4. Биотехнологическое получение каротиноидов.

4.1 Микробиологический синтез каротиноидов.

Наиболее перспективными продуцентами для биосинтеза каротиноидов являются бактерии, дрожжи (чаще всего на практике применяют дрожжи рода Candida, которые хотя и синтезируют небольшое количество каротиноидов, но отличаются высокой скоростью роста и способностью хорошо утилизировать разнообразные источники сырья) и мицелиальные грибы. Более часто на практике применяют зигомицеты Blakeslea trispora и Choanephora conjuncta. Спаривающиеся (+) и (-) особи этих видов при совместном культивировании могут образовывать 3 – 4 г каротина на 1 л среды.

Питательные среды для развития микроорганизмов-продуцентов достаточно сложны по составу, они включают в себя источники углерода, азота, витаминов, микроэлементов, специальных стимуляторов (гидрол, кукурузно-соевая мука, растительные масла, керосин, -ионон или изопреновые димеры и т.п.).

Вследствие того, что в клетках микроорганизмов образуются активные комплексы гидролитических ферментов, они способны утилизировать в качестве источников углерода различные субстраты – гидролизаты растительных отходов, мелассу, низкомолекулярные спирты и т.п. В качестве источника азота в питательную среду добавляют дрожжевой или кукурузный экстракт, соли аммония; при этом соотношение углерода к азоту должно составлять 320-400. Также кроме источников углерода и азота в питательную среду добавляют фосфор, калий, магний, цинк, железо, марганец, витамины группы В, токоферол.

Стимуляторы каротинообразования целесообразно вносить в культуральные среды в конце тропофазы, то есть когда продуцент переходит в продуктивную фазу (идиофазу).

Вначале штаммы микроорганизмов-продуцентов выращивают раздельно, а затем – совместно при 26 С (т.к. при более высокой температуре уменьшается выход целевого продукта процесса и ухудшается его качество) и усиленной аэрации (т.к. для окисления углеродных субстратов необходим кислород) с последующим переносом в основной ферментер. Условия культивирования сохраняют прежними.

В процессе выращивания вначале наблюдается интенсивный рост микроорганизмов и незначительный синтез каротиноидов. Усиленный синтез каротиноидов отмечается в начале стационарной фазы развития микроорганизмов. Длительность ферментации – 6 – 7 дней.

По окончании стадии ферментации, каротиноиды извлекают ацетоном (или каким-либо другим полярным растворителем), переводят в неполярный растворитель. В случаях извлечения белково-каротиноидных комплексов, то применяют поверхностно-активные вещества в концентрации 1 – 2 %. В целях очистки и более тонкого разделения гомологов можно прибегнуть к методам хроматографии или к смене растворителей.

Витамин А₁ из-каротина сравнительно легко можно получить путем гидролиза последнего.

В случае изготовления каротинсодержащей биомассы для скармливания животным и птицам возможно ее сочетанное применение с витамином А или без него.

В медицинских целях витамин А изготавливают в капсулах для приема через рот.

2. Значение культуры растительных тканей в процессе получения каротиноидов.

Основой биотехнологического использования культур тканей растений является способность клеток in vitro синтезировать самые разнообразные группы веществ: многочисленные фенольные соединения, гликозиды, эфирные масла, каротиноиды, смолы, алкалоиды и другие природные соединения. Все они участвуют в обмене веществ растений и выполняют определенные, часто весьма существенные, функции.

В последние годы число сообщений о синтезе вторичных метаболитов в культурах тканей значительно возросло.

Есть данные, свидетельствующие об образовании в культуре тканей каротиноидов. Так, например, в культуре ткани Solanum laciniatum обнаружены каротиноиды: -каротин, криптоксантин, зеаксантин и лютеин, но в количестве в 1000 раз меньше, чем в органах целого растения. Такое низкое содержание каротиноидов характерно и для других культур. Отмечено стимулирующее влияние света на увеличение содержания каротиноидов в культуре ткани.

4. Витамин А.

Витамин А – это группа соединений, являющихся производными β-ионона.

Псевдоионон (2,6-диметилундекатриен-2,6,8-ОН-10) – вязкая жидкость, растворимая в спирте и не растворимая в воде. Получают данное соединение конденсацией цитрола с ацетоном в присутствии щелочи или взаимодействием дегидролиналиола с метилизопропениловым эфиром в присутствии кислотных катализаторов.

Основные функции витамина А заключаются в обеспечении роста, регуляции развития эпителиальных клеток, функционировании органов зрения (входит в состав зрительных пигментов родопсина и йодопсина).

Дефицит витамина А приводит к повышению вероятности простудных заболеваний, к ороговению кожных покровов, в наибольшей степени проявляющихся в области суставов, к снижению остроты вечернего зрения («куриная слепота»), к возникновению конъюктивита (ксерофтальмии). Витамин участвует в реализации сексуальной функции, способствуя выработке половых гормонов.

Содержится исключительно в продуктах животного происхождения. В организме может синтезироваться из провитаминов, относящихся к группе каротиноидов (например, -каротин). Имеет способность накапливаться в клетках печени, поэтому ярко выраженный дефицит регистрируется у взрослого населения редко. Вместе с тем у жителей индустриально развитых стран проблема дефицита витамина А имеется, т.к. снижение потребления животных жиров с целью профилактики атеросклероза и формирования избыточной массы тела приводит к снижению поступления витамина А в организм. Кроме этого, отмечается низкий уровень содержания в рационе растительных масел – основного источника -каротина. Для населения таких стран актуально дополнительное потребление витамина А и его предшественника -каротина, в виде добавок к пище.

Избыток потребления синтетических препаратов витамина А может вызвать нежелательные токсические явления (рвоту, мелкоточечные кровоизлияния на коже, высокую температуру), которые проявляются наиболее ярко у детей.