CC BY
337
Получение бета-каротина с помощью Blakeslea trispora
Г арбуз С. А.
Гарбуз Семен Александрович / Garbuz Semjon Alexandrovich - студент, кафедра биохимии и биотехнологии, биологический факультет,
Башкирский государственный университет, г. Уфа
Аннотация: в статье рассматривается получение витамина А биотехнологическим путем.
Ключевые слова: биотехнология, ретинол, витамин А, бета-каротин.
Ретинол - истинный витамин A — жирорастворимый витамин, антиоксидант. В чистом виде нестабилен, встречается как в растительных продуктах, так и в животных источниках. Поэтому производится и используется в виде ретинола ацетата и ретинола пальмитата. В организме синтезируется из бета-каротина. Необходим для зрения и роста костей, здоровья кожи и волос, нормальной работы иммунной системы и т. д. Первый из открытых витаминов, в связи с чем получил буквенное обозначение «A» в соответствии с алфавитной номенклатурой [2].
В высоких дозах оказывает тератогенное действие (способен вызывать врожденные дефекты развития плода). Тератогенное действие высоких доз ретинола сохраняется и некоторое время после его отмены.
Витамин А участвует в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, функции клеточных и субклеточных мембран, играет важную роль в формировании костей и зубов, а также жировых отложений; необходим для роста новых клеток, замедляет процесс старения [3].
Издавна известно благотворное влияние витамина А на зрение: еще в древности вареная печень -один из основных источников витамина А - использовалась как средство от ночной слепоты. Он имеет огромное значение для фоторецепции, обеспечивает нормальную деятельность зрительного анализатора, участвует в синтезе зрительного пигмента сетчатки и восприятии глазом света [1].
Витамин А необходим для нормального функционирования иммунной системы и является неотъемлемой частью процесса борьбы с инфекцией. Применение ретинола повышает барьерную функцию слизистых оболочек, увеличивает фагоцитарную активность лейкоцитов и других факторов неспецифического иммунитета. Витамин А защищает от простуд, гриппа и инфекций дыхательных путей, пищеварительного тракта, мочевых путей. Наличие в крови витамина А является одним из главных факторов, ответственных за то, что дети в более развитых странах гораздо легче переносят такие инфекционные заболевания, как корь, ветряная оспа, тогда как в странах с низким уровнем жизни намного выше смертность от этих «безобидных» вирусных инфекций. Обеспеченность витамином А продлевает жизнь даже больным СПИДом [4].
Ретинол необходим для поддержания и восстановления эпителиальных тканей, из которых состоят кожа и слизистые покровы. Не зря практически во всех современных косметических средствах содержатся ретиноиды - его синтетические аналоги. Действительно, витамин А применяется при лечении практически всех заболеваний кожи (акне, прыщи, псориаз и т. д.). При повреждениях кожи (раны, солнечные ожоги) витамин А ускоряет процессы заживления, а также стимулирует синтез коллагена, улучшает качество вновь образующейся ткани и снижает опасность инфекций.
Ввиду своей тесной связи со слизистыми оболочками и эпителиальными клетками, витамин А благотворно влияет на функционирование легких, а также является стоящим дополнением при лечении некоторых болезней желудочно-кишечного тракта (язвы, колиты).
Ретинол необходим для нормального эмбрионального развития, питания зародыша и уменьшения риска таких осложнений беременности, как малый вес новорожденного [5].
Витамин А принимает участие в синтезе стероидных гормонов (включая прогестерон), сперматогенезе, является антагонистом тироксина - гормона щитовидной железы.
Как витамин А, так и b -каротин, будучи мощными антиоксидантами, являются средствами профилактики и лечения раковых заболеваний, в частности, препятствуя повторному появлению опухоли после операций.
Микробиологический синтез бета-каротина грибом Blakeslea trispora - на крахмалсодержащих средах [4].
Одна из актуальных задач микробиологической промышленности - поиск новых источников сырья для создания лекарственных препаратов, пищевых и кормовых добавок. Таким источником могут служить мицелиальные грибы, способные синтезировать широкий комплекс биологически активных веществ. Промышленные штаммы Blakeslea trispora являются сверхпродуцентами бета-каротина.
Глубинное культивирование на жидких питательных средах является промышленным способом культивирования гриба Blakeslea trispora продуцента бета -каротина. В данных опытах использовали культуру грибу Blakeslea trispora IMBF-100019 var (+) i (-). Выращивание грибной биомассы проводили постадийно. Контрольная ферментационная среда вмещала отходы крахмалопаточного производства: 6 % кукурузного экстракта, что соответствует 0,24 %-й концентрации азота и 5 % зеленой патоки, что
соответствует 0,15 %-й концентрации углеводов. Для приготовления опытных ферментационных сред использовали в качестве источника углерода жидкие ферментные гидролизаты побочных продуктов мукомольной промышленности (ржаные или овсяные) в объемных концентрациях 38; 13; 4 %, что соответствует концентрациям сахаров 1,50; 0,50; 0,15 % соответственно. В качестве источника азота использовали отход крахмалопаточного производства - глютен с объемными концентрациями 20; 30; 40 %, что соответствует концентрациям азота 0,16; 0,24; 0,32 %. Контрольные и исследовательские среды также содержали 0,05 % KH2PO4, 2 % кукурузного масла, pH = 6,9 -7. Все исследовательские варианты сред обеспечили увеличение количества сухой биомассы и накопления бета-каротина грибом Blakeslea trispora по сравнению с контролем. После сравнения концентрации сахаров было экспериментально выявлено, что оптимальной является 0,5 % концентрация сахаров. Данная концентрация обеспечивает прирост биомассы и бета-каротина в 2 раза больше по сравнению с контролем. Было установлено, что овсяный и ржаной гидролизаты одинаково положительно влияют на развитие гриба Blakeslea trispora и на накопление вторичного метаболита бета -каротина. Таким образом, для промышленного использования можно предложить питательную среду с 30 %-ным глютеном и 0,5 %-ной концентрацией сахаров в ржаном или овсяном гидролизате для глубинного культивирования мицелия гриба Blakeslea trispora [3].
Таким образом, данное изобретение и применение его в промышленности может увеличить выход бета-каротина, что позволит конкурировать биотехнологическому синтезу с химическим. Даст возможность создать конкурентоспособный препарат на основе бета-каротина.
Литература
1. Алексенцев В. Г. Витамины и человек. - М.: Дрофа, 2006. - 453 с.
2. Габриелян О. С. и др. Химия. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Дрофа, 2002. - 304 с.
3. Габриелян О. С., Остроумов И. Г. Химия. 10 класс: метод. пособие. - М.: Дрофа, 2001. - 160 с.
4. Цветков Л. А. Органическая химия: учеб. для 10 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1988. - 240 с.
5. Яковлева Н. Б. Химическая природа нужных для жизни витаминов. - М.: Просвещение, 2006. - 120 с.
