Първични метаболити

Редица клетъчни метаболити представляват интерес като целеви ферментационни продукти. Те се делят на първични и вторични.

Първични метаболитиНеобходими ли са съединения с ниско молекулно тегло (молекулно тегло под 1500 далтона) за растежа на микроорганизмите. Някои от тях са градивните елементи на макромолекулите, докато други участват в синтеза на коензими. Сред най-важните метаболити за индустрията са аминокиселини, органични киселини, нуклеотиди, витамини и др.

Биосинтезата на първичните метаболити се осъществява от различни биологични агенти - микроорганизми, растителни и животински клетки. В този случай се използват не само естествени организми, но и специално получени мутанти. За да се осигурят високи концентрации на продукта на етапа на ферментация, е необходимо да се създадат производители, които се противопоставят на механизмите на регулиране, генетично характерни за техните естествени видове. Например е необходимо да се елиминира натрупването на крайния продукт, който потиска или инхибира важен ензим за получаване на целевото вещество.

Производство на аминокиселини.

В процеса на ферментация, осъществяван от ауксотрофи (микроорганизми, които се нуждаят от растежни фактори за възпроизвеждане), те произвеждат много аминокиселини и нуклеотиди. Микроорганизмите, принадлежащи към родовете Brevibacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Arthrobacter са често срещани обекти за избор на производители на аминокиселини.

От 20-те аминокиселини, които съставляват протеините, осем не могат да бъдат синтезирани в човешкото тяло (незаменими). Тези аминокиселини трябва да се поглъщат с храната. Сред тях метионинът и лизинът са от особено значение. Метионинът се получава чрез химичен синтез, а повече от 80% от лизина се получава чрез биосинтеза. Микробиологичният синтез на аминокиселини е обещаващ, тъй като в резултат на този процес се получават биологично активни изомери (L-аминокиселини), а по време на химичния синтез и двата изомера се получават в равни количества. Тъй като са трудни за разделяне, половината от производството е биологично безполезно.

Аминокиселините се използват като хранителни добавки, подправки, подобрители на вкуса, а също и като суровини в химическата, парфюмерийната и фармацевтичната индустрия.

Разработването на технологична схема за получаване на единична аминокиселина се основава на познаването на пътищата и механизмите за регулиране на биосинтеза на конкретна аминокиселина. Необходимият метаболитен дисбаланс, който осигурява свръхсинтеза на целевия продукт, се постига чрез строго контролирани промени в състава и условията на околната среда. За култивирането на щамове микроорганизми при производството на аминокиселини, въглехидратите са най-достъпни като източници на въглерод - глюкоза, захароза, фруктоза, малтоза. За да се намалят разходите за хранителната среда, се използват вторични суровини: меласа от цвекло, млечна суроватка, нишестени хидролизати. Технологията на този процес се усъвършенства към разработването на евтини синтетични хранителни среди на основата на оцетна киселина, метанол, етанол, n-парафини.

Производство на органична киселина.

Понастоящем редица органични киселини се синтезират чрез биотехнологични методи в промишлен мащаб. От тях лимонената, глюконовата, кетоглюконовата и итаконовата киселини се получават само по микробиологичен метод; млечен, салицилов и оцетен - както химически, така и микробиологични методи; ябълка - химическа и ензимна.

Оцетната киселина е най-важната от всички органични киселини. Използва се в производството на много химикали, включително каучук, пластмаси, влакна, инсектициди, фармацевтични продукти. Микробиологичният метод за получаване на оцетна киселина се състои в окисляване на етанол до оцетна киселина с участието на бактерии от щамовете Gluconobacter и Acetobacter:

Лимонената киселина се използва широко в хранителната, фармацевтичната и козметичната индустрия и се използва за пречистване на метали. Най-големият производител на лимонена киселина е САЩ. Производството на лимонена киселина е най-старият промишлен микробиологичен процес (1893 г.). За неговото производство се използва култура на гъбата Aspergillus niger, A. wentii. Културните среди за отглеждане на производители на лимонена киселина като източник на въглерод съдържат евтини въглехидратни суровини: меласа, нишесте, глюкозен сироп.

Млечната киселина е първата органична киселина, която се получава чрез ферментация. Използва се като окислител в хранителната промишленост, като морилка в текстилната промишленост и при производството на пластмаси. Микробиологично млечната киселина се получава чрез ферментация на глюкоза Lactobacillus delbrueckii.