus и др. В настоящее время производят очень много различных антибиотиков. В качестве примера ниже приводится технология получения пенициллина и кормового биомицина. ^ Для получения ферментных препаратов используют как микроскопические грибы, так и бактерии и дрожжи. Иногда получение технического ферментного препарата кончается проведением процесса ферментации, например в спиртовой промышленности для осахаривания крахмала используют жидкую культуру As-pergillus niger, выращенную глубинным методом культивирования на спиртовой барде с добавками крахмала (1%) и различных солей. Впоследствии ее добавляют в жидком виде в количестве 10—12% к осахариваемому затору. Однако активность ферментов в культуральной жидкости быстро снижается. Поэтому широко практикуют получение сухих технических ферментных препаратов. Технические препараты ферментов. Комплексный амилолитический ферментный препарат получают см выращивания плесневых грибов на твердой питательной среде с последующей сушкой и измельчением полученной массы. Более активный препарат фермента получают путем экстракции такого «грибного солода» с последующим выпариванием и сушкой. Еще более активные ферментные препараты можно выделить из культуральной жидкости путем осаждения амилазы ацетоном и дальнейшим высушиванием коагулята при температуре 27—28СС. Для осаждения фермента часто используют и сульфат аммония. Предварительно культуральную жидкость выпаривают при температуре 400C до 40%-ного содержания сухих веществ. Коагулят сушат вместе с наполнителем. В Японии для пищевых нужд используют технический препарат амилазы, полученный адсорбцией фермента из культуральнон жидкости особо обработанным крахмалом. Затем амилазу вместе с крахмалом лиофилизируют. Препарат, содержащий пектиназу, получают из отходов производства лимонной кислоты — мицелия Aspergillus niger, высушивая его или коагулируя из экстракта белковую фракцию мицелия. Этот препарат используют для осветления соков и увеличения их выхода при обработке ягод и фруктов.  ^ Биохимическая очистка 1. Биохимическое превращение загрязнений неприродного типа. Проблема расширения биохимического производства тесно связана с проблемой полной очистки сточных вод и снижения отрицательного воздействия их на окружающую природу. В практике обезвреживания сточных вод химических и электрохимических производств широко применяют метод биологической очистки, основанный на способности гетеротрофных микроорганизмов использовать в качестве источников питания разнообразные неорганические и органические соединения, подвергая их биохимическим превращениям. Известно, что ни одно из органических соединений, образующихся в результате жизнедеятельности различных организмов, не накапливается на Земле. Важнейшую роль в превращении этих органических соединений играют микроорганизмы. Многообразие функций микроорганизмов привело к формированию «доктрин катаболической безотказности микроорганизмов», т.к. любое органическое соединение, имеющееся в природе, используется какими-либо микроорганизмами. Широкое распространение получил биологический метод с использованием процесса метаболизма бактерий активного ила, т.е. использование ферментов, которые необходимы для метаболизма в данных условиях, в присутствии специфического органического соединения или комплекса органических соединений. Поэтому учитывается не только способность микроорганизмов к синтезу ферментов, но и возможность изменения их активности. Использование свойств адаптации бактерий активного ила позволяет успешно решить вопросы биологической очистки сточных вод химических производств, содержащих сложные органические соединения неприродного происхождения. Именно этим обусловлено широкое внедрение методов биологической очистки в различные отрасли химической промышленности (очистка сточных вод при производстве: капролактама, метанола, карбамида, аммиака, формамина, белково-витаминного концентрата, полимерных материалов и т.д.). Биохимическое превращение загрязняющих веществ микроорганизмами активного ила обусловлено процессами обмена веществ бактерий, их типом дыхания и питания. Биоценоз активного ила формируется преимущественно гетеротрофными микроорганизмами, особенностью которых является способность усваивать углерод из готовых органических соединений самой различной химической структуры. Вещества, имеющую различную химическую структуру, проходят в бактериальную клетку с различной степенью легкости. Известно, что углеводорода легко проникают в бактериальную клетку. Соединения, содержащие амино- и оксигруппы, труднее проникают в клетку, а следовательно, их питательная ценность значительно снижается. Чем больше молекула вещества содержит полярных групп, тем труднее она проникает в клетку. Например, этиловый спирт CH3CH2OH, имеющий одну оксигруппу, проникает в клетку значительно легче, чем этиленгликоль (CH2OH CH2OH), имеющий две оксигруппы. Глицерин, имеющий три оксигруппы (CH2OH CHOH CH2OH), поступающий в клетку медленно. ^ Активный ил представляет собой экосистему, включающую сложный комплекс микроорганизмов различных классов, простейших микроскопических червей, водорослей; количественное и качественное формирование экосистемы диктуется искусственными условиями существования. Микрофлора активных илов, очищающих многокомпонентные сточные воды химических производств, различна и зависит от состава очищаемых сточных вод, технологического режима работы аэротенков и условий эксплуатации всего комплекса очистных сооружений. Количественные закономерности формирования экосистемы активного ила определяются технологическим режимом работы аэротенков. Общее количество микроорганизмов в сооружениях прямо пропорционально окислительной мощности. Качественный и количественный состав микрофлоры активного ила, очищающего сточные воды химического производства, а также биохимические свойства бактерий, определяющие величину удельной скорости окисления активного ила, зависят от условий его обитания. Они являются управляемыми параметрами и формируются в зависимости от управляющих параметров: химического состава очищаемых сточных вод, постоянства концентраций основных специфических загрязняющих веществ и оптимальных параметров технологического режима. К физическим свойствам активного ила, характеризующим его качество, относится способность ила к оседанию. Она выражается показателем (иловый индекс), который представляет собой отношение объема активного ила в миллилитрах после 30-ти минутного отстаивания к 1 г. сухого вещества активного ила при разбавлении иловой смеси до 1 г/л. Хорошим является индекс не более 100. Резкие колебания илового индекса, особенно его увеличение до 150–200, свидетельствуют о неблагоприятных, нестабильных условиях работы аэротенки. Качество активного ила характеризуют также его морфологические свойства. Благоприятные, стабильные условия существования активного ила обуславливают хорошую его осаждаемость, прозрачную надиловую жидкость, пластичную структуру илового осадка. Показателем качества всей экосистемы активного ила является инерционность экосистемы. Она проявляется в способности нивелировать одиночные возмущающие отрицательные воздействия. Адаптированный активный ил с оптимальными биохимическими, физическими и морфологическими показателями, эксплуатированный в условиях стабильного оптимального технологического режима, обладает значительной инерционной емкостью и способен «гасить» краткосрочные резкие нарушения технологического режима очистки (рис. 15, 16).   Технология очистки сточных вод активным илом. Сточные воды химических производств содержат сложный комплекс различных соединений органического и неорганического происхождения, различающихся составом, свойствами и фазово-дисперсным состоянием. |
плохо
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям