Блок-схема производства лизина. Белки семян зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы и др.) не сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот и

Белки семян зерновых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы и др.) не сбалансированы по содержанию незаменимых аминокислот и, прежде всего, лизина.

В основу производства положены технологии с использованием одноступенчатого микробиологического синтеза, которые включают промышленное культивирование ауксотрофных мутантов бактерий из рода Соrynebacterium, способных к сверхсинтезу этой аминокислоты. Обычно у диких штаммов, из которых получены ауксотрофные мутанты, сверхсинтеза лизина не наблюдается, т.к. у них действуют механизмы саморегуляции.

В клетках бактерий аминокислота лизин синтезируется из аспарагиновой кислоты через ряд промежуточных этапов, связанных с образованием полуальдегида аспарагиновой кислоты, дигидропиколиновой кислоты и L-альдэа, Е — диаминопимелиновой кислоты, являющейся непосредственным предшественником лизина.

Процесс синтеза указанных аминокислот начинается фосфорилированием аспаргиновой кислоты с участием фермента аспартаткиназы, активность которого ингибируется совместным действием двух аминокислот - лизина и треонина, если они накапливаются в клетках бактерий в избыточной концентрации. Если каким-либо путем понизить концентрацию одной из этих аминокислот, то синтез другой будет осуществляться даже при условии, когда она накапливается в довольно высокой концентрации.

Для снятия регуляции синтеза лизина необходимо прекратить образование треонина на стадии превращения полуальдегида аспарагиновой кислоты в гомосерин, катализируемое ферментом гомосериндегидрогеназой. Последнее достигается посредством мутагенеза. Опыты показывают, что мутантные клетки, не образующие гомосериндегидрогеназы, при их культивировании на искусственной питательной среде обеспечивают высокий выход лизина. Дефицитные аминокислоты, которые не синтезируются мутантными клетками, вводятся в состав питательной среды в таком количестве, чтобы они не были регуляторами синтеза лизина.

В процессе приготовления питательной среды для культивирования производственных штаммов ауксотрофных мутантов, обладающих способностью к сверхсинтезу аминокислоты лизина, в качестве источника углерода обычно используют смеси, включающие уксусную кислоту и свекловичную мелассу, в качестве источника азота - соли аммония, мочевину, кукурузный экстракт, гидролизаты дрожжей. Кроме дефицитных аминокислот, которые не синтезируются клетками мутантов, в питательную среду также добавляют необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов макро-и микроэлементы (Р, Mg, Fe, Са, Мп и др.) и витамины (группы В, биотин и др.). В процессе культивирования микроорганизмов обеспечивается подача стерильного воздуха, для предотвращения вспенивания субстрата и клеточной суспензии в среду культивирования добавляется пеногаситель.

Посевной материал, предназначенный для производственной ферментации, вначале выращивают в посевных аппаратах при температуре +28-32С, рН 7-7.2 в течение 18-24 ч, а затем полученная таким путем суспензия клеток подается в производственные ферментеры емкостью 50-100 м³, в которых поддерживается постоянный режим аэрации, необходимое давление, осуществляется контроль за всеми компонентами и параметрами среды. Время ферментации длится 55-72 ч. Накопление в культуральной жидкости лизина к концу ферментации достигает 40-50 г/л. Культуральную жидкость отделяют от культуры клеток продуцента фильтрованием и используют для получения препаратов лизина.

Организовано производство нескольких видов товарной продукции: жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), высококонцентрированные кормовые и высокоочищенные кристаллические препараты для пищевой и медицинской промышленности.

Жидкий концентрат лизина получают путем упаривания культуральной жидкости на вакуумной установке до концентрации сухого вещества 40%. Для предотвращения деградации лизина в процессе нагревания в культуральную жидкость добавляют бисульфит натрия и соляную кислоту до рН 4,5-5,0, в результате чего образуется соль - монохлоргидрат лизина.

В процессе получения сухого кормового концентрата лизина ЖКЛ высушивают горячим воздухом на распылительной сушилке при температуре -90 С до влажности препарата 4-8%. Высушенный препарат содержит 15-20% монохлоргидрата лизина, 15-17% белков, 14% других аминокислот, витамины группы В и минеральные вещества.

Для получения очищенного высококонцентрированного препарата лизина культуральную жидкость после фильтрования подкисляют HCI до рН 1.6-2.0. Образовавшийся в результате взаимодействия с соляной кислотой раствор монохлоргидрата лизина направляется на колонки с катеонитом, где происходит сорбция аминокислоты и отделение ее от культуральной жидкости. Затем проводится десорбция аминокислоты путем элюирования 0.5-5% раствором аммиака. Элюат упаривается под вакуумом при 60 С до концентрации сухого вещества 30-50%, после чего подкисленный соляной кислотой раствор монохлоргидрата высушивается и используется как кормовой концентрат. Путем перекристаллизации полученной соли можно получить препараты лизина с содержанием монохлоргидрата 97-98%.