Біосинтез лікопіну

ЗМІСТ

РЕФЕРАТ………………………………………………………………………….5

ВСТУП……………………………………………………………………………6

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1. Значення лікопіну у життєдіяльності людини………….…………..8

1. Значення лікопіну для рослин…………..………………………….8
2. Використання в аквакультурі………...…………………………….9
3. Механізм біологічної дії ………………………………………...10
4. Галузі застосування та потреба на ринку……………………..….10
5. Потреби в цільовому продукті біосинтезу нині та на перспективу………………………………………………………...13

РОЗДІЛ 2. Порівняльна характеристика методів одержання та промислових способів виробництва лікопіну…………………………………………………14

  2.1 Шляхи синтезу цільового продукту……………………………….14

         2.1.1 Добування лікопіну шляхом хімічного синтезу………….…14

         2.1.2 Добування лікопіну шляхом екстракції з рослин…………...14

         2.1.3 Мікробний синтез…………………………………………….15

            2.2  Вплив основних факторів і параметрів  на хід і результати технологічних процесів………………………………………………………....17

ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА  РОБОТИ

Розділ 3. Характеристика цільового продукту біосинтезу – лікопіну………..19

3.1 Фармакологія лікопінових  препаратів………………………20

Розділ 4. Обгрунтування вибору технологічної схеми……….……………….21

4.1 Обгрунтування вибору біологічного агента………………...………21

4.2 Обгрунтування вибору складу поживного середовища……………23

         4.3  Розрахунок складу поживного середовища………………………....25

          4.4 Обгрунтування способу проведення біосинтезу……………………30

          4.5 Обгрунтування вибору ферментаційного обладнання……………..31

          4.6Аналітичний огляд способів і методів реалізації мети виробництва……………………………………………………………………...35

Розділ 5. Характеристика біологічного агенту………………………………...39

5.1.Морфолого-культуральні ознаки……………………………….…....39

5.2 Фізіолого-біохімічні ознаки …………………………………………40

5.3.Таксономічний статус біологічного агента. ………………………..43

5.4.Особливості метаболізму біологічного агента……………………44

Розділ 6. Опис технологічного процесу біосинтезу лікопіну……………….46

6.1Розрахунок кількості  стадій культивування…………………………46

6.2 Опис технологічного процесу біосинтезу…………………….……48

6.3 Контроль  виробництва………………...……………………………..61

6.4 Методика визначення  основних параметрів біосинтезу……….…. 68

             6.4.1Визначення кількості лікопіну…………………………………....68

             6.4.2Метод визначення азоту в середовищі…………….……………..68

             6.4.3Метод визначення цукрів у  середовищі…………...……………..69

             6.4.4Метод визначення концентрації  біомаси………..……………….70

            6.4.5 Мікробіологічний контроль……………………………………….70

ВИСНОВКИ……………………………………………………………………..71

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………………72

ДОДАТКИ………………………………………………………………………76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Робота присвячена виробництву  органічного барвника лікопіну, продуцентом  якого є гетероталічний мукоровий  гриб Blakeslea trispora. Складається зі вступу, шести розділів, графічних матеріалів та списку використаної літератури з 38 найменувань. Загальний обсяг роботи - 77               сторінок, 1 креслення на 2-х аркушах формату А3, 8 рисунків та 6 таблиць.

У курсовій роботі подано обґрунтування  вибору технології та сам технологічний  процес. Він включає в себе допоміжні  роботи та стадії вирощування посівного матеріалу, а також виробниче культивування.

Складено аналітичний  огляд літератури щодо властивостей, галузей використання та особливостей цільового продукту.  Обґрунтовано переваги мікробного синтезу.

Ключові слова: біомаса, барвник, антиоксидант, біосинтез, ферментер, лікопін, Blakeslea trispora.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Людське око здатне розрізняти 10 мільйонів відтінків і кольорів. До того ж колір ефективно використовується в кулінарії, адже смак сам не здатний створити відчуття гармонії та насолоди від смачної їжі. 
     У харчовій промисловості, відповідно до класифікації харчових добавок, барвники відносяться до речовин, що поліпшують колір. Їх додають до харчових продуктів для відновлення природного забарвлення, втраченого в процесі обробки або зберігання, підвищення інтенсивності природного забарвлення і фарбування безбарвних продуктів (безалкогольних напоїв, морозива, кондитерських виробів), а також для надання продуктам привабливого вигляду і колірного різноманіття.

Серед ряду барвників можна  виділити ті, які мають жовте та червоне забарвлення, адже саме вони надають більш «природного» вигляду  газованим напоям, супам, та великій  кількості інших продуктів.

Останніми роками людство  зустрілося з проблемою, пов’язаною саме з цими сполуками. Ряд синтетичних  барвників жовтого та червоного кольору мали  канцерогенні властивості. Використання деяких з них було заборонено закладами охорони здоров’я[1].

У зв’язку з цим було розпочато  пошук нових, натуральних  барвників, які не шкодять здоров’ю споживачів. Яскравим представником таких сполук є лікопін. Він належить до каротиноїдів та є нециклічним ізомером β-каротину[1].

Цей пігмент надає червоного  забарвлення фруктам та овочам, таким  як помідори, кавуни, грейпфрути, обліпиха та багато інших [2] . Лікопін зареєстрований як харчова добавка Е160d та використовується в якості барвника продуктів харчування[3].

          Перевагою використання натуральних  барвників є те, що крім фарбувальних  властивостей вони мають ще  й ряд інших. Так, лікопін  має потужні антиоксидантні властивості, що проявляються у здатності нейтралізувати вільні радикали.саме тому цей каротиноїд сприяє захисту організму від раку, атеросклерозу, серцево-судинних захворювань; знижує рівень холестерину в крові [4].

Лікопін може синтезуватись  мікроорганізмами, а також мати рослинне походження. Тварини його не синтезують, і тому отримують цю речовину разом  з продуктами харчування [4].

В умовах збільшення попиту на антиоксидант постає питання про  пошук його нових джерел. До цього  часу основним джерелом даної сполуки  були спеціально селекціоновані сорти  томатів Lycopersicon sp [5].  Однак дуже низький вихід ( 0,3-0,4 мг/г сировини), сезонність, дія несприятливих погодних умов та фітопатогенів сприяє збільшенню ціни на продукт, тобто виробництво таким способом стає економічно неефективним.

Актуальність  теми. Використання лікопіну в якості органічного барвника дає змогу замінити на ринку синтетичні сполуки які володіють такими ж властивостям, але негативно впливають на організм. Вживання продуктів збагачених лікопіном – це профілактика ряду онкозахворювань, ішемічної хвороби серця, розвитку катаракти у літніх людей.

Новизна.  Отримання лікопіну шляхом культивування гетероталічного мукорового гриба Blakeslea trispora є перспективним напрямком щодо вирішення проблеми вартості сполуки. За використання такого способу виробництву не загрожує сезонність та втрата урожаю. Крім того, біотехнологічний спосіб дозволяє отримати лікопін природної якості та збільшити його вихід до 1,3 – 1,5 г/л [5]. Для синтезу використовують нові штами-продуценти. Збільшення виходу досягається шляхом зміни умов культивування.

 

 

 

 

 

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

РОЗДІЛ 1. Значення лікопіну у життєдіяльності людини

Лікопін – це активна  біологічна сполука, яка володіє  рядом унікальних властиивостей  в організмі, пов’язаних із його антиоксидантною, радіопротекторною і антиканцерогенною  дією [6]. Він стабілізує імунну систему, покращує ліпідний обмін, нормалізує рівень цукру в крові і показує високу ефективність при лікуванні онкозахворювань, атеросклерозу та ішемічної хвороби серця [7]. Каротиноїди збільшують цитостатичну дію клітин-кілерів, сповільнюють ріст пухлин та стимулюють загоєння ран.

Серед відомих каротиноїдів лікопін виділяється завдяки  високій антиоксидантній активності (майже втричі більш активний, ніж  β-каротин) та відсутністю токсичної дії, навіть у великих дозах. І саме ця властивість дозволила широко  використовувати останній в медицині.

Знаходячись в клітинних  мембранах, він захищає їх від  дії активних форм кисню і окису азоту [3].

  Природним джерелом цієї сполуки є помідори. Дослідження показали, що антиоксидант краще абсорбується при обробці томатів, тобто у вигляді томатної пасти, соусу чи кетчупу. Це пов’язано з тим, що у свіжих плодах лікопін локалізований у оболонці і тому  засвоюється лише невелика його частина. У томатних пастах, соусах та кетчупах барвник є біодоступним  завдяки збільшенню площі поверхні, придатної для травлення. Крім того термічна обробка томатів змінює хімічну форму лікопіну, і він краще абсорбується. Дана  сполука краще засвоюється при вживанні з рослинними оліями [4].

           Дуже важливою функцією є здатність забезпечувати стійкезабарвлення організмів.

1.1Значення лікопіну для рослин

Фундаментальне значення для рослин має функція каротиноїдів пов’язана з процесом фотосинтезу, який є основою всього живого на землі. Каротиноїди захищають ряд органічних сполук від руйнування киснем, який утворюється під час фатосинтезу.

Ці сполуки здатні поглинати  світло, і тому мають важливе значення в енергетичному метаболізмі  вищих рослин. Поглинаючи світло вони перетворюють світлову енергію в  реакційні центри пігментів, де вона перетворюється в електростатичну, а потім у хімічну у вигляді  АТФ, яка використовується для синтезу  різних сполук. Рослини та фотосинтезуючі бактерії синтезують антиоксидант у вигляді термодинамічно вигідної форми транс-ізомера, однак в цілому існує 72 стереоізомери цієї сполуки. Під дією світла та високої температури цей каротиноїд може ізомеризуватись з утворенням цис-ізомера.

Лікопін бере участь у захисних механізмах:

• Зв’язує синглетний кисень та інгібує утворення вільних радикалів;
• Забезпечує захист від ультроафіолетового випромінювання, трансформуючи енергію УФ світла у видиме;
• Виступаає як антиоксидант, захищаючи чутливі тканини та лабільні сполуки від окиснення.

Дуже важливою функцією є  здатність забезпечувати стійке забарвлення організмів [8].

1.2 Використання  в аквакультурі

В світі тварин каротиноїди  відповідають за забарвлення риб  та інших представників морської фауни.  Нині каротиноїди випускає фірма BASF у вигляді 10% сухого порошку в гранулах.  Це означає, що активний інгредієнт захищений мікрокапсулою. Мікрокапсули розчиняються в травному тракті риб, після чого каротиноїд абсорбується та потрапляє до тканини –мішені, в якій проявляється ефект пігментації. Використання даного препарату сприяє посиленню опору організму риб до різного роду захворювань, підвищує здатність до плодоносіння та інгібує мутації [8].

 

3.  Механізм біологічної дії

В основі використання лікопінвмісних препаратів лежить здатність останніх нейтралізувати вільні радикали (молекули чи атоми, що мають неспарені електрони, які з’являються в процесі  клітинного метаболізму). Дефіцит електронів вільні радикали компенсують за рахунок інших молекул, роблячи їх хімічно активними та здатними взаємодіяти з іншими сполуками. Вони можуть пошкоджувати ліпіди, протеїни та молекули ДНК, викликаючи розвиток різних захворювань. Лікопін взаємодіючи з такими радикалами віддає свої електрони та попереджує окиснення інших молекул.

Серед відомих каротиноїдів лікопін виділяється завдяки  високій антиоксидантній активності (майже втричі більш активний, ніж  β-каротин) та відсутністю токсичної дії, навіть у великих дозах. Знаходячись в клітинних мембранах, він захищає їх від дії активних форм кисню і окису азоту [3]. Такі властивості пов’язані із хімічною структурою сполуки. Лікопін – це тетратерпен, що складається з восьми ізопреноїдних залишків, які мають 11 сполучених та 2 некон’югованих подвійних  зв’язків [1].

Так як йому не вистачає кільцевої  структури β-іонону, він не може бути попередником вітаміну А, і тому  виконує функції антирадикального захисту організму. Вільні радикали – електрохімічно незбалансовані молекули, вони дуже агресивні та здатні вступати в реакцію з компонентами клітини  та викликати необоротні пошкодження [4].