RU2774433C1 - Method for producing l-arginine, glutamic acid and methionine from sunflower seed cake - Google Patents
Method for producing l-arginine, glutamic acid and methionine from sunflower seed cake Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774433C1 RU2774433C1 RU2021131535A RU2021131535A RU2774433C1 RU 2774433 C1 RU2774433 C1 RU 2774433C1 RU 2021131535 A RU2021131535 A RU 2021131535A RU 2021131535 A RU2021131535 A RU 2021131535A RU 2774433 C1 RU2774433 C1 RU 2774433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arginine
- methionine
- glutamic acid
- fermentation
- amino acids
- Prior art date
Links
- FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N L-methionine Chemical compound CSCC[C@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-BYPYZUCNSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N L-arginine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCCN=C(N)N ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 235000012970 cakes Nutrition 0.000 title claims abstract description 48
- 229960002989 Glutamic Acid Drugs 0.000 title claims abstract description 41
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 235000013922 glutamic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 41
- 239000004220 glutamic acid Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 235000020238 sunflower seed Nutrition 0.000 title claims abstract description 29
- 229960004452 Methionine Drugs 0.000 title description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 22
- 229960003589 Arginine hydrochloride Drugs 0.000 title 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 41
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 41
- 235000006109 methionine Nutrition 0.000 claims abstract description 39
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 claims abstract description 35
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims abstract description 35
- 235000014852 L-arginine Nutrition 0.000 claims abstract description 32
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 241000186226 Corynebacterium glutamicum Species 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010794 food waste Substances 0.000 claims abstract description 6
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 claims description 14
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 claims description 14
- 229960001322 trypsin Drugs 0.000 claims description 14
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 claims description 14
- 108010065511 Amylases Proteins 0.000 claims description 12
- 102000013142 Amylases Human genes 0.000 claims description 12
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 claims description 11
- 235000019418 amylase Nutrition 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 9
- NVNLLIYOARQCIX-MSHCCFNRSA-N Nisin Chemical compound N1C(=O)[C@@H](CC(C)C)NC(=O)C(=C)NC(=O)[C@@H]([C@H](C)CC)NC(=O)[C@@H](NC(=O)C(=C/C)/NC(=O)[C@H](N)[C@H](C)CC)CSC[C@@H]1C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2CCC[C@@H]2C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H]2C(NCC(=O)N[C@H](C)C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCSC)C(=O)NCC(=O)N[C@H](CS[C@@H]2C)C(=O)N[C@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H](CCSC)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H]2C(N[C@H](C)C(=O)N[C@@H]3C(=O)N[C@@H](C(N[C@H](CC=4NC=NC=4)C(=O)N[C@H](CS[C@@H]3C)C(=O)N[C@H](CO)C(=O)N[C@H]([C@H](C)CC)C(=O)N[C@H](CC=3NC=NC=3)C(=O)N[C@H](C(C)C)C(=O)NC(=C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(O)=O)=O)CS[C@@H]2C)=O)=O)CS[C@@H]1C NVNLLIYOARQCIX-MSHCCFNRSA-N 0.000 claims description 6
- 108010053775 Nisin Proteins 0.000 claims description 6
- 239000004309 nisin Substances 0.000 claims description 6
- 235000010297 nisin Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000233866 Fungi Species 0.000 claims description 4
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000002906 microbiologic Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 21
- 235000009697 arginine Nutrition 0.000 description 21
- 239000002609 media Substances 0.000 description 14
- 241000671338 Corynebacterium glutamicum R Species 0.000 description 13
- 241000208818 Helianthus Species 0.000 description 13
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 13
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 13
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 13
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 13
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N β-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 12
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 9
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 9
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 7
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 7
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 7
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 description 5
- -1 glutamic acid ion Chemical class 0.000 description 5
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 5
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N (3β)-Cholest-5-en-3-ol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N D-Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 4
- 229940110715 ENZYMES FOR TREATMENT OF WOUNDS AND ULCERS Drugs 0.000 description 4
- 235000019486 Sunflower oil Nutrition 0.000 description 4
- 210000000225 Synapses Anatomy 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 4
- 229940020899 hematological Enzymes Drugs 0.000 description 4
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 210000002569 neurons Anatomy 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000002600 sunflower oil Substances 0.000 description 4
- KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N thiamine Chemical compound CC1=C(CCO)SCN1CC1=CN=C(C)N=C1N KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 229940064005 Antibiotic throat preparations Drugs 0.000 description 3
- 229940083879 Antibiotics FOR TREATMENT OF HEMORRHOIDS AND ANAL FISSURES FOR TOPICAL USE Drugs 0.000 description 3
- 229940042052 Antibiotics for systemic use Drugs 0.000 description 3
- 229940042786 Antitubercular Antibiotics Drugs 0.000 description 3
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 3
- 235000019749 Dry matter Nutrition 0.000 description 3
- 229940049906 Glutamate Drugs 0.000 description 3
- 229940093922 Gynecological Antibiotics Drugs 0.000 description 3
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P L-argininium(2+) Chemical compound NC(=[NH2+])NCCC[C@H]([NH3+])C(O)=O ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P 0.000 description 3
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 3
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 241000283898 Ovis Species 0.000 description 3
- 108010009736 Protein Hydrolysates Proteins 0.000 description 3
- 241000282887 Suidae Species 0.000 description 3
- JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N Thiamine Natural products CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940024982 Topical Antifungal Antibiotics Drugs 0.000 description 3
- 241000209149 Zea Species 0.000 description 3
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960001570 ademetionine Drugs 0.000 description 3
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 3
- 230000001430 anti-depressive Effects 0.000 description 3
- 239000000935 antidepressant agent Substances 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 3
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 3
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 3
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 3
- 239000005018 casein Substances 0.000 description 3
- 235000021240 caseins Nutrition 0.000 description 3
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 3
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 description 3
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 3
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 3
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 229940079866 intestinal antibiotics Drugs 0.000 description 3
- 235000009808 lpulo Nutrition 0.000 description 3
- LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M monosodium L-glutamate Chemical compound [Na+].[O-]C(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O LPUQAYUQRXPFSQ-DFWYDOINSA-M 0.000 description 3
- 235000013923 monosodium glutamate Nutrition 0.000 description 3
- 239000004223 monosodium glutamate Substances 0.000 description 3
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 3
- 229940005935 ophthalmologic Antibiotics Drugs 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 235000019157 thiamine Nutrition 0.000 description 3
- 239000011721 thiamine Substances 0.000 description 3
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 2
- 229940041514 Candida albicans extract Drugs 0.000 description 2
- 229940107161 Cholesterol Drugs 0.000 description 2
- 241000186216 Corynebacterium Species 0.000 description 2
- 150000008575 L-amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 210000004185 Liver Anatomy 0.000 description 2
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 2
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 2
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 2
- 229940067631 Phospholipids Drugs 0.000 description 2
- MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-N S-adenosyl-L-methioninate Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](C[S+](CC[C@H](N)C([O-])=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-N 0.000 description 2
- 235000019772 Sunflower meal Nutrition 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000003510 anti-fibrotic Effects 0.000 description 2
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 2
- 239000003782 beta lactam antibiotic agent Substances 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000005452 food preservative Substances 0.000 description 2
- 235000019249 food preservative Nutrition 0.000 description 2
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003908 liver function Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000002503 metabolic Effects 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L mgso4 Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000000813 microbial Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 210000004877 mucosa Anatomy 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 2
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 2
- 150000003904 phospholipids Chemical class 0.000 description 2
- 230000001242 postsynaptic Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000003518 presynaptic Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 230000005062 synaptic transmission Effects 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 2
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 2
- JLPULHDHAOZNQI-ZTIMHPMXSA-N 1-hexadecanoyl-2-(9Z,12Z-octadecadienoyl)-sn-glycero-3-phosphocholine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC[C@H](COP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C)OC(=O)CCCCCCC\C=C/C\C=C/CCCCC JLPULHDHAOZNQI-ZTIMHPMXSA-N 0.000 description 1
- XPDXVDYUQZHFPV-UHFFFAOYSA-N 5-Dimethylaminonaphthyl-5-sulfonyl chloride Chemical compound C1=CC=C2C(N(C)C)=CC=CC2=C1S(Cl)(=O)=O XPDXVDYUQZHFPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 7H-purin-6-amine Chemical compound NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000643 Adenine Drugs 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000003367 Artocarpus heterophyllus Species 0.000 description 1
- 235000008725 Artocarpus heterophyllus Nutrition 0.000 description 1
- 241001530056 Athelia rolfsii Species 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- 210000004369 Blood Anatomy 0.000 description 1
- 210000004556 Brain Anatomy 0.000 description 1
- 229960005069 Calcium Drugs 0.000 description 1
- 229960003563 Calcium Carbonate Drugs 0.000 description 1
- FSBIGDSBMBYOPN-VKHMYHEASA-N Canavanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCONC(N)=N FSBIGDSBMBYOPN-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- 229920001429 Chelating resin Polymers 0.000 description 1
- 229960001231 Choline Drugs 0.000 description 1
- 235000019750 Crude protein Nutrition 0.000 description 1
- 229960003067 Cystine Drugs 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N D-sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-SECBINFHSA-N D-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-SECBINFHSA-N 0.000 description 1
- ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L Dipotassium phosphate Chemical compound [K+].[K+].OP([O-])([O-])=O ZPWVASYFFYYZEW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 210000001198 Duodenum Anatomy 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229940088598 Enzyme Drugs 0.000 description 1
- 241000588722 Escherichia Species 0.000 description 1
- 108010073178 Glucan 1,4-alpha-Glucosidase Proteins 0.000 description 1
- 210000000020 Growth Cones Anatomy 0.000 description 1
- 210000001320 Hippocampus Anatomy 0.000 description 1
- 229940088597 Hormone Drugs 0.000 description 1
- 229960000310 ISOLEUCINE Drugs 0.000 description 1
- 210000000987 Immune System Anatomy 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L Iron(II) sulfate Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N L-cystine zwitterion Chemical compound [O-]C(=O)[C@@H]([NH3+])CSSC[C@H]([NH3+])C([O-])=O LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N 0.000 description 1
- HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N L-histidine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 1
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 1
- AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N L-threonine Chemical compound C[C@@H](O)[C@H](N)C(O)=O AYFVYJQAPQTCCC-GBXIJSLDSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- 229940067606 Lecithin Drugs 0.000 description 1
- 102100008175 MGAM Human genes 0.000 description 1
- MYGVPKMVGSXPCQ-JEDNCBNOSA-N Methylmethionine sulfonium salt Chemical compound [Cl-].C[S+](C)CC[C@H](N)C(O)=O MYGVPKMVGSXPCQ-JEDNCBNOSA-N 0.000 description 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M Monopotassium phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 210000003205 Muscles Anatomy 0.000 description 1
- 102000004868 N-methyl-D-aspartate receptors Human genes 0.000 description 1
- 108090001041 N-methyl-D-aspartate receptors Proteins 0.000 description 1
- 210000000478 Neocortex Anatomy 0.000 description 1
- 229960005190 Phenylalanine Drugs 0.000 description 1
- 229940063680 RAW SUGAR Drugs 0.000 description 1
- 229960002477 Riboflavin Drugs 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 1
- 210000004767 Rumen Anatomy 0.000 description 1
- 229940081973 S-Adenosylmethionine Drugs 0.000 description 1
- YDBYJHTYSHBBAU-YFKPBYRVSA-O S-Methylmethionine Chemical compound C[S+](C)CC[C@H]([NH3+])C([O-])=O YDBYJHTYSHBBAU-YFKPBYRVSA-O 0.000 description 1
- YDBYJHTYSHBBAU-UHFFFAOYSA-O S-Methylmethionine Chemical compound C[S+](C)CCC(N)C(O)=O YDBYJHTYSHBBAU-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-O S-adenosyl-L-methionine zwitterion Chemical compound O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](C[S+](CC[C@H]([NH3+])C([O-])=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 MEFKEPWMEQBLKI-AIRLBKTGSA-O 0.000 description 1
- 210000002784 Stomach Anatomy 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N Sucrose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](CO)O1)[C@@]1(CO)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-GDQSFJPYSA-N 0.000 description 1
- 210000001744 T-Lymphocytes Anatomy 0.000 description 1
- 239000004473 Threonine Substances 0.000 description 1
- 206010068760 Ulcers Diseases 0.000 description 1
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 description 1
- 229940088594 Vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003451 Vitamin B1 Natural products 0.000 description 1
- 229930003471 Vitamin B2 Natural products 0.000 description 1
- 229930003537 Vitamin B3 Natural products 0.000 description 1
- 229930003776 Vitamin B4 Natural products 0.000 description 1
- 229930003571 Vitamin B5 Natural products 0.000 description 1
- 229940046008 Vitamin D Drugs 0.000 description 1
- 229930003316 Vitamin D Natural products 0.000 description 1
- 229940046009 Vitamin E Drugs 0.000 description 1
- 229930003427 Vitamin E Natural products 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N adrenaline Chemical compound CNCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 UCTWMZQNUQWSLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010564 aerobic fermentation Methods 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 230000002202 anti-cholestatic Effects 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000037348 biosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010352 biotechnological method Methods 0.000 description 1
- 238000011138 biotechnological process Methods 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 230000004641 brain development Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L calcium D-pantothenic acid Chemical compound [Ca+2].OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O.OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229960002079 calcium pantothenate Drugs 0.000 description 1
- 150000001746 carotenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000005473 carotenes Nutrition 0.000 description 1
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 239000004464 cereal grain Substances 0.000 description 1
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 1
- CRBHXDCYXIISFC-UHFFFAOYSA-N choline Chemical compound C[N+](C)(C)CC[O-] CRBHXDCYXIISFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019784 crude fat Nutrition 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative Effects 0.000 description 1
- 230000001120 cytoprotect Effects 0.000 description 1
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 235000019621 digestibility Nutrition 0.000 description 1
- 229910000396 dipotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019797 dipotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000002183 duodenal Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 1
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000002964 excitative Effects 0.000 description 1
- 235000019197 fats Nutrition 0.000 description 1
- 229960001781 ferrous sulfate Drugs 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002496 gastric Effects 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 230000000848 glutamatergic Effects 0.000 description 1
- 239000001963 growth media Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000787 lecithin Substances 0.000 description 1
- 235000010445 lecithin Nutrition 0.000 description 1
- 230000003902 lesions Effects 0.000 description 1
- 230000003212 lipotrophic Effects 0.000 description 1
- 235000010420 locust bean gum Nutrition 0.000 description 1
- 230000027928 long-term synaptic potentiation Effects 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960003390 magnesium sulfate Drugs 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229940099596 manganese sulfate Drugs 0.000 description 1
- 239000011702 manganese sulphate Substances 0.000 description 1
- 235000007079 manganese sulphate Nutrition 0.000 description 1
- ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L manganese(II) sulfate monohydrate Chemical compound O.[Mn+2].[O-]S([O-])(=O)=O ISPYRSDWRDQNSW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 229960005173 methiosulfonium chloride Drugs 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N monochloramine Chemical compound ClN QDHHCQZDFGDHMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 239000002858 neurotransmitter agent Substances 0.000 description 1
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 1
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N nicotinic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 125000001477 organic nitrogen group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial Effects 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000003531 protein hydrolysate Substances 0.000 description 1
- 108010048769 pullulanase Proteins 0.000 description 1
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 1
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000026267 regulation of growth Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000946 synaptic Effects 0.000 description 1
- 230000003956 synaptic plasticity Effects 0.000 description 1
- 238000004809 thin layer chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 231100000397 ulcer Toxicity 0.000 description 1
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 1
- 230000024883 vasodilation Effects 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000010374 vitamin B1 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011691 vitamin B1 Substances 0.000 description 1
- 235000019164 vitamin B2 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011716 vitamin B2 Substances 0.000 description 1
- 235000019160 vitamin B3 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011708 vitamin B3 Substances 0.000 description 1
- 235000008979 vitamin B4 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011579 vitamin B4 Substances 0.000 description 1
- 235000009492 vitamin B5 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011675 vitamin B5 Substances 0.000 description 1
- 235000019166 vitamin D Nutrition 0.000 description 1
- 239000011710 vitamin D Substances 0.000 description 1
- 150000003710 vitamin D derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 235000019165 vitamin E Nutrition 0.000 description 1
- 239000011709 vitamin E Substances 0.000 description 1
- 150000003712 vitamin E derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229930003231 vitamins Natural products 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способу получения аминокислот: L-аргинина, глутаминовой кислоты и метионина ферментацией пищевых отходов.The invention relates to the microbiological industry, and in particular to a method for obtaining amino acids: L-arginine, glutamic acid and methionine by fermentation of food waste.
Обычно L-аминокислоты производятся в промышленности методами ферментации с использованием штаммов микроорганизмов, полученных из природных источников, или их мутантов.Usually, L-amino acids are produced commercially by fermentation methods using strains of microorganisms obtained from natural sources, or their mutants.
Обычно микроорганизмы модифицируют для увеличения выхода L-аминокислот.Typically, microorganisms are modified to increase the yield of L-amino acids.
Экономичность способа получения аргинина, глутаминовой кислоты и метионина из источников нерафинированного сахара можно повысить путем замены дорогих синтетических источников углерода, таких как глюкоза или сахароза.The economics of the process for producing arginine, glutamic acid and methionine from raw sugar sources can be improved by replacing expensive synthetic carbon sources such as glucose or sucrose.
L-аргинин является условно незаменимой аминокислотой ввиду зависимости от стадии развития и состояния здоровья индивидуума. Аргинин стимулирует иммунную систему посредством увеличения выхода Т-клеток, способствует расширению кровеносных сосудов, поддержанию здоровья мышечной системы, удалению аммиака из тела и выработке гормонов. Производство L-аргинина осуществляется тремя традиционными способами: экстракцией из белковых гидролизатов; химическим синтезом, ферментативным гидролизом. L-arginine is a conditionally essential amino acid, depending on the developmental stage and health status of the individual. Arginine stimulates the immune system through increased T-cell output, promotes vasodilation, maintains healthy muscles, removes ammonia from the body, and promotes hormone production. The production of L-arginine is carried out in three traditional ways: extraction from protein hydrolysates; chemical synthesis, enzymatic hydrolysis.
Фармакологический препарат метионина оказывает некоторое липотропное действие, повышает синтез холина, лецитина и других фосфолипидов, в некоторой степени способствует снижению содержания холестерина в крови и улучшению соотношения фосфолипиды/холестерин, уменьшению отложения нейтрального жира в печени и улучшению функции печени, может оказывать умеренное антидепрессивное действие (по-видимому, за счёт влияния на биосинтез адреналина).The pharmacological preparation of methionine has some lipotropic effect, increases the synthesis of choline, lecithin and other phospholipids, to some extent helps to reduce blood cholesterol and improve the ratio of phospholipids / cholesterol, reduce the deposition of neutral fat in the liver and improve liver function, may have a moderate antidepressant effect ( apparently due to the effect on the biosynthesis of adrenaline).
S-аденозил-метионин (Адеметионин, SAMe, гептрал, гептор) оказывает более сильное положительное действие на функцию печени и более выраженное антидепрессивное действие, чем метионин. В фармакологии используется как стимулятор регенерации печени, антифибротик, антихолестатик, антидепрессант. В эксперименте показана антифибротическая (противорубцовая) активность адеметионина.S-adenosyl-methionine (Ademetionine, SAMe, Heptral, Heptor) has a stronger positive effect on liver function and a more pronounced antidepressant effect than methionine. In pharmacology, it is used as a stimulant of liver regeneration, antifibrotic, anticholestatic, antidepressant. The experiment showed the antifibrotic (anti-scarring) activity of ademetionine.
Метил-метионин-сульфоний (в фармакологии известен как «метиосульфония хлорид»), иногда условно называемый «витамином U» (от лат. ulcus — язва), обладает выраженным цитопротективным действием на слизистую желудка и двенадцатиперстной кишки, способствует заживлению язвенных и эрозивных поражений слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки.Methyl methionine sulfonium (in pharmacology known as "methiosulfonium chloride"), sometimes conventionally called "vitamin U" (from Latin ulcus - ulcer), has a pronounced cytoprotective effect on the gastric and duodenal mucosa, promotes healing of ulcerative and erosive lesions of the mucosa stomach and duodenum.
Глутамат натрия — натриевая соль глутаминовой кислоты — наиболее важный возбуждающий нейротрансмиттер в биохимических процессах в нервной системе позвоночных. В химических синапсах глутамат запасается в пресинаптических пузырьках (везикулах). Нервный импульс активирует высвобождение иона глутаминовой кислоты из пресинаптического нейрона. На постсинаптическом нейроне ион глутаминовой кислоты связывается с постсинаптическими рецепторами, такими, как, например, NMDA-рецепторы, и активирует их. Благодаря участию последних в синаптической пластичности ион глутаминовой кислоты участвует в таких функциях высшей нервной деятельности как обучение и память. Одна из форм приспособляемости синапсов, называемая долговременной потенциацией, имеет место в глутаматергических синапсах гиппокампа, неокортекса и в других частях головного мозга человека. Глутамат натрия участвует не только в классическом проведении нервного импульса от нейрона к нейрону, но и в объёмной нейротрансмиссии, когда сигнал передаётся в соседние синапсы путём кумулятивного эффекта глутамата натрия, высвобожденного в соседних синапсах (так называемая экстрасинаптическая или объёмная нейротрансмиссия). В дополнение к этому, глутамат играет важную роль в регуляции конусов роста и синаптогенеза в процессе развития головного мозга, как это было описано Марком Мэтсоном.Monosodium glutamate, the sodium salt of glutamic acid, is the most important excitatory neurotransmitter in biochemical processes in the vertebrate nervous system. In chemical synapses, glutamate is stored in presynaptic vesicles (vesicles). The nerve impulse activates the release of glutamic acid ion from the presynaptic neuron. On the postsynaptic neuron, the glutamic acid ion binds to postsynaptic receptors, such as, for example, NMDA receptors, and activates them. Due to the participation of the latter in synaptic plasticity, the glutamic acid ion is involved in such functions of higher nervous activity as learning and memory. One form of synaptic fitness, called long-term potentiation, occurs in the glutamatergic synapses of the hippocampus, neocortex, and other parts of the human brain. Monosodium glutamate is involved not only in the classical conduction of a nerve impulse from neuron to neuron, but also in volumetric neurotransmission, when the signal is transmitted to neighboring synapses through the cumulative effect of monosodium glutamate released in neighboring synapses (the so-called extrasynaptic or volumetric neurotransmission). In addition, glutamate plays an important role in the regulation of growth cones and synaptogenesis during brain development, as described by Mark Matson.
Позднее было обнаружено, что аминокислоты можно получить ассимиляцией углеводородов штаммами дикого типа Corynebacterium и Brevihacterium (патенты США №3222258 и 3440141) и эти штаммы производят еще большее количество аминокислот из углеводов (патент Великобритании № 1278917). More recently, it has been found that amino acids can be obtained by assimilation of carbohydrates by wild-type strains of Corynebacterium and Brevihacterium (US Pat.
Среди регуляторных мутантов различных микроорганизмов Cotymbacterium glutamicum показал наиболее высокую способность производства аминокислот. Некоторые из наиболее типичных мутантов, продуцирующих аминокислоты, относятся к виду Corynebacterium, устойчивому к 2-тиазолаланину (патент США № 3723249 и патент США № 3878044) и канаванину (патент США № 3849250; Патент Великобритании № 1351518). Кроме того, было обнаружено, что мутанты вида Bacillus (Патент США №3734829, патент США № 4086137 и патент США № 4430430) и Escherichia (патент США № 4430430, патент США № 6897048) также производят аминокислоты в значительных количествах.Among the regulatory mutants of various microorganisms, Cotymbacterium glutamicum showed the highest ability to produce amino acids. Some of the most typical amino acid producing mutants are 2-thiazolalanine resistant Corynebacterium (US Pat. No. 3,723,249 and US Pat. No. 3,878,044) and canavanin (US Pat. No. 3,849,250; GB Patent No. 1,351,518). In addition, mutants of the species Bacillus (U.S. Patent No. 3734829, U.S. Patent No. 4086137 and U.S. Patent No. 4430430) and Escherichia (U.S. Patent No. 4430430, U.S. Patent No. 6897048) were also found to produce amino acids in significant quantities.
Как известно, кислородное питание оказывает большое влияние на аэробное производство аминокислот микроорганизмами (Takishi Utagawa, "Production of Arginine by fermentation," J. Nutr. 134:2854S-2857S (2004)). Рост в анаэробных условиях часто приводит к образованию токсичных побочных продуктов, таких как уксусная кислота и этиловый спирт, которые, в свою очередь, приводят к сильному замедлению производства аминокислот (J. Gong, J. Ding, H. Huang, Q. Chen, Kinetic study and modeling on L-arginine fermentation, Chin. . Biotech. 9 (1) 9 -18 (1993)). It is known that oxygen supply has a great influence on the aerobic production of amino acids by microorganisms (Takishi Utagawa, "Production of Arginine by fermentation," J. Nutr. 134:2854S-2857S (2004)). Growth under anaerobic conditions often leads to the formation of toxic by-products such as acetic acid and ethyl alcohol, which in turn lead to a strong slowdown in the production of amino acids (J. Gong, J. Ding, H. Huang, Q. Chen, Kinetic study and modeling on L-arginine fermentation, Chin Biotech 9 (1) 9-18 (1993)).
К некоторым из недостатков существующего процесса ферментации аминокислот относятся, например, отсутствие культур дикого типа, способных к производству аргинина, в отличие от глутамата, где штамм дикого типа С.glutamicum способен к производству в больших объемах. Кроме того, затруднения вызывает получение ауксотрофных мутантов, способных к производству аргинина, и существует необходимость в генной инженерии для улучшения подходящих для производства аргинина штаммов. Более того, себестоимость производства аргинина относительно высока в связи с использованием чистой глюкозы как единственного источника углерода. Таким образом, предпочтительны недорогие альтернативы для повышения количества выхода продукции с использованием имеющихся штаммов. Some of the disadvantages of the current amino acid fermentation process include, for example, the lack of wild-type cultures capable of producing arginine, in contrast to glutamate, where the wild-type strain of C. glutamicum is capable of producing in large volumes. In addition, it is difficult to obtain auxotrophic mutants capable of producing arginine, and there is a need for genetic engineering to improve strains suitable for the production of arginine. Moreover, the production cost of arginine is relatively high due to the use of pure glucose as the sole carbon source. Thus, low cost alternatives are preferred to increase yields using existing strains.
Из уровня техники известен документ (RU 2557294 C2, 2007.2015), выбранный нами в качестве прототипа. В данном документе раскрыт способ получения аргинина ферментацией агроотходов, включающий: ферментацию сельскохозяйственных отходов в присутствии по меньшей мере одного из Cotynehacterium glulamicum ATCC 21831 или Cotynehacterium glulamicum ATCC 21493 для получения ферментированной жидкости, содержащей аргинин; а также извлечение аргинина из сброженного раствора. Агроотходы содержат источник углерода, получены путем гидролиза крахмалсодержащих материалов с осахаривающим крахмал ферментом, где крахмалсодержщие материалы выбраны из жома, порошка семян, жома маниоки и/или порошка семян джекфрута. Ферментация представляет собой аэробную ферментацию, ферментация может проводиться в диапазоне температур от 20° С до 50°С, при значении рН от 5 до 8, в течение от 12 часов до 2 недель. Способ дополнительно включает добавление лактамного антибиотика во время ферментации.The prior art document (RU 2557294 C2, 2007.2015) is known to us as a prototype. Disclosed herein is a process for producing arginine by fermenting agricultural waste, comprising: fermenting agricultural waste in the presence of at least one of Cotynehacterium glulamicum ATCC 21831 or Cotynehacterium glulamicum ATCC 21493 to produce a fermented liquid containing arginine; as well as the extraction of arginine from the fermented solution. The agro-waste contains a source of carbon obtained by hydrolysis of starch-containing materials with a starch-saccharifying enzyme, where the starch-containing materials are selected from bagasse, seed powder, cassava bagasse and/or jackfruit seed powder. The fermentation is an aerobic fermentation, the fermentation can be carried out in the temperature range from 20° C. to 50° C., at a pH value of 5 to 8, for 12 hours to 2 weeks. The method further includes adding a lactam antibiotic during fermentation.
Вышеописанный способ имеет ряд недостатков: используемое в нем сырье (маниока и джейфрут) невозможно получить в Российской Федерации и соответственно отходы этого сырья недоступны для производства аргинина и других аминокислот. Также используемые авторами бактерии не позволяют ферментировать цельную суспензию жмыха (жома), а требуют предварительной обработки жома ферментом амилазой. Также, в составе конечного продукта содержатся лактамные антибиотики, что значительно удорожает технологию. Кроме того, использование способа по прототипу не обеспечивает высокий выход аминокислот.The above method has a number of disadvantages: the raw materials used in it (cassava and jayfruit) cannot be obtained in the Russian Federation and, accordingly, the waste of this raw material is not available for the production of arginine and other amino acids. Also, the bacteria used by the authors do not allow fermentation of a whole suspension of oilcake (pulp), but require pre-treatment of the pulp with the enzyme amylase. Also, the composition of the final product contains lactam antibiotics, which significantly increases the cost of technology. In addition, the use of the method according to the prototype does not provide a high yield of amino acids.
Указанные проблемы решаются тем, что вместо двух мутантных штаммов Corynebacterium glutamicum ATCC 21831 и Corynebacterium glutamicum ATCC 21493 мы используем известный, недорогой и хорошо изученный штамм Corynebacterium glutamicum R. Также вместо сырья на основе маниоки и джейфрута мы используем обычную подсолнечную макуху (жмых семян подсолнечника), доступную по всей территории Российской Федерации и не используем процесс предварительной ферментации, что значительно удешевляет технологию производства. Также, замена лактамных антибиотиков в нашем изобретении на пищевой консервант низин, к которому резистентен штамм Corynebacterium glutamicum R, позволяет не только предотвратить контаминации реакционной биотехнологической среды, но и позже трипсином полностью разрушить низин и исключить примеси в конечном продукте антибиотических препаратов. These problems are solved by the fact that instead of two mutant strains of Corynebacterium glutamicum ATCC 21831 and Corynebacterium glutamicum ATCC 21493, we use a well-known, inexpensive and well-studied strain of Corynebacterium glutamicum R. Also, instead of raw materials based on cassava and jayfruit, we use ordinary sunflower cake (sunflower seed cake) , available throughout the Russian Federation and do not use the process of pre-fermentation, which significantly reduces the cost of production technology. Also, the replacement of lactam antibiotics in our invention with the food preservative nisin, to which the Corynebacterium glutamicum R strain is resistant, allows not only to prevent contamination of the reaction biotechnological medium, but later completely destroy nisin with trypsin and eliminate impurities in the final product of antibiotic preparations.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задачей настоящего изобретения является разработка экономически более дешевого и эффективного способа получения аргинина, метионина и глутаминовой кислоты из отечественного сырья, с применением известного и недорого штамма микроорганизма, а также расширение арсенала способов получения аминокислот из агропромышленных отходов. The objective of the present invention is to develop an economically cheaper and more efficient method for obtaining arginine, methionine and glutamic acid from domestic raw materials, using a well-known and inexpensive microorganism strain, as well as expanding the arsenal of methods for obtaining amino acids from agro-industrial waste.
Поставленная задача достигается посредством способа ферментации агропромышленных отходов- жмыха (жома, макухи) семян подсолнечника, состоящий из: ферментации суспензии жмыха семян подсолнечника в воде в присутствии Corynebacterium glutamicum штамма R.The task is achieved by means of a method for fermenting agro-industrial waste - cake (pulp, cake) of sunflower seeds, consisting of: fermentation of a suspension of sunflower seed cake in water in the presence of Corynebacterium glutamicum strain R.
Техническим результатом изобретения является создание более экономного способа получения аминокислот: L-аргинина, глутаминовой кислоты и метионина (на 30-40% экономней в сравнении с прототипом) с повышенным выходом аминокислот (на 12-15% в сравнении с прототипом), при использовании более дешевого и доступного сырья, жмыха (макухи) семян подсолнечника.The technical result of the invention is the creation of a more economical method for obtaining amino acids: L-arginine, glutamic acid and methionine (30-40% more economical in comparison with the prototype) with an increased yield of amino acids (12-15% in comparison with the prototype), using more cheap and affordable raw materials, cake (makuha) of sunflower seeds.
Технический результат достигается за счет осуществления способа получения аминокислот: L-аргинина, глутаминовой кислоты и метионина из пищевых отходов, включающий ферментацию пищевых отходов в присутствии Corynebacterium glutamicum в аэробных условиях до получения ферментированной жидкости, содержащей аминокислоты, характеризующийся тем, что для получения L-аргинина, глутаминовой кислоты и метионина проводят ферментацию суспензии жмыха семян подсолнечника в воде с долей суспензионного порошка от 0,5 до 30 вес% в присутствии штамма Strain R Corynebacterium glutamicum, при pH от 6,0-8,0, температуре 25-40°C в течение от 3 до 15 дней. The technical result is achieved by implementing a method for obtaining amino acids: L-arginine, glutamic acid and methionine from food waste, including fermentation of food waste in the presence of Corynebacterium glutamicum under aerobic conditions to obtain a fermented liquid containing amino acids, characterized in that to obtain L-arginine , glutamic acid and methionine, a suspension of sunflower seed cake is fermented in water with a proportion of the suspension powder from 0.5 to 30 wt% in the presence of Strain R Corynebacterium glutamicum strain, at a pH of 6.0-8.0, a temperature of 25-40°C within 3 to 15 days.
Для осуществления изобретения использовался штамм Corynebacterium glutamicum- Strain R известный из документа-("Comparative analysis of the Corynebacterium glutamicum group and complete genome sequence of strain R." Yukawa H., Omumasaba C.A., Nonaka H., Kos P., Okai N., Suzuki N., Suda M., Tsuge Y., Watanabe J., Ikeda Y., Vertes A.A., Inui M. Microbiology 153:1042-1058,(2007).For the implementation of the invention, a strain of Corynebacterium glutamicum- Strain R known from the document-("Comparative analysis of the Corynebacterium glutamicum group and complete genome sequence of strain R." Yukawa H., Omumasaba C.A., Nonaka H., Kos P., Okai N. , Suzuki N., Suda M., Tsuge Y., Watanabe J., Ikeda Y., Vertes A.A., Inui M. Microbiology 153:1042-1058,(2007).
Технический результат достигается за счет оптимально подобранных условий способа: ферментации водной суспензии жома семян подсолнечника с долей суспензионного порошка от 0,5 до 30 вес% в присутствии штамма Strain R Corynebacterium glutamicum, при pH от 6,0-8,0, температуре 25-40°C в течение от 3 до 15 дней. The technical result is achieved due to optimally selected process conditions: fermentation of an aqueous suspension of sunflower seed pulp with a suspension powder fraction of 0.5 to 30 wt% in the presence of the strain Strain R Corynebacterium glutamicum, at a pH of 6.0-8.0, a temperature of 25- 40°C for 3 to 15 days.
Дальнейшее описание подробно характеризует предложенное изобретение и то, каким образом оно должно быть выполнено.The following description describes in detail the proposed invention and how it should be carried out.
Предложен микробиологический синтез L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты с использованием производственной среды, содержащей субстрат крахмалосодержащих сельскохозяйственных отходов, такой как жмых семян подсолнечника (макуха), полученный после отжима масла, или его гидролизат, в качестве основного источника углерода, с использованием штамма R Corynebacterium glutamicum. A microbiological synthesis of L-arginine, methionine and glutamic acid is proposed using a production medium containing a substrate of starchy agricultural waste, such as sunflower seed cake (makukha), obtained after pressing oil, or its hydrolyzate, as the main source of carbon, using strain R Corynebacterium glutamicum.
Характерным вариантом осуществления настоящего изобретения является использование гидролизатов суспензии жмыха (макухи) подсолнечника, из локально доступных агропромышленных отходов, для замещения чистых сахаров, для взращивания штамма R Corynebacterium glutamicum, способного к производству аминокислот.An exemplary embodiment of the present invention is the use of hydrolyzates of a suspension of sunflower cake (cake) from locally available agro-industrial waste to replace pure sugars to grow an R strain of Corynebacterium glutamicum capable of producing amino acids.
Еще одним дополнительным вариантом осуществления настоящего изобретения является очистка L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты от ферментированной жидкости после ферментации, их выделения из ферментированной жидкости, известными методами. Another additional embodiment of the present invention is the purification of L-arginine, methionine and glutamic acid from the fermented liquid after fermentation, their isolation from the fermented liquid, known methods.
В соответствии с характерным вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрен способ получения L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты посредством ферментации агропромышленных отходов, состоящий из: ферментации агропромышленных отходов в присутствии, Corynebacterium glutamicum Strain R до получения ферментированной жидкости, содержащей L-аргинин, метионин и глутаминовую кислоту.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a process for producing L-arginine, methionine and glutamic acid by agro-waste fermentation, consisting of: fermenting agro-waste in the presence of Corynebacterium glutamicum Strain R to obtain a fermented liquid containing L-arginine, methionine and glutamic acid. acid.
В соответствии с другим характерным вариантом осуществления настоящего изобретения, предложен способ получения L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты из агропромышленных отходов-жмыха семян подсолнечника, включающий: ферментативную гидролизацию жмыха семян подсолнечника предпочтительно такого, что от 55 до 85%, предпочтительно от 60% до 75% и более предпочтительно от 65 до 68% субстрата агропромышленных отходов перерабатывается в восстанавливающие сахара; ферментацию восстанавливающих сахаров (предпочтительно, в качестве единственного источника углерода) в присутствии Corynebacterium glutamicum Strain R до получения ферментированной жидкости, содержащей аргинин, метионин и глутаминовую кислоту; и выделение этих аминокислот из ферментированной жидкости. According to another exemplary embodiment of the present invention, there is provided a method for obtaining L-arginine, methionine and glutamic acid from agro-industrial sunflower seed cake waste, comprising: enzymatic hydrolysis of sunflower seed cake, preferably such that from 55 to 85%, preferably from 60% up to 75% and more preferably 65 to 68% of the agro-waste substrate is processed into reducing sugars; fermentation of reducing sugars (preferably as the sole carbon source) in the presence of Corynebacterium glutamicum Strain R to obtain a fermented liquid containing arginine, methionine and glutamic acid; and isolating these amino acids from the fermented liquid.
Эти и другие характерные особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания. These and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description.
Используемые здесь слова «предпочтительный» и «предпочтительно», относятся к вариантам осуществления изобретения, которые при определенных условиях предоставляют определенные преимущества. Однако другие варианты осуществления изобретения также могут быть предпочтительными при аналогичных или иных условиях. Применяемые диапазоны значений подразумевают, что любое значение в пределах диапазона может быть выбрано.As used herein, the words "preferred" and "preferably" refer to embodiments of the invention that, under certain conditions, provide certain advantages. However, other embodiments of the invention may also be preferred under similar or different conditions. The applicable value ranges imply that any value within the range can be selected.
Если не указано иное, все процентные содержания и количества вещества, следует относить к процентам, исчисляемым от веса. Данные количества вещества основаны на активном весе вещества. Перечисленные здесь конкретные значения, относящиеся к соответствующему количеству компонентов или других признаков различных вариантов осуществления изобретения, даны для обозначения этого значения плюс-минус степень изменчивости для учета ошибок в измерениях. Например, величина в 10% может включать 9,5% или 10,5% с учетом степени погрешности в измерениях, которые будут оценены и понятны специалисту в данной области.Unless otherwise stated, all percentages and quantities of a substance should be referred to as percentages by weight. These quantities of a substance are based on the active weight of the substance. The specific values listed here, referring to the respective number of components or other features of various embodiments of the invention, are given to indicate this value, plus or minus the degree of variability to account for measurement errors. For example, a value of 10% may include 9.5% or 10.5%, subject to a degree of measurement error that would be appreciated and understood by one skilled in the art.
Известно использование агропромышленных отходов в качестве основного источника углерода для различных выработок микробных метаболитов, таких как ферменты, органических кислот, таких как молочная кислота, пигментов. It is known to use agro-industrial waste as the main source of carbon for various productions of microbial metabolites such as enzymes, organic acids such as lactic acid, pigments.
Авторы настоящего изобретения считают, что биотехнологические способы получения аминокислот из дешевого сырья могут быть улучшены в дальнейшем для того, чтобы сделать их конкурентоспособными по отношению к способам химического получения. The authors of the present invention believe that biotechnological methods for obtaining amino acids from cheap raw materials can be improved in the future in order to make them competitive with chemical production methods.
Авторами изобретения был выбран один субстрат, принимая во внимание высокое содержание в нем крахмала– жмых (жом, макуха) семян подсолнечника, полученный после отжима масла. Количество сырья- семян подсолнечника, для производства, на всей территории России является достаточным, для обеспечения производства L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты в любом регионе. The authors of the invention chose one substrate, taking into account the high content of starch in it - cake (pulp, cake) of sunflower seeds obtained after pressing the oil. The amount of raw materials - sunflower seeds, for production throughout Russia is sufficient to ensure the production of L-arginine, methionine and glutamic acid in any region.
Макуха (жмых после отжима семян подсолнечника и получения подсолнечного масла)Makukha (cake after pressing sunflower seeds and obtaining sunflower oil)
Макуха или жмых после отжима семян и получения подсолнечного масла представляет собой высокобелковый концентрированный корм, он также является отходом производства подсолнечного масла. Его получают в результате холодного отжима семян подсолнечника. Жмых включают в рацион большинства сельскохозяйственных животных. Его используют для производства комбикормов или непосредственно вводят в рацион животных Весьма широко распространён, доступен для использования и стоимость его довольно низкая. Он рассматривается, прежде всего, как ценный источник белка. Makukha or cake after pressing seeds and obtaining sunflower oil is a high-protein concentrated feed, it is also a waste product of sunflower oil production. It is obtained by cold pressing sunflower seeds. Cake is included in the diet of most farm animals. It is used for the production of compound feed or directly introduced into the diet of animals. It is very widespread, available for use and its cost is quite low. It is considered primarily as a valuable source of protein.
Содержание протеина в данном виде подсолнечного жмыха составляет 38%. По качеству белка жмых значительно опережает зерно злаковых культур. Подсолнечный жмых богат клетчаткой (до 20% по массе на абсолютно сухое вещество), которая повышает перевариваемость пищи и необходима в рационах всех животных.The protein content in this type of sunflower cake is 38%. In terms of protein quality, cake is significantly ahead of cereal grains. Sunflower cake is rich in fiber (up to 20% by weight on absolutely dry matter), which increases the digestibility of food and is necessary in the diets of all animals.
Энергетическая питательность 1 кг подсолнечного жмыха*:Energy nutritional value of 1 kg of sunflower cake*:
Протеиновая питательность 1 кг подсолнечного жмыха*:Protein nutritional value of 1 kg of sunflower meal*:
Минеральный состав 1 кг подсолнечного жмыха*:Mineral composition of 1 kg of sunflower cake*:
Витаминный состав 1 кг подсолнечного жмыха*:Vitamin composition of 1 kg of sunflower meal*:
Качественная характеристика протеина экструдированного подсолнечного жмыха (в среднем по России):Qualitative characteristics of the protein of extruded sunflower cake (on average in Russia):
Аминокислоты, в грамм в абсолютно сухом веществе:Amino acids, in grams in absolutely dry matter:
* - приведены средние данные по Центральному ФО. (Кормовые ресурсы животноводства. Классификация, состав и питательность кормов: научное издание. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009).* - average data for the Central Federal District are given. (Fodder resources of animal husbandry. Classification, composition and nutritional value of feed: scientific publication. - M.: Federal State Scientific Institution "Rosinformagrotech", 2009).
