Технологія виробництва вітаміну В12 (ціанкобаламіну)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І  НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інституту екологічної безпеки

Кафедра біотехнології

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

(пояснювальна  записка)

з дисципліни «Загальна біотехнологія»

 

Тема: «Технологія виробництва вітаміну В₁₂ (ціанкобаламіну)»

 

 

 

 

 

Виконав: студент групи

ІЕБ 406 (а)

Дубовий Д. В.

Керівник: доцент, к. т. н. Косоголова Л. О.

 

 

 

 

 

Київ 2012

НАЦІОНАЛЬНИЙ  АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Інститут екологічної  безпеки

Кафедра біотехнології

Дисципліна: «Загальна біотехнологія»

Спеціальність: Біотехнологія

Курс: четвертий Група: 406 Семестр: сьомий

 

ЗАВДАННЯ

на курсову  роботу студента

                               Дубового Дмитра Вікторовича         

1. Тема роботи: Виробництво вітаміну В₁₂.

2. Строк здачі  студентом закінченої роботи: 13.12.2012 р.

3. Зміст пояснювальної  записки (перелік питань, які підлягають  розробці):

4. Календарний  план

№	Назва етапу	Термін виконання	Відмітка про виконання
1	Отримання теми курсової роботи	04.10.2012р.	виконано
2	Пошук інформації	04.10 – 01.11.2012р.	виконано
3	Написання теоретичної частини	01.11 – 14.11.2012р.	виконано
4	Доповнення та редагування	14.11 – 28.11.2012р.	виконано
5	Захист курсової роботи	13.12.2012р.

7. Дата видачі завдання: 04.10.2012

Керівник курсової роботи (проекту) _________________ Косоголова Л. О.

(підпис керівника)   (П. І. Б.)

Завдання прийняв до виконання ___________________ Дубовий Д. В.

(підпис студента)    (П. І. Б.)

Курсова робота захищена з оцінкою _______________________________

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснювальна записка  до курсової роботи «Виробництво вітаміну В₁₂»:

44 с., 14 рисунків, 2 додатки, 2 таблиці, 1 діаграма, 9 літературних джерел.

Об’єкт дослідження –  вітамін В₁₂ та шляхи його отримання.

Мета роботи – дослідити  та проаналізувати особливості виробництва вітаміну В₁₂ та кормового препарату на його основі.

Методи дослідження –  аналіз, системний підхід, спостереження. Метод може бути застосований при виробництві кормових препаратів.

ЦІАНКОБАЛАМІН, ВІТАМІНИ, ПРИНЦИПОВО-ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА, АПАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА, ПРОПІОНОВОКИСЛІ БАКТЕРІЇ, МЕТАНОУТВОРЮЮЧІ БАКТЕРІЇ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст

Вступ…………………………………….………………………………………….6

Розділ 1. Загальні поняття про вітаміни. Характеристика готового продукту……………………………………………………………….8

1.1.Поняття про вітаміни………………………………..…………………………..8

1.2.Вітамін В₁₂………………………………………………………………………..8

Розділ 2. продуценти, поживні середовища, Основний ферментаційний процес………………………………………………………..11

2.1.Продуценти вітаміну  В₁₂……………………………………………………….11

2.2.Біосинтез вітаміну  В₁₂ ( продуцент Propionibacterium shermanii)…...………14

2.3.Отримання і застосування  вітаміну В₁₂………………………………...……..17

2.3.1.Очистка вітаміну В₁₂………………………………………………………....18

2.3.2.Відділення та кристалізація  вітаміну В₁₂……………………...……………19

2.4.Виробництво кормового  препарату на основі вітаміну  В₁₂ (продуцент Methanosarcina barkeri)………………………………………………………..………20

2.4.1.Отримання концентрату  вітаміну В₁₂………………………………….……21

2.4.2.Точки контролю…………………………………………………………..…..22

2.4.3.Технологія виробництва  кормового препарату………………………...…..23

2.5.Виробництво вітаміну  В₁₂ штамом бактерій Pseudomonas fluorescens ВКМ У-2224Д……………………………………………………………………………..25

2.5.1. Поживне середовище  для підтримання штаму Pseudomonas fluorescens..28

2.5.2. Зберігання культури…………………………………………………………29

2.5.3.Поживне середовище  для отримання посівного матеріалу Pseudomonas fluorescens...................................................................................................................29

2.5.4. Поживне середовище  для основного процесу ферментації………………30

2.6. Застосування вітаміну  В₁₂……………………………………………………..32

2.7.Ферментер для вітамін  продукуючих мікроорганізмів……………………...34

РОЗДІЛ 3. СТЕРИЛЬНЕ ПОВІТРЯ……………………………………….………36

3.1.Забезпечення виробничих  приміщень чистим повітрям…………...………..36

3.2.Системи отримання,  тонкого очищення та стерилізації  аераційного повітря для процесу  ферментації………………………………………………...…………39

ВИСНОВКИ………………………………………………………………….……..41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

У природі вітамін В₁₂ і споріднені кориноїдні сполуки знаходять у клітинах мікроорганізмів, в тканинах тварин і деяких вищих рослинах (горох, лотос, пагони бамбука, листя і стручки квасолі). Проте походження вітаміну В₁₂ у вищих рослинах остаточно не встановлено. Такі нижчі еукаріоти, як дріжджі і міцеліальні гриби, кориноїди, мабуть, не утворюють. Організм тварин і людини не здатний до самостійного синтезу вітаміну. Серед прокаріотів здатність до біосинтезу кориноїдів широко розповсюджена.

Світова продукція вітаміну В₁₂ становить 9-11 тис. кг в рік, з них 6500 кг використовують на медичні цілі, а іншу частину – для тваринництва. Виробництво вітаміну В₁₂ засновано головним чином на культивуванні пропіоновокис-лих бактерій (в Україні, Великобританії, Угорщині), мезофільних і термофільних меганогенних бактерій (Україна, Угорщина), а також актиноміцетів і споріднених форм (Італія).

У нашій країні в якості продуцента вітаміну В₁₂ використовують Propionibacterium freundenreichii var. shermanii.

Для потреб тваринництва вітамін  В₁₂ отримують, використовуючи змішану культуру, що містить термофільні метаноутворюючі бактерії. Встановлено утворення кориноїдів не тільки в змішаній, але і в чистій культурі метаноутворюючих бактерій [4].

Сухий концентрат КМБ-12, крім вітаміну В₁₂ (100 мг/кг препарату), містить ряд інших рістстимулюючих речовин. Особливо гарні результати в тваринництві отримують при поєднанні вітаміну В₁₂ з малими дозами антибіотиків, зокрема з біоміцином. Реалізація в нашій країні описаного способу і одержання концентрату вітаміну В₁₂ дозволили повністю забезпечити тваринництво цим вітаміном.

У США майже всі вироблювані  комбікорми для свиней і птахів збагачують вітаміном В₁₂. Показано, що білок тваринного походження можна замінити рослинним білком за умови збагачення кормових сумішей вітаміном В₁₂ в дозі 60 мкг/кг.

Враховуючи все вище сказане, дуже важливо розглянути шляхи біосинтезу даного вітаміну та вибрати найкращий штам із найвищою продуктивністю.

Крім того, з даного вітаміну виготовляють ще й лікарські лікувальні препарати в ампулах: камполон, антианемін і гепавіт - містять водний екстракт печінки великої рогатої худоби [6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 1. Загальні поняття про вітаміни. Характеристика готового продукту

1.1.Поняття про  вітаміни

Вітаміни – група низькомолекулярних органічних речовин, які в дуже низьких концентраціях мають сильну і різноманітну біологічну дію. У природі джерелом вітамінів є головним чином рослини і мікроорганізми. Менахінон і кобаламін синтезуються виключно мікроорганізмами. І хоча хімічний синтез у виробництві більшої частини вітамінів займає провідне положення, мікробіологічні методи також мають велике практичне значення.

Мікробіологічними шляхом отримують  ергостерину, вітамін В₁₂. Крім того, мікроорганізми використовують як селективні окиснювачі сорбіту в сорбозу (при отриманні вітаміну С), а також для виробництва вітамінних концентратів (вітаміну В₂, каротиноїдів).

Перспективно мікробіологічне  отримання біотину, використовуваного  в раціоні курей і свиней. В  даний час на Заході в більшу частину  комбікормів для свиней включають  біотин, одержуваний шляхом хімічного  синтезу. У результаті хімічного  синтезу утворюється рацемічна  суміш, а біологічною активністю володіє лише D-форма вітаміну, яку синтезують мікроорганізми.

У світі існує 40 великих  промислових виробників вітамінів; 18 з них в США, 8 – в Японії, 14 – у Західній Європі. Провідне місце у виробництві вітамінів  займає швейцарський концерн Hoffman La Roche, який випускає 50 - 70% всіх вітамінів [9].

1.2.Вітамін В₁₂

Серед неполімерних з'єднань вітамін В₁₂ має найскладнішу будову. Це α (5,6-диметилбензімідазол) – кобамід-ціанід (рис. 1):

Рис. 1.  Вітамін В₁₂

У молекулі вітаміну В₁₂ розрізняють:

• Порфіриноподібне, хромофорне, або кориновое кільце, зв'язане з атомом кобальту чотирма координаційними зв'язками через атоми азоту.
• Верхнім координаційним лігандом кобальту у вітаміні В₁₂ є ціаногрупа. Її місце можуть займати інші неорганічні або органічні замісники, наприклад, , , , , , аденозил; за замісниками визначають назву похідних вітаміну В₁₂.
• Шоста позиція кобальту зайнята нуклеотидним ядром (нижнім лігандом кобальту), що складається з азотистої основи, рибози і залишку фосфорної кислоти. Нуклеотидне ядро зв'язане з кобальтом через азот основи, а з кориновим кільцем через амінопропаноловий місток.

У складі вітаміну В₁₂ або ціанкобаламіну азотиста основа представлена 5,6-диметилбензімідазолом (5,6-ДМБ). Наявність 5,6-ДМБ визначає активність молекули кориноїдів (синонім назви вітамінів групи В₁₂) для вищих тварин. Замість 5,6-ДМБ мікроорганізми можуть включати в молекулу інші бензімідазольні і пуринові основи. Нуклеотидне ядро взагалі може бути відсутнім, як у випадку фактора В [8].

Через 25 років після відкриття  вітаміну В₁₂ в 1972 р. в результаті багаторічних досліджень було здійснено повний хімічний синтез кориноїдної структури (рис. 2). Кориноїд синтезований в результаті тридцяти семи послідовних ступенів, але в силу складності такого синтезу мікробіологічний метод залишається поки єдиним промисловим способом отримання вітаміну В₁₂.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розділ 2. продуценти, поживні середовища, Основний ферментаційний процес

2.1.Продуценти вітаміну В₁₂

У природі вітамін В₁₂ і споріднені кориноїдні сполуки знаходять у клітинах мікроорганізмів, в тканинах тварин і деяких вищих рослинах (горох, лотос, пагони бамбука, листя і стручки квасолі). Проте походження вітаміну В₁₂ у вищих рослинах остаточно не встановлено. Такі нижчі еукаріоти, як дріжджі і міцеліальні гриби, кориноїди, мабуть, не утворюють. Організм тварин не здатний до самостійного синтезу вітаміну. Серед прокаріотів здатність до біосинтезу кориноїдів широко розповсюджена. Активно продукують вітамін В₁₂ представники роду Propionibacterium. Природні штами пропіоновокислих бактерій утворюють 1,0 - 8,5 мг/л кориноїдів, але отриманий мутант Р. shermanii М-82, за допомогою якого отримують до 58 мг/л вітаміну [7].

У сімействі Propionibacteriaceae є й інші представники, здатні до високого накопичення вітаміну В₁₂ в клітинах. Це перш за все Eubacterium limosum (Butyribacterium rettgerii). Як продуценти вітаміну практичний інтерес мають багато представників актиноміцетів і споріднених мікроорганізмів. Істинний вітамін В₁₂ в значних кількостях синтезує Nocardia rugosa. Шляхом мутацій і відбору отримано штам N. rugosa, що накопичує до 18 мг/л вітаміну В₁₂. Активні продуценти вітаміну виявлені серед представників роду Micromonospora: M. purpureae, M. echinospora, M. halofitica, M. fusca, M. halceae. Високою кобаламінсинтезуючою активністю володіють метаногенні бактерії , наприклад, Methanosarcina barceri, M. vacuolata і окремі штами галофільного виду Methanococcus halophilus. Останній організм синтезує більше 16 мг кориноїдів на грам біомаси. Настільки високого вмісту кориноїдів не визначено в жодного іншого з вивчених мікроорганізмів. Причина високого вмісту кориноїдів у метаногенних бактерій не встановлена. Кориноїди синтезують суворо анаеробні бактерії з роду клостридій. У Clostridium tetanomorphum і Cl. sticklandii аденозилкобаламін входить до складу ферментних систем, що каталізують специфічні реакції ізомеризації таких амінокислот, як глутамат, лізин та орнітин. У значних кількостях утворюють вітамін В₁₂ ацетогенні клостридії Cl. thermoaceticum, Cl. formicoaceticum та Acetobacter woodi, які синтезують ацетат із СO₂.