Производство бета каротина

–PAGE_BREAK–Для определения потребности исследуемого штамма в том или ином витамине его выращивают на стандартной среде, содержащей определенный витамин, и сравнивают с ростом на этой же среде, не содержащей витаминов. В случае, если добавление витамина приводит к существенному увеличению роста, делают вывод о ауксотрофности штамма по этому витамину. Тесты на способность к росту на безвитаминной среде и определение потребности в конкретных витаминах входят в стандартное описание вида дрожжей.
Зависимость скорости роста ауксотрофных штаммов дрожжей от содержания определенных витаминов была использована для разработки методов определения концентрации витаминов в различных средах по измерению прироста дрожжевой биомассы.
Стандартные среды для физиологических тестов
Разделение дрожжей на виды базируется на многих характеристиках, среди которых важное место занимают как морфологические, так и физиологические признаки — способность к росту на различных органических соединениях в качестве единственного источника углерода и энергии, способность к усвоению различных источниках азота, потребность в различных витаминах и т.п. Все эти характеристики сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому в систематике дрожжей разработаны и применяются среды стандартного состава. Полный набор таких сред выпускается в готовом виде фирмой Difco (Difco Laboratories, в 1997 г. вошедшая в состав BD Diagnostic Systems). Среди этих сред наиболее популярны: морфологический агар — для описания макро- и микроморфологических характеристик дрожжевой культуры, азотная основа — для определения способностей к росту на различных источниках углерода, углеродная основа — для определения способности к усвоению различных источников азота, базвитаминная среда — для определения потребностей в витаминах.
Состав этих сред приведен в таблице:
Ингредиенты (на 1 л воды)
Морфологи-ческий агар
Азотная основа