Как видно из вышеуказанного состава, подсолнечный жмых содержит практически все компоненты, необходимые для жизнедеятельности бактерии. Особенно богат он на углеводы и белки. Именно эти два показателя являются существенными для производства L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты штаммом Corynebacterium glutamicum R.As can be seen from the above composition, sunflower cake contains almost all the components necessary for the vital activity of bacteria. It is especially rich in carbohydrates and proteins. It is these two indicators that are essential for the production of L-arginine, methionine and glutamic acid by the strain Corynebacterium glutamicum R.
L-аргинин, метионин и глутаминовая кислота, могут быть получены посредством ферментации агропромышленных отходов, таких как описано выше, в присутствии микроорганизмов штаммом Corynebacterium glutamicum R для производства смеси, содержащей аминокислоты, а затем, в случае необходимости, отделением отдельно каждой аминокислоты из смеси. L-arginine, methionine, and glutamic acid can be obtained by fermenting agro-industrial wastes such as described above in the presence of microorganisms with a strain of Corynebacterium glutamicum R to produce a mixture containing amino acids, and then, if necessary, separating each amino acid separately from the mixture.
Предпочтительно, культуры содержатся в LBG среде (Бульон Луриа-Бертрани, дополненный глюкозой) и пересеиваются каждые две недели. В настоящем изобретении предпочтительно, что культуральной средой являлась естественная среда, содержащая предпочтительное количество источников углерода, источников азота, неорганических солей и небольшие количества незначительных неорганических питательных веществ, необходимых для роста штаммов. Предпочтительные источники углерода в настоящем изобретении включают глюкозу или гидролизаты крахмала крахмалосодержащего материала- макухи подсолнечника, полученные ферментативным гидролизом с использованием подходящих осахаривающих крахмал ферментов. Preferably, the cultures are maintained in LBG medium (Luria-Bertrani broth supplemented with glucose) and subcultured every two weeks. In the present invention, it is preferred that the culture medium is a natural medium containing the preferred amount of carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, and small amounts of minor inorganic nutrients necessary for the growth of strains. Preferred carbon sources in the present invention include glucose or starch hydrolysates of starch-containing material - sunflower cake obtained by enzymatic hydrolysis using suitable starch saccharifying enzymes.
Ферменты, осахаривающие крахмал, известны из уровня техники. Такие ферменты включают, например, амилазу, глюкоамилазу, пуллуланазу, Corticium rolfsii AHU 9627, и подобные. Процесс гидролиза может быть оптимизирован для каждого субстрата с помощью методов, известных в данной области техники, наряду с описанными здесь методическими рекомендациями. Starch saccharifying enzymes are known in the art. Such enzymes include, for example, amylase, glucoamylase, pullulanase, Corticium rolfsii AHU 9627, and the like. The hydrolysis process can be optimized for each substrate using methods known in the art, along with the guidelines described here.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ферментация гидролизатов крахмала жмыха семян подсолнечника обеспечивает больший выход, по сравнению с ферментацией чистых сахаров, таких как декстроза, при использовании тех же микроорганизмов.In a preferred embodiment of the invention, the fermentation of starch hydrolysates of sunflower seed cake provides a higher yield compared to the fermentation of pure sugars such as dextrose using the same microorganisms.
В качестве источников азота могут быть использованы неорганические соли азота, такие как хлорид аммония и другие традиционные органические источники азота, такие как Nz-амин, гидролизат казеина, жидкий кукурузный экстракт и т.д. Предпочтительно, могут быть использованы неорганические соли, такие как моногидрофосфат калия, дигидрофосат калия, сульфат магния, сульфат железа, сульфат марганца, карбонат кальция, и т.д. Небольшое количество таких веществ, как биотин и тиамин, также может быть добавлено в среду во всех случаях, когда это требуется в настоящем изобретении. As nitrogen sources, inorganic nitrogen salts such as ammonium chloride and other conventional organic nitrogen sources such as Nz-amine, casein hydrolyzate, liquid corn extract, etc. can be used. Preferably, inorganic salts such as potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate, ferrous sulfate, manganese sulfate, calcium carbonate, etc. can be used. A small amount of substances such as biotin and thiamine can also be added to the environment in all cases where this is required in the present invention.
Культивирование осуществляют в аэробных условиях, созданных перемешиванием или встряхиванием. Например, культивирование клеток в лабораторных условиях может осуществляться аэробно в погруженных в воду 250 мл колбах Эрленмейера в ротационном шейкере с подходящим перемешиванием. Специалисты в данной области способны масштабировать данный процесс для получения L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты в коммерческих масштабах. Cultivation is carried out under aerobic conditions created by mixing or shaking. For example, cell culture under laboratory conditions can be carried out aerobically in water-immersed 250 ml Erlenmeyer flasks in a rotary shaker with suitable agitation. Those skilled in the art are capable of scaling up this process to produce L-arginine, methionine, and glutamic acid on a commercial scale.
Температура инкубации может быть в пределах от 25°C до 40°C, более предпочтительно от 27°C до 36°C, и наиболее предпочтительно от 30°C до 32°C. При использовании температуры, ниже 25°C бактерии практически не размножаются и реакция идет длительное время, что является экономически невыгодным. При температуре выше 40°C бактерия погибает и процесс ферментации не происходит.The incubation temperature may be in the range of 25°C to 40°C, more preferably 27°C to 36°C, and most preferably 30°C to 32°C. When temperatures below 25°C are used, bacteria practically do not multiply and the reaction takes a long time, which is economically disadvantageous. At temperatures above 40°C, the bacterium dies and the fermentation process does not occur.
Значение рН ферментации находится в пределах от 6 до 8, еще более предпочтительно от 6 до 7, и наиболее предпочтительно, чтобы поддерживался нейтральный уровень рН=7. The fermentation pH is in the range of 6 to 8, even more preferably 6 to 7, and most preferably maintained at a neutral pH=7.
Дополнительно, суспензия жмыха семян подсолнечника гидролизуется трипсином или амилазой.Additionally, the suspension of sunflower seed cake is hydrolyzed with trypsin or amylase.
Амилазой является рекомбинантная амилаза, продуцируемая генно-модифицированными бактериями или грибами, или амилаза, выделенная из животного и/или растительного сырья. Трипсином является рекомбинантный трипсин, продуцируемый генно-модифицированными бактериями или грибами или трипсин, выделенный из животного и/или растительного сырья.Amylase is a recombinant amylase produced by genetically modified bacteria or fungi, or an amylase isolated from animal and/or vegetable raw materials. Trypsin is a recombinant trypsin produced by genetically modified bacteria or fungi or trypsin isolated from animal and/or plant materials.
Незначительная (1-5 единиц) добавка лантибиотика низина (пищевого консерванта) перед началом или в процессе ферментации, предпочтительна для повышения выхода аминокислот. Minor (1-5 units) addition of the lantibiotic nisin (a food preservative) before or during fermentation is preferred to increase amino acid yield.
Ферментация длится в течение от 3 часов до 15 дней для того, чтобы накопить достаточное количество аминокислот. Fermentation lasts from 3 hours to 15 days in order to accumulate a sufficient amount of amino acids.
После ферментации L-аргинин, метионин и глутаминовую кислоту, содержащиеся в ферментированной жидкости, могут быть отделены, например, удалением микробных клеток и любых других осадков с помощью стандартных методов, таких как применение ионообменной смолы или осаждение. After fermentation, L-arginine, methionine and glutamic acid contained in the fermented liquid can be separated, for example, by removing microbial cells and any other sediments using standard methods such as using an ion exchange resin or precipitation.
Качественное определение L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты накопленных в культуральной жидкости (ферментированной жидкости) может быть осуществлено с помощью тонкослойной хроматографии и количественного ВЭЖХ после дериватизации дансилхлорида. Qualitative determination of L-arginine, methionine and glutamic acid accumulated in the culture liquid (fermented liquid) can be carried out using thin layer chromatography and quantitative HPLC after derivatization of dansyl chloride.
Частичная очистка и восстановление L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты могут быть стандартизированы с помощью сильнокислотной катионообменной смолы, такой как Amberlite. Partial purification and recovery of L-arginine, methionine and glutamic acid can be standardized with a strong acid cation exchange resin such as Amberlite.
Нижеприведенные конкретные примеры, показывающие варианты осуществления изобретения, предусмотрены лишь с целью иллюстрации и не предназначены для ограничения объема изобретения.The following specific examples showing embodiments of the invention are provided for the purpose of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention.
