Производство бета-каротина (стр. 2 из 6)
В то же время, некоторые витамины получают с помощью экстракции и очистки культуральной жидкости или биомассы микроорганизмов. Наряду с использованием непосредственно дрожжевой биомассы как источника витаминов в виде дрожжевых гидролизатов и пивных дрожжей, некоторые дрожжи используются для микробиологического производства чистых витаминов.
 |
| Витамин D2, кальциферол |
Использование дрожжей для производства чистых витаминов началось в 1930-х годах с получения витамина D. С использованием специальных рас Saccharomyces cerevisiae получают эргостерол, который после облучения ультрафиолетом модифицируется в витамин D2 (кальциферол).
Существуют штаммы сахаромицетов, обладающие способностью к гиперсинтезу витамина B2 (рибофлавина), которые могут быть использованы для получения этого витамина.
Из базидиомицетовых дрожжей, обладающих способностью к интенсивному синтезу каротиноидов, получают препараты β-каротина, являющегося предшественником витамина A, и астаксантина.
Питьевые дрожжи
Дрожжевой осадок, остающийся после сбраживания пивного сусла, издавна используют для получения различных полезных веществ, в частности дрожжевых гидролизатов и автолизатов. Гидролизаты дрожжей получают, нагревая дрожжевую биомассу при 100°C в кислой среде. Большая часть белков при этом гидролизуется до аминокислот. Затем препарат нейтрализуют и концентрируют в виде густой пасты или высушивают. При получении дрожжевых автолизатов разрушение клеточных компонентов происходит под действием ферментов самой дрожжевой клетки. Этот процесс протекает в обычных условиях в или при небольшом нагревании дрожжевого осадка без питательных веществ до 50°C и обычно продолжается в течение 1-2 сут. За это время около половины всех белков в дрожжевых клетках расщепляется до аминокислот.
Дрожжевые гидролизаты широко применяются в качестве источника витаминов и аминокислот в медицине, в микробиологии при составлении питательных сред. Дрожжевые гидролизаты и автолизаты обладают способностью придавать пищевым продуктам привкус мяса, или усиливать такой вкус, поэтому они широко используются в пищевой промышленности для приготовления различных приправ, в качестве вкусовых добавок в готовые продукты (например, в картофельные чипсы).
Большой популярностью пользуются пивные (питьевые) дрожжи, приготовляемые на основе частично гидролизованной дрожжевой биомассы. Они используются в качестве источника витаминов (в первую очередь В1 и В2, а также РР, В3, В4, В6, Н), незаменимых аминокислот и жирных кислот и широко применяются в медицине, ветеринарии, косметологии, диетологии.
Красные дрожжи
Многие дрожжи синтезируют большое количество каротиноидов, придающих их колониям красную, розовую, оранжевую или желтую окраску. Способность к образованию каротиноидов и формирование окрашенных колоний встречается только среди базидиомицетовых дрожжей, то есть относится к признакам аффинитета. Наиболее характерно образование каротиноидов для родов Rhodosporidium, Cystofilobasidium, Sporidiobolus, и их анаморф Rhodotorula, Cryptococcus, Sporobolomyces. К наиболее распространенным каротиноидам относится β-каротин.
β-Каротин
Это широко распространенное соединение, встречающиеся также во многих растениях и грибах. β-Каротин является предшественником витамина A и его промышленное получение представляет интерес для медицины и некоторых других облестей. Разработаны и применяются биотехнологические процессы получения β-каротина с использованием красных дрожжей, например Rhodotorula glutinis.
У базидиомицетовых дрожжей встречаются и другие виды каротиноидов. Например, красные дрожжи Phaffia rhodozyma образуют каротиноид астаксантин.
Астаксантин
Астаксантин - широко распространенный в природе каротиноидный пигмент ярко-красной окраски. В отличие от β-каротина имеет два дополнительных атома кислорода на каждом из колец. Впервые был выделен из омаров в 1938 году, сейчас обнаружен в тканях многих растений и животных. Особенно в большом количестве содержится в тканях креветок, крабов, лососевых рыб, придавая им красный цвет.
Астаксантин является одним из наиболее активных антиоксидантов и используется в медицине для лечения ряда заболеваний. Препараты астаксантина широко используются в качестве кормовой добавки в рыбоводстве, особенно при выращивании лососей, и аквариумоводстве.
Основным источником для получения астаксантина служит водоросль Haematococcus инцистированные клетки которой содержат до 4% каротиноида. Астаксантин был обнаружен также в дрожжах Phaffia rhodozyma (телеоморфа Xanthophyllomyces dendrorhous). Генетически модифицированные штаммы Phaffia содержат до 1-2% астаксантина и могут также использоваться для промышленного получения этого каротиноида.
Клетки овальные или круглые, иногда удлиненные. Почкование истинное, многостороннее. Может формироваться примитивный псевдомицелий, но истинного мицелия не образуют. Диплоидизация происходит в результате слияния двух гаплоидных клеток (гологамия). Вегетативно размножаются в основном диплоидные клетки. Аски образуются преимущественно из вегетативных диплоидных клеток. Аски круглые или овальные, при созревании спор не вскрываются. Аскоспоры круглые или слабоовальные, бесцветные, гладкие, 1-4 в аске. Все виды активно сбраживают сахара. Дрожжи этого рода с давних времен распространены в кустарном виноделии и широко используются в разных отраслях бродильной промышленности, в связи с чем они более всех других дрожжей изучены в разных аспектах. Их систематика, однако, многократно пересматривалась. Центральный вид - Saccharomyces cerevisiae известен в десятках синонимов, которые в настоящее время рассматриваются как производственные расы, но не самостоятельные виды.
Потребность дрожжей в витаминах
Одна из характеристик, используемых для таксономического описания дрожжей - потребность в витаминах. Более 80% всех известных видов дрожжей не способны к росту на среде, не содержащей витамины (ауксотрофны). Наибольшее число видов (около 65%) нуждается в биотине и тиамине. Из других витаминов в таксономии дрожжей используется определение потребности в рибофлавине, пантотеновой кислоте, пиридоксине, инозите и никотиновой кислоте.
 Биотин, витамин H (B7) |  Тиаминпирофосфат, витамин B1 |
 Рибофлавин, витамин B2 |  Пантотеновая кислота, витамин B5 |
 Пиридоксин, витамин B6 |  мио-Инозит, витамин B8 |  Никотиновая кислота, Ниацин, витамин PP |
Для определения потребности исследуемого штамма в том или ином витамине его выращивают на стандартной среде, содержащей определенный витамин, и сравнивают с ростом на этой же среде, не содержащей витаминов. В случае, если добавление витамина приводит к существенному увеличению роста, делают вывод о ауксотрофности штамма по этому витамину. Тесты на способность к росту на безвитаминной среде и определение потребности в конкретных витаминах входят в стандартное описание вида дрожжей.
Зависимость скорости роста ауксотрофных штаммов дрожжей от содержания определенных витаминов была использована для разработки методов определения концентрации витаминов в различных средах по измерению прироста дрожжевой биомассы.
Стандартные среды для физиологических тестов
Разделение дрожжей на виды базируется на многих характеристиках, среди которых важное место занимают как морфологические, так и физиологические признаки - способность к росту на различных органических соединениях в качестве единственного источника углерода и энергии, способность к усвоению различных источниках азота, потребность в различных витаминах и т.п. Все эти характеристики сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому в систематике дрожжей разработаны и применяются среды стандартного состава. Полный набор таких сред выпускается в готовом виде фирмой Difco (Difco Laboratories, в 1997 г. вошедшая в состав BD Diagnostic Systems). Среди этих сред наиболее популярны: морфологический агар - для описания макро- и микроморфологических характеристик дрожжевой культуры, азотная основа - для определения способностей к росту на различных источниках углерода, углеродная основа - для определения способности к усвоению различных источников азота, базвитаминная среда - для определения потребностей в витаминах.
Состав этих сред приведен в таблице:
| Ингредиенты (на 1 л воды) | Морфологи-ческий агар | Азотная основа | Углеродная основа | Среда без витаминов |
| Источники углерода и азота, г | ||||
| Глюкоза | 10 | — | 10 | 10 |
| (NH4)2SO4 | 3.5 | 5 | — | 5 |
| Аспарагин | 1.5 | — | — | — |
| Макроэлементы, г | ||||
| КH2РO4 | 0.85 | 0.85 | 0.85 | 0.85 |
| К2НРО4 | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
| MgSO4 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| NaCl | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| СаСl2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Аминокислоты, мг | ||||
| L-Гистидин НСl | 10 | 10 | 1 | 10 |
| DL-Метионин | 20 | 20 | 2 | 20 |
| DL-Триптофан | 30 | 20 | 2 | 20 |
| Витамины. мкг | ||||
| Пантотенат кальция | 2000 | 2000 | 2000 | — |
| Фолиевая кислота | 2 | 2 | 2 | — |
| Инозит | 10000 | 10000 | 10000 | — |
| Никотиновая кислота | 400 | 400 | 400 | — |
| Парааминобензойная кислота | 200 | 200 | 200 | — |
| Пиридоксин НСl | 400 | 400 | 400 | — |
| Рибофлавин | 200 | 200 | 200 | — |
| Тиамин НСl | 400 | 400 | 400 | — |
| Биотин | 20 | 20 | 20 | — |
| Микроэлементы, мкг | ||||
| Н3РО3 | 500 | 500 | 500 | 500 |
| CuSO4 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| KJ | 100 | 100 | 100 | 100 |
| FeCl3 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| MnSO4 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| Na2MoO4 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| ZnSO4 | 400 | 400 | 400 | 400 |
| Промытый агар, г | 18 | — | — | — |
| Количество сухой готовой среды фирмы «Difco» на 1 л, г | 35 | 6.7 | 11.7 | 16.7 |
ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО β-КАРОТИНА ИЗ