Технологія одержання мікробних ліпідів

Під ліпідами слід розуміти всі розчинні в неполярних розчинниках клітинні компоненти мікроорганізмів. У наш час ведуться пошуки нових джерел одержання жирів, у тому числі й на технічні потреби. Цим джерелом можуть стати мікроорганізми, ліпіди яких після відповідної обробки придатні для використання в різних галузях промисловості: медичній, хіміко-фармакоцевтичній, лакофарбовій, шинній й інших, що дозволить замінити значні кількості жирів тваринного й рослинного походження.

Технологічний процес одержання мікробних ліпідів, на відміну від одержання білкових речовин, обов'язково включає стадію виділення ліпідів із клітинної маси методом екстракції в неполярному розчиннику (бензині або ефірі). При цьому одержують одночасно два готових продукти: мікробний жир (біожир) і знежирений білковий препарат (біошрот).

Сировиною для цього процесу є ті ж середовища, що й для виробництва кормової біомаси. У процесі культивування мікроорганізмів на різних середовищах утворюються три класи ліпідів: прості, складні ліпіди і їхні похідні.

Прості ліпіди – нейтральні жири й воски. Нейтральні жири (основні запасні компоненти клітини)– ефіри гліцерину й жирних кислот, основна маса яких триацилглицериди (є ще й моно- і дигліцериди). Воски – ефіри жирних кислот або моноооксикислот й аліфатичних спиртів з довгим вуглецевим ланцюгом. За структурою й властивостями близькі до нейтральних ліпідів. Найбільшу кількість нейтральних ліпідів синтезують дріжджі й міцеліальні гриби. Прості ліпіди знаходять застосування як технологічні масла в процесах холодної й теплової обробки металів. Продуцентами складних ліпідів є в основному бактерії.

Складні ліпіди діляться на дві групи: фосфоліпіди й гліколіпіди. Фосфоліпіди (фосфогліцериди й сфінголіпіди) входять до складу різних клітинних мембран і беруть участь у переносі електронів. Їхні молекули полярні й при рН 7,0 фосфатна група несе негативний заряд. Концентрат фосфоліпідів знаходить застосування як антикорозійна присадка до масел й як добавка при флотації різних мінералів. Гліколіпіди на відміну від фосфоліпідів не містять молекули фосфорної кислоти, але також є дуже полярними сполуками за рахунок наявності в молекулі гідрофільних вуглеводних груп (залишків глюкози, манози, галактози й ін.).

До похідних ліпідів відносять жирні кислоти, спирти, вуглеводні, вітаміни Д, Е и К. Жирні кислоти представлені насиченими й ненасиченими з одним подвійним зв'язком кислотами нормальної будови й парним числом вуглецевих атомів (пальмітинова, стеаринова, олеїнова). Серед дієнових жирних кислот можна виділити лінолеву. Подвійні зв'язки в ненасичених жирних кислотах мікробних ліпідів часто розташовуються так, що ділять їх на частини, число вуглецевих атомів у яких кратне трьом. Очищені монокарбонові кислоти із числом вуглецевих атомів 14 – 18 знаходять широке застосування в миловарній, шинній, хімічній, лакофарбовій й іншій галузях промисловості.

Спирти, які є у ліпідах, діляться на три групи: спирти із прямим ланцюгом, спирти з β-іоновим кільцем (вітамін А и каротиноїди), а також стерини – ергостерин, опромінення якого ультрафіолетовим світлом дозволяє одержувати вітамін Д₂).

Мікроорганізми – продуценти ліпідів. Для промислового використання важливе значення має здатність посилено накопичувати ліпіди. Цією здатністю володіють деякі мікроорганізми, у першу чергу дріжджі. Процес утворення ліпідів у більшості дріжджів складається із двох чітко розмежованих стадій:

– перша характеризується швидким утворенням білка в умовах посиленого постачання культури азотом і супроводжується повільним нагромадженням ліпідів (в основному гліцерофосфатів і нейтральних жирів);

– друга – припиненням росту дріжджів і посиленим нагромадженням ліпідів (в основному нейтральні).