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Пример 1:Example 1:
Для получения 0,5-30вес % водной суспензии жмыха подсолнечника в воду вносят расчетное количество сухого измельченного жмыха семян подсолнечника и перемешивают в мешалке до однородности и полного смачивания порошка для исключения флотации (не должен плавать по поверхности воды). To obtain a 0.5-30 wt% aqueous suspension of sunflower cake, the calculated amount of dry crushed sunflower seed cake is added to the water and mixed in a mixer until the powder is homogeneous and completely wetted to prevent flotation (should not float on the water surface).
Так, например, 0,5 г измельченного жмыха семян подсолнечника вносят в 99,5 мл воды и суспендируют в мешалке или миксере до однородности. Поучают 0,5 % водную суспензию жмыха семян подсолнечника. So, for example, 0.5 g of crushed sunflower seed cake is added to 99.5 ml of water and suspended in a stirrer or mixer until smooth. A 0.5% aqueous suspension of sunflower seed cake is taught.
Пример 2:Example 2:
Для получения гидролизата суспензии жмыха семян подсолнечника, в суспензию жмыха подсолнечника 0,5 вес% вносят 0,01 г трипсина и перемешивают до полного растворения трипсина. Общее время перемешивания в реакторе 3 часа. В результате образуется гидролизат суспензии жмыха подсолнечника, который пригоден для внесения бактерии и дальнейшего биотехнологического процесса. To obtain a hydrolyzate of a suspension of sunflower seed cake, 0.01 g of trypsin is added to a suspension of sunflower cake 0.5 wt% and stirred until the trypsin is completely dissolved. The total mixing time in the reactor is 3 hours. As a result, a hydrolyzate of a suspension of sunflower cake is formed, which is suitable for introducing bacteria and further biotechnological process.
Пример 3:Example 3:
18-часовой инокулум штамма Corynebacterium glutamicum R инокулировали в ферментационную среду в композиции, содержащей трипсин/амилазный гидролизат 10 % водной суспензии жмыха семян подсолнечника, эквивалентного 5 % декстрозы, 0,05% K2HOP4, 0,05% KH2PO4, 3% (NH4)2SO4, 0,025% MgSO4·7H2O, 0,001% FeSO4·7H2O, 0,001% MnSO4·4 H2O, сухих веществ в объеме раствора. Значение pH поддерживали нейтральным, равным 7. В результате инкубации, проводимой в общей сложности 100 часов при 30°C при перемешивании, конечное содержание аминокислот L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты составило 2,55 мг/мл; 1,4 мг/мл; 3,9 мг/мл, соответственно. Количество аминокислот, получаемых в течение 100-часового периода, определяли с интервалом в 24, 48, 72, 96 и 120 часов.An 18-hour inoculum of the Corynebacterium glutamicum R strain was inoculated into a fermentation medium in a composition containing trypsin/amylase hydrolyzate of 10% aqueous suspension of sunflower seed cake equivalent to 5% dextrose, 0.05% K 2 HOP 4 , 0.05% KH 2 PO 4 , 3% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.025% MgSO 4 7H 2 O, 0.001% FeSO 4 7H 2 O, 0.001% MnSO 4 4 H 2 O, solids in solution volume. The pH was maintained at a neutral value of 7. After a total of 100 hours of incubation at 30°C with stirring, the final content of the amino acids L-arginine, methionine and glutamic acid was 2.55 mg/ml; 1.4 mg/ml; 3.9 mg/ml, respectively. The amount of amino acids obtained during the 100 hour period was determined at intervals of 24, 48, 72, 96 and 120 hours.
Суспензию макухи подсолнечника можно дополнительно прогревать при температуре для 80-95 0 С для стерилизации. Suspension of sunflower cake can be additionally heated at a temperature of 80-95 0 C for sterilization.
Результаты показаны ниже в таблице 1:The results are shown below in Table 1:
Таблица 1. Получение аминокислот культурой C. glutamicum R в гидролизате порошка макухиTable 1. Production of amino acids by culture of C. glutamicum R in hydrolyzate of makukha powder
(мг/мл)Methionine concentration
(mg/ml)
* В прототипе (RU2557294C2) концентрация аргинина на 120 час инкубации была максиамальной и составляла 2,27 мг/мл при наличии дополнительной ферментации и антибиотиков* In the prototype (RU2557294C2), the concentration of arginine at 120 hours of incubation was maximum and amounted to 2.27 mg/ml in the presence of additional fermentation and antibiotics
Пример 4:Example 4:
Для получения посевной культуры для ферментации штамм R C. glutamicum, продуцирующий L-аргинин, метионин и глутаминовую кислоту, культивировали в среде, содержащей 0,5% декстрозу, 0,5% хлорида натрия, 0,5% дрожжевого экстракта, 0,5% пептона, 0,2% ферментативного гидролизата казеина, при перемешивании в течение 18 часов. Ферментационную среду (25 мл) распределяли в 250 мл колбе Эрленмейера, засеивали посевную культуру и инкубировали при 32°c в ротационном шейкере. Ферментационная среда содержала 5% суспензию не гидролизованного жмыха (макухи) семян подсолнечника, эквивалентного 5% декстрозе, 0,05% K2HOP4, 0,05% KH2P04, 3% (NH4)2S04, 0,025% MgS04·7H20, 0,001% FeS04·7 H20, 0,001% MnS04·4H20, 0,5% Nz-амина, 50 мкг/л биотина, 2 мг/л тиамина, 500 мкл жидкого экстракта кукурузы, 2% CaCO3. Значение pH поддерживали нейтральным, равным 7. В ходе инкубации в ферментативную среду добавляли лантибиотик низин. Через 100 часов инкубации содержание аминокислот L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты составляло 2,50 мг/мл; 1,1 мг/мл; 4,1 мг/мл соответственно, что представляло собой максимальную концентрацию L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты. Количество L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты производимых в течение 100-часового периода определялось с интервалом в 24, 48, 72, 96 и 100 часов. To obtain a seed culture for fermentation, the R C. glutamicum strain producing L-arginine, methionine and glutamic acid was cultivated in a medium containing 0.5% dextrose, 0.5% sodium chloride, 0.5% yeast extract, 0.5 % peptone, 0.2% casein enzymatic hydrolysate, with stirring for 18 hours. The fermentation medium (25 ml) was dispensed into a 250 ml Erlenmeyer flask, the inoculum was inoculated and incubated at 32°c in a rotary shaker. The fermentation medium contained a 5% suspension of non-hydrolyzed cake (cake) of sunflower seeds, equivalent to 5% dextrose, 0.05% K 2 HOP 4 , 0.05% KH 2 P0 4 , 3% (NH 4 ) 2 S0 4 , 0.025% MgS0 4 7H 2 0, 0.001% FeS0 4 7 H 2 0, 0.001% MnS0 4 4H 2 0, 0.5% Nz-amine, 50 µg/l biotin, 2 mg/l thiamine, 500 µl liquid extract corn, 2% CaCO 3 . The pH value was maintained at a neutral value of 7. During incubation, the lantibiotic nisin was added to the fermentation medium. After 100 hours of incubation, the amino acid content of L-arginine, methionine and glutamic acid was 2.50 mg/ml; 1.1 mg/ml; 4.1 mg/ml, respectively, which was the maximum concentration of L-arginine, methionine and glutamic acid. The amount of L-arginine, methionine, and glutamic acid produced over a 100-hour period was determined at intervals of 24, 48, 72, 96, and 100 hours.
Результаты представлены ниже в таблице 2:The results are presented in Table 2 below:
Таблица 2. Получение аминокислот культурой C. glutamicum R в суспензии порошка макухиTable 2. Production of amino acids by culture of C. glutamicum R in a suspension of makukha powder
(мг/мл)Methionine concentration
(mg/ml)
* В прототипе (RU2557294C2) концентрация аргинина на 120 час инкубации была максиамальной и составляла 2,27 мг/мл при наличии дополнительной ферментации и антибиотиков* In the prototype (RU2557294C2), the concentration of arginine at 120 hours of incubation was maximum and amounted to 2.27 mg/ml in the presence of additional fermentation and antibiotics
Пример 5:Example 5:
Для производства L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты посредством глубинной ферментации с использованием штамма R Corynebacterium glutamicum, инокулят подготавливали при перемешивании при 32°С в течение 18 ч в среде, состоящей из 0,5% раствора декстрозы, 0,5% хлорида натрия, 0,5% дрожжевого экстракта, 0,5% пептона, 0,2% ферментативного гидролизата казеина. 5% от инокулята, полученного таким образом, переносилось на 25 мл порции ферментационной среды. Вышеуказанная ферментационная среда представляет собой водную природную среду, содержащую трипсинолизный гидролизат 0,5% суспензии порошка макухи, эквивалентный 5% декстрозе, 0,05% K2HOP4, 0,05% KH2P04, 3% (NH4)2S04, 0,025% MgS04·7H20, 0,001% FeS04·7 H20, 0,001% MnS04·4H20, 0,5% Nz-амина, 50 мкг/л биотина, 2 мг/л тиамина, 500 мкл жидкого экстракта кукурузы и 2% CaCO3. Ферментацию проводили при 32°C в течение 100 часов. В начальной стадии инкубации добавляли лантибиотик низин. После 100 часов инкубации в ферментированной жидкости накапливались L-аргинин, метионин и глутаминовая кислота в концентрациях 2,7 мг/мл; 1,0 мг/мл; 3,1 мг/мл, соответственно. Количество аминокислот, производимых за период 100 часов, определяли с интервалом в 24, 48, 72, 72, 96 и 100 часов. For the production of L-arginine, methionine and glutamic acid by deep fermentation using Corynebacterium glutamicum strain R, the inoculum was prepared with stirring at 32°C for 18 hours in a medium consisting of 0.5% dextrose solution, 0.5% sodium chloride , 0.5% yeast extract, 0.5% peptone, 0.2% casein enzymatic hydrolysate. 5% of the inoculum thus obtained was transferred to a 25 ml portion of the fermentation medium. The above fermentation medium is an aqueous natural medium containing a trypsinolysis hydrolyzate of 0.5% makukha powder suspension equivalent to 5% dextrose, 0.05% K 2 HOP 4 , 0.05% KH 2 P0 4 , 3% (NH 4 ) 2 S0 4 , 0.025% MgS0 4 7H 2 0, 0.001% FeS0 4 7 H 2 0, 0.001% MnS0 4 4H 2 0, 0.5% Nz-amine, 50 µg/l biotin, 2 mg/l thiamine , 500 μl liquid corn extract and 2% CaCO 3 . Fermentation was carried out at 32°C for 100 hours. The lantibiotic nisin was added at the initial stage of incubation. After 100 hours of incubation, L-arginine, methionine and glutamic acid accumulated in the fermented liquid at concentrations of 2.7 mg/ml; 1.0 mg/ml; 3.1 mg/ml, respectively. The amount of amino acids produced over a period of 100 hours was determined at intervals of 24, 48, 72, 72, 96 and 100 hours.
Результаты показаны ниже в Таблице 3:The results are shown below in Table 3:
Таблица 3. Получение аминокислот культурой C. glutamicum R в суспензии порошка макухи, предварительно обработанной трипсиномTable 3. Production of amino acids by culture of C. glutamicum R in a suspension of makukha powder pretreated with trypsin
(мг/мл)Methionine concentration
(mg/ml)
* В прототипе (RU2557294C2) концентрация аргинина на 120 час инкубации была максиамальной и составляла 2,27 мг/мл при наличии дополнительной ферментации и антибиотиков* In the prototype (RU2557294C2), the concentration of arginine at 120 hours of incubation was maximum and amounted to 2.27 mg/ml in the presence of additional fermentation and antibiotics
Описанные здесь варианты осуществления изобретения обеспечивают уникальные преимущества для производства L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты, а также высокий выход L-аргинина, метионина и глутаминовой кислоты из недорогих агропромышленных отходов – жмыха (макухи) семян подсолнечника, по сравнению с выходом из чистого источника углерода, такого как декстроза, а также из отходов, согласно прототипу. The embodiments of the invention described here provide unique advantages for the production of L-arginine, methionine and glutamic acid, as well as a high yield of L-arginine, methionine and glutamic acid from low-cost agro-industrial waste - cake (cake) of sunflower seeds, compared with the output from a pure source carbon, such as dextrose, as well as from waste, according to the prototype.
Преимуществом является использование или переработка агропромышленных отходов, таких как жмых семян подсолнечника после получения подсолнечного масла и более высокий выход основного продукта аргинина- на 12-15%. Еще одним преимуществом является высокий выход метионина и глутаминовой кислоты в среде на основе суспензии макухи в воде.The advantage is the use or processing of agro-industrial waste, such as sunflower seed cake after obtaining sunflower oil and a higher yield of the main product arginine - by 12-15%. Another advantage is the high yield of methionine and glutamic acid in the medium based on the suspension of cake in water.
Другим преимуществом является использование альтернативного способа для сокращения использования в целях ферментации дорогостоящих рафинированных сахаров, таких как декстроза. Another advantage is the use of an alternative method to reduce the use of expensive refined sugars such as dextrose for fermentation purposes.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774433C1 true RU2774433C1 (en) | 2022-06-21 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194076C2 (en) * | 1998-10-19 | 2002-12-10 | Адзиномото Ко., Инк. | Method of l-glutamic acid producing |
| EP1801206B1 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-24 | Kyowa Hakko Bio Co., Ltd. | Method for producing l-arginine, l-ornithine or l-citrulline |
| RU2557294C2 (en) * | 2010-02-25 | 2015-07-20 | Колгейт-Палмолив Компани | METHOD OF PRODUCING ARGININE USING Corynebacterium glutamicum ATCC 21831 OR Corynebacterium glutamicum ATCC 21493 IN FERMENTATION MEDIUM CONTAINING CASSAVA PULP OR JACKFRUIT SEEDS AS CARBON SOURCE |
| RU2662666C2 (en) * | 2008-04-30 | 2018-07-26 | Ксилеко, Инк. | Method for obtaining animal feed by processing of biomass |
| RU2754781C1 (en) * | 2018-01-25 | 2021-09-07 | СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн | Microorganism of corynebacterium genus that produces l-amino acids, and method for obtaining l-amino acids using this microorganism |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2194076C2 (en) * | 1998-10-19 | 2002-12-10 | Адзиномото Ко., Инк. | Method of l-glutamic acid producing |
| EP1801206B1 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-24 | Kyowa Hakko Bio Co., Ltd. | Method for producing l-arginine, l-ornithine or l-citrulline |
| RU2662666C2 (en) * | 2008-04-30 | 2018-07-26 | Ксилеко, Инк. | Method for obtaining animal feed by processing of biomass |
| RU2557294C2 (en) * | 2010-02-25 | 2015-07-20 | Колгейт-Палмолив Компани | METHOD OF PRODUCING ARGININE USING Corynebacterium glutamicum ATCC 21831 OR Corynebacterium glutamicum ATCC 21493 IN FERMENTATION MEDIUM CONTAINING CASSAVA PULP OR JACKFRUIT SEEDS AS CARBON SOURCE |
| RU2754781C1 (en) * | 2018-01-25 | 2021-09-07 | СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн | Microorganism of corynebacterium genus that produces l-amino acids, and method for obtaining l-amino acids using this microorganism |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YUKAWA H. et al. Comparative analysis of the Corynebacterium glutamicum group and complete genome sequence of strain R. Microbiology, 2007, v.153, p.1042-1058. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI104836B (en) | Process for the preparation of amino acids by fermentation | |
| US9109244B2 (en) | Fermentative production of fine chemicals | |
| CN101198702B (en) | Method for producing L-threonine | |
| WO2005021772A1 (en) | Process for the preparation of l-lysine | |
| EP0287152B1 (en) | Method for preparation or extracting amino acids from manure | |
| KR20020058956A (en) | Process for preparing L-lycine | |
| RU2557294C2 (en) | METHOD OF PRODUCING ARGININE USING Corynebacterium glutamicum ATCC 21831 OR Corynebacterium glutamicum ATCC 21493 IN FERMENTATION MEDIUM CONTAINING CASSAVA PULP OR JACKFRUIT SEEDS AS CARBON SOURCE | |
| CN100415893C (en) | Method for preparing L-glutaminic acid | |
| Moosavi-Nasab et al. | Fermentative production of lysine by Corynebacterium glutamicum from different carbon sources | |
| RU2774433C1 (en) | Method for producing l-arginine, glutamic acid and methionine from sunflower seed cake | |
| Abdenacer et al. | High production of L-glutamic acid from date juice extracts by Corynebacterium glutamicum using fed-batch cultures: pulsed and continuous feeding modes. | |
| TW201720312A (en) | Biomass N-acetyl-L-methionine and its use | |
| HU202590B (en) | Process for producing l-treonine | |
| US4904587A (en) | Production of D-ribose | |
| Frengova et al. | β-carotene-rich carotenoid-protein preparation and exopolysaccharide production by Rhodotorula rubra GED8 grown with a yogurt starter culture | |
| KR20000029349A (en) | Process for the fermentative production of l-amino acids | |
| CN110846350A (en) | Threonine production and separation refining process | |
| CN110760551A (en) | Process for improving threonine fermentation efficiency | |
| RU2692656C2 (en) | Fodder additive composition and composition containing fodder for animals | |
| WO2007067005A1 (en) | Fermentation process for preparing l-lysine | |
| RU2090614C1 (en) | Method of preparing protein-vitamin product from the starch-containing raw | |
| US2666014A (en) | Process for producing riboflavin | |
| KR920005749B1 (en) | Method for producing l-arginine and new microorganism | |
| SU840107A1 (en) | Method of preparing l-homoserine | |
| SU1677060A1 (en) | Method of preparing nutrient antibiotics |