Биотехнология липидов

Растительные и животные жиры как основные источники липидов для человека. Технологический процесс получения микробных липидов. Использование микробиологического способа производства липидов. Применение микробных липидов в пищевых производствах.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

Основными источниками липидов для человека в настоящее время являются растительные и животные жиры. В организме человека жиры выполняют важные функции, благодаря чему их относят к основным пищевым веществам. Они необходимы организму точно так же, как белки и углеводы, так как являются носителями незаменимых веществ. Прежде всего, они имеют высокую энергетическую ценность, превосходя энергию белков и углеводов боле чем в два раза. В организме всегда должен быть определенный запас жиров. При их недостатке организм начинает перерабатывать белки и углеводы, в результате чего замедлится развитие организма в целом. Жиры участвуют в пластических процессах, они необходимы для нормального усвоения жирорастворимых витаминов - ретинола (витамина А), эргокальциферола (витамина В2), токоферола (витамина Е), филлохинонов (витамина К), некоторых микроэлементов, например кальция и магния. Они повышают вкусовые качества пищи, вызывают чувство длительной насыщаемости. Благодаря тонкой жировой пленке волосы выглядят блестящими и здоровыми, а кожа нежной и упругой. Жиры являются обязательной составляющей полноценного пищевого рациона человека. Безжировое питание или длительное ограничение жиров в питании может нанести вред организму, что выражается в нарушении функции нервной системы, почек, органов зрения. Кроме этого изменяется химический состав тканей, возникают заболеваний кожи, снижается физическая активность организма и его сопротивляемость болезням, укорачивается продолжительность жизни.

Наряду с потреблением огромного количества жиров для пищевых целей значительная их часть используется и в разных отраслях промышленности (медицинская, химико-фармакоцевтическая, лакокрасочная, шинная, производство мыла, лакокрасочная, смазки, металлургия и т. д.)

В настоящее время ведутся поиски новых источников жиров. И в качевстве реальной базы для их получения для технический целей могут стать микроорганизмы, которые уже зарекомендовали себя как своеобразные «фабрики» производства спирта, различных органических кислот, витаминов, белка, ферментов и т.д.

Для производства липидов микробного происхождения может быть использовано дешевое сырье, они в перспективе могут заменить жиры и масла растительного и животного происхождения, используемые для технических нужд. Таким дешевым сырьем являются гидролизаты древесины или торфа, а также продукты нефти.

1. Общая характеристика продукта

Липиды - это жироподобные органические вещества, нерастворимые в воде, но хорошо растворимы в неполярных растворителях(эфире, бензине, бензоле и др.) В процессе культивирования микроорганизмов на различных средах получаются три класса липидов: простые, сложные липиды и их производные.

Простые липиды - нейтральные жиры и воски. Нейтральные жиры (основные запасные компоненты клетки) - эфиры глицерина и жирных кислот, основная масса которых триацилглицериды (есть, впрочем ещё и моно- и диглицериды).

Общая формула триацилглицеридов

Воски - эфиры жирных кислот или моноооксикислот и алифатических спиртов с длинной углеродной цепью. По структуре и свойствам близки к нейтральным липидам.

Наибольшее количество нейтральных липидов синтезируют дрожжи и мицелиальные грибы. Простые липиды находят применение как технологические смазки в процессах холодной и тепловой обработки металлов. Продуцентами сложных липидов являются в основном бактерии.

Сложные липиды делятся на две группы: фосфолипиды и гликолипиды. Фосфолипиды (фосфоглицериды и сфинголипиды) входят в состав различных клеточных мембран и принимают участие в переносе электронов. Их молекулы полярны и при рН 7,0 фосфатная группа несет отрицательный заряд.

Фосфатидилхолин

Характеристика концентрата фосфолипидов приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика концентрата фосфолипидов

Наименование показателей	Характеристика и нормы
1. Внешний вид	Маслянистая жидкость черно-коричневого цвета
2. Вязкость кинематическая, при t=20°C, ст	13,1-13,3
3. Плотность, г/см?	0,89-0,95
4. Температура вспышки в открытом тигле, °C	210-215
5. Температура застывания, °C	(- 8) - (-14)
6. Кислотное число, мг едкого кали/г, не более	31,6
7. Содержание фосфора, %, не менее	2,37
8. Содержание золы при 800°C, не более	7,15
9. Содержание влаги и летучих веществ, %, не более	1,0
10. Концентрация основного вещества, %, не менее	50,0

Концентрат фосфолипидов находит применение в качестве антикоррозийной присадки к маслам и как добавка при флотации различных минералов. Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат молекулы фосфорной кислоты, но также являются сильнополярными соединениями за счет наличия в молекуле гидрофильных углеводных групп (остатков глюкозы, маннозы, галактозы и др.).[1,2]

К производным липидов относят жирные кислоты, спирты, углеводороды, витамины Д, Е и К. Жирные кислоты представлены насыщенными и ненасыщенными с одной двойной связью кислотами нормального строения и четным числом углеродных атомов (пальмитиновая, стеариновая, олеиновая). Среди диеновых жирных кислот можно выделить линолевую. Двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах микробных липидов часто располагаются так, что делят их на части, число углеродных атомов в которых кратно трем. Очищенные монокарбоновые кислоты с числом углеродных атомов 14-18 находят широкое применение в мыловаренной, шинной, химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Характеристика монокарбоновых кислот приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристика монокарбоновых кислот

Наименование показателей	Характеристики и нормы
1. Цвет	Светло-желтый
2. Кислотное число, мг КОН,	198-210
3. Эфирное число, не более	3,0
4. Содержание не омыленной фракции, %, не более	2,0
5. Содержание золы, %, не более	0,08
6. Содержание воды, %, не более	0,2
7. Йодное число	Не лимитируется
8. Содержание минеральных кислот	Отсутствие
9. Содержание механических примесей	Отсутствие
10. Температура плавления, °C	34-40

2. Обзор возможных способов получения продукта

Концентрация липидов в клетках микроорганизмов составляет до 75% сухой биомассы. В состав липидов микроорганизмов входит сравнительно много ненасыщенных жирных кислот. Так, в липидах плесневого гриба Penicillium soppii из жирных кислот содержатся пальмитиновая - 22%, стеариновая - 7,6%, олеиновая - 45,2% и линолевая - 20% от общего количества. Соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот зависит не только от свойств продуцента, но и от условий культивирования. Низкая температура стимулирует синтез ненасыщенных жирных кислот у грибов. Общее количество и соотношение жирных кислот зависит и от присутствия K, Na, Mg и их соотношения в среде. Синтез липидов стимулирую ингибиторы углеводного обмена, например, арсенит натрия.

Технологический процесс получения микробных липидов, в отличие от получения белковых веществ, обязательно включает стадию выделения липидов из клеточной массы методом экстракции в неполярном растворителе (бензине или эфире). При этом получают одновременно два готовых продукта: микробный жир (биожир) и обезжиренный белковый препарат (биошрот). Сырьем для этого процесса являются те же среды, что и для производства кормовой биомассы, что вдвойне выгодно.

Способность к усиленному накоплению липидов имеет промышленное значение, ею обладают немногие мик...