Типовими ліпідоутворювачами є дріжджі Cryptococcus terricolus. Вони можуть синтезувати велику кількість ліпідів (до 60% від сухої маси) у будь-яких умовах, навіть найбільш сприятливих для синтезу білка.

З інших ліпідоутворюючих дріжджів промисловий інтерес представляють дріжджі С.guilliermondii, які утилізують алкани. Вони синтезують в основному фосфоліпіди. Накопичують великі кількості ліпідів й активно розвиваються на вуглеводних субстратах (на мелясі, гідролізатах торфу й деревини) також дріжджі видів Lipomyces lipoferus й Rhodotorula gracilis. У цих видів дріжджів ліпогенез залежить від умов культивування. Ці продуценти накопичують значні кількості (до 70%) триацилгліцеридів.

Мікроскопічні гриби поки не одержали великого поширення в одержанні ліпідів, хоча жир грибів за своїм складом близький до рослинного. Вихід жирів в Asp.terreus, наприклад, на вуглеводних середовищах досягає 51% від абсолютно сухої маси. Ліпідний склад грибів представлений в основному нейтральними жирами й фосфоліпідами.

Ліпіди, синтезовані бактеріями, своєрідні за своїм складом, тому що включають в основному складні ліпіди, тоді як нейтральні жири становлять незначну частину біомаси. При цьому бактерії синтезують різноманітні жирні кислоти (містять від 10 до 20 атомів вуглецю), що важливо для промислового одержання специфічних жирних кислот. Водорості перспективні для культивування в якості ліпідоутворювачів, тому що не мають потреби в органічному джерелі вуглецю. Хімічний склад (співвідношення білків і жирів) водоростей також сильно варіює залежно від вмісту в середовищі азоту. Недоліки – мала швидкість росту й нагромадження токсичних сполук у клітинах, – обмежують промислове застосування.

Поживні середовища для одержання ліпідів. Основну роль у процесі біосинтезу ліпідів відіграють різні штами дріжджів. Вони використовують ті ж джерела сировини, що й для одержання кормового білка, причому від цінності вуглецевого харчування залежать вихід біомаси, кількість і склад синтезованих ліпідів. Для забезпечення спрямованого біосинтезу ліпідів у поживному середовищі використовують джерела азоту та фосфору, які легко асимілюються.

Умови культивування. На фракційний склад синтезованих ліпідів впливають умови культивування: аерація, рН і температура. Від інтенсивності аерації залежить синтез фосфогліцеридів, жирних кислот і триацилгліцеридів. При недостатній аерації ліпіди містять у 4 рази менше триацилгліцеридів, у 2 рази більше фосфогліцеридів й у 8 разів більше жирних кислот, ніж при нормальній. При інтенсифікації аерації зростає ступінь ненасиченості ліпідів і збільшується відносна кількість всіх груп ненасичених кислот. Підвищення рН середовища веде до збільшення вмісту фосфогліцеридів і жирних кислот при одночасному зниженні кількості триацилгліцеридів. Оптимальні температури росту й ліпідоутворення для клітин збігаються, причому вміст ліпідів не залежить від температури культивування. Однак, регулюючи температуру, можна створювати різні співвідношення насичених і ненасичених жирних кислот у складі фосфоліпідних мембран.

Для вуглеводних субстратів найбільш відпрацьована технологія одержання ліпідів на гідролізатах торфу й деревини. Як показали дослідження, співвідношення гідролізатів торфу й деревини 1:4 забезпечує найбільший вихід біомаси на стадії культивування (до 10 г/л) при максимальному вмісті ліпідів (до 51%) і високому коефіцієнті засвоєння субстрату (до 0,54). З 1 тонни абсолютно сухого торфу після його гідролізу й ферментації можна одержати 50 – 70 кг мікробного жиру з переважним вмістом триацилгліцеридів.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: