Химическая схема производства

Химизм образования молекулы лизина показан на рис. 1.

Рис. 1. Химизм биосинтеза лизина

При получении лизина необходимо исключить нежелательные побочные процессы. Так, при недостаточной аэрации может идти образование аланина или молочной кислоты вместо синтеза лизина. Очень важным фактором является концентрация дефицитных аминокислот — гомосерина, метионина и треонина в среде. Для нормального роста и биосинтеза лизина культурой Brevibacterium sp. 22 оптимальной считается концентрация треонина в 800 мг, метионина — 200 мг на литр питательной среды. Кроме того, для развития культуры необходим тиамин в концентрации 200 мкг на 1 л среды. Важным регулятором процесса является биотин. Одна и та же культура Brevibacterium sp. 22 при концентрации биотина в среде, равной 1—4 мкг/л, продуцирует глутаминовую кислоту, а при концентрации 15— 20 мкг/л — лизин. Считают, что биотин изменяет проницаемость клеточной оболочки. При концентрации биотина 2,5 мг/л стимулируется также образование молочной кислоты.

Важную роль играет треонин, являясь обязательным фактором роста на начальном этапе ферментации. Однако концентрация его не должна быть большой, так как на дальнейших этапах ферментации (при синтезе лизина) он может действовать как ингибитор фермента аспартаткиназы. Присутствие лизина усиливает ингибирующие свойства треонина.

В производственных условиях, если выход лизина составляет 35,7% от используемых сахаров, суммируемое превращение глюкозы, аммиака и кислорода в лизин и клеточную биомассу можно описать уравнением:

100C₆H₁₂O₆ + 219O₂ + 86NH₃ 35C₆H₁₄N₂O₂ + 16C₈H₁₃O₄N + 262CO₂ + 380H₂O + 1669кДж

В правой части данного уравнения первый член показывает количество лизина, получаемого из глюкозы. Из 1 молекулы глюкозы образуется 0,35 молекулы лизина. Второй член характеризует образование биомассы. Из уравнения видно, что на переработку каждой молекулы глюкозы требуется 2,19 молекулы кислорода. Это значит, что интенсивность аэрации во время роста культуры должна составлять 2—4 г 0₂ в час на 1 л среды.

Технологическая схема производства

В зависимости от назначения из культуральной жидкости можно получить различные микробиологические препараты (рис. 1): жидкий концентрат лизина (ЖКЛ), сухой кормовой концентрат лизина (ККЛ), кристаллический лизин.

Рис. 2. Технологическая схема производства препаратов лизина

Для биосинтеза лизина используют гомосериндефицитные мутанты ауксотрофных бактерий родов Brevibacterium, Micrococcus, Corynebacterium.

Характеристика сырья, материалов

В промышленных условиях в качестве источника углерода применяют фуражное зерно, мелассу, гидрол, гидролизаты целлюлозосодержащего сырья, крахмал, а также уксусную кислоту.

Приготовление стерильных питательных сред

Все продуценты лизина являются биотинзависимыми микроорганизмами. Количество биотина в среде должно быть значительно выше (29 мкг/л), чем это необходимо для нормального роста и развития микробной клетки (4–5 мкг/л). Если снизить количество биотина до 1–2 мкг/л, биосинтез лизина замедляется, но одновременно усиливается образование глутаминовой кислоты.

Источником биотина, витаминов и ряда аминокислот являются обычно кукурузный экстракт и свекловичная меласса. Максимальный биосинтез лизина наблюдается на средах с сахарозой (табл. 1).

Таблица 1.

Влияние источника углерода (концентрация 7,5 %) на биосинтез
L-лизина продуцентом Brevibacterium flavum

Существенное значение в процессе ассимиляции углеродсодержащих соединений имеет их концентрация в питательной среде. Наибольшее количество лизина получено на средах, содержащих 10–12 % сахарозы. При более высоких концентрациях сахарозы удельная скорость роста продуцента снижается и уменьшается коэффициент конверсии сахара (Y_P/S).