Микробиологический синтез ликопина на основе использования каротинсинтезирующих штаммов

В настоящее время ликопин получают экстракцией из растительного сырья и с помощью мик­робиологического синтеза.

В 1950-60 гг. была разработана методика химического синтеза ликопина.

Известен способ получения ликопина из кожицы томатов путем экстракции хлористым метилі ном в присутствии адсорбента. Однако данный метод имеет следующие недостатки: связан с сезої ностью, зависит от климатических колебаний, грибной инфекции, в частности урожай томате может быть полностью уничтожен грибом Phytospora sp. Кроме того, выход ликопина при этом не: начительный (0,3—0,4 мг/г плодового тела), причем кроме основной all — trans — формы ликопг на присутствует также неоликопин А и проликопин, что значительно затрудняет очистку целевог продукта. Указанное делает этот способ экономически нецелесообразным.

Способность синтезировать ликопин обнаружена у различных видов микроорганизмов — бакте рий, грибов, актиномицетов.

Характерным для бактерий является одновременный синтез большого набора пигментов каро тиноидной й некаротиноидной природы. Значительные количества ликопина накапливают пур пурные бактерии (Thiocystis spp.), микрококки (Micrococcus tetragenus) и микобактериї (Mycobacterium kanaasli, M. lacticorn). Известен штамм бактерий M. rubrum, который на сред: с мелассой и кукурузным экстрактом накапливает до 7,05 мг/г суммарных каротиноидов. Прі этом в пигментном комплексе бактерий помимо ликопина обнаружены а-, р- и у-каротин, аурок сантин, лютеин, криптоксантин, виолоксантин, зеаксантин, антераксантин, рубиксантин, лепро теин, неоксантин.

Процесс накопления ликопина у актиномицетов занимает продолжительное время, например у Streptomyceticus var. rubescens процесс получения ликопина занимает около 8 суток, что приво­дит к удорожанию конечного продукта.

Качественный состав пигментов водорослей является таксономическим критерием в системати­ке этих организмов.

Наиболее активными продуцентами ликопина среди водорослей являются Chara ceratophylla и Nittella syncarpa.

Наиболее изученными грибами, способными образовывать ликопин, являются виды Neurospora crassa, Phycomyces blakesleanus, BI. trispora, Cautharellus cibarius, C. infundibiliformis и C. lutesceus.

В настоящее время для получения ликопина микробиологическим способом в качестве проду­центов используют гетероталличные грибы BI. trispora.

BI. trispora — гетероталличный гриб порядка Mucorales. Гетероталлизм данного гриба выра­жается в образовании разнополого (+) и (-) мицелия, при слиянии которого образуется зигота. Половое размножение возможно только между разными штаммами. Штаммы не отличаются друг от друга по строению, между ними существуют лишь небольшие физиологические различия. Максимальное количество пигментов синтезируется при совместном культивировании плюс- и минус-форм.

В настоящее время в нашей стране на Екатеринбургском заводе «Уралбиофарм» реализуется технология получения ликопина на основе выращивания гриба BI. trispora. Технология получения ликопина основана на ингибировании процесса циклизации ликопина в p-каротин, в результате путь биосинтеза каротиноидов прекращается на ликопине и не происходит дальнейшего превраще­ния ликопина в р-каротин.

Ингибирование процесса циклизации осуществляют либо изменением pH среды в щелочную сторону либо добавлением ингибиторов циклаз. Изучение отходов от химических и табачного про­изводств показало, что наиболее перспективной является табачная пыль (ТП) — дешевый выход при производстве табака. Действующим началом этого отхода является природный азин — нико­тин и его производные.

Процесс получения ликопина на заводе «Уралбиофарм» осуществляется следующим образом. Ферментер емкостью 10м³ загружается 4м³ питательной среды, содержащей кукурузной муки —

17,3 г/л, соевой муки — 40 г/л, КН2РО4 — 0,5 г/л, 5 % маслаи 1 % табачной пыли.

Исследования показали, что добавление в среду табачной пыли не влияет на параметры фермен­тации (pH среды, накопление биомассы и т.д.), но при этом стимулирует ликопинообразование. После окончания ферментации среду в ферментере подкисляют H₂SO₄ до pH 4,0 и нагревают до 85 °С. Далее отделяют биомассу BI. trispora и после промывки водой до pH 7,0 продувают сжатым воздухом и высушивают под вакуумом. Для выделения ликопина из биомассы используют подсол­нечное масло.

К недостаткам этого метода можно отнести довольно длительное время ферментации (110 ч), не­эффективный способ экстракции ликопина и необходимость добавлять в среду ингибиторы циклаз.

253

Наиболее эффективным стимулятором синтеза ликопина у BI. trispora в данном случае являет­ся 6-метил-2-аминопиридин. Результаты опытов с циклогексимидом и актиномицином D показы­вают, что этот стимулятор ликопинообразования действует как репрессор гена, регулирующего синтез специфических ферментов de novo. Действие 6-метил-4-аминопиридина на состав каротино­идов BI. trispora позволяет предположить, что он ингибирует циклазы и некоторые дегидрогеназы и является стимулятором синтеза каротиноидных пигментов и их предшественников. Интересно отметить, что некоторые производные пиридина, в частности цикоцел-(2-хлорэтил)-триметилам- моний хлорид, стимулируют также синтез ликопина у растений, а никотин значительно интенси­фицирует образование этого каротиноида и у Mycobacierium marinum. Однако до сих пор получе­ние ликопина микробиологическим способом не получило широкого практического применения в крупномасштабных производствах из-за возможного токсического эффекта гетероциклических соединений, используемых в качестве стимуляторов.

Поскольку описанный выше способ микробиологического получения ликопина с помощью штаммов гриба BI. trispora А-732-3(+) и А-732-3(-) или 8А(+) и 8А(-) на кукурузно-соевой среде с добавлением в качестве ингибиторов циклаз соединений класса аминометилпиридинов или та­бачной крошки имеет существенные недостатки (недостаточно высокий выход ликопина, токси­ческий эффект гетероциклических соединений), то поиск новых штаммов микроорганизмов-про­дуцентов ликопина, разработка более эффективного способа получения ликопина, удешевление процесса, а также исключение из среды химических стимуляторов ликопинообразования — произ­водных пиридина, является актуальной задачей.

Разработанная российскими специалистами технология получения ликопина принципиально отличается от существующих в настоящее время тем, что для получения ликопина впервые полу­чена и использована новая пара штаммов грибаВ/. trispora ВСБ-129(-) и ВСБ —130(4-), (см. рис. 7-9), которая синтезирует ликопин в качестве основного конечного продукта каротиногенеза. Это ис­ключает необходимость добавления в среду каких-либо химических стимуляторов ликопинообра­зования.

Схема получения каротин- (ликопин-) содержащей биомассы в промышленных условиях приве­дена на рис. 7.

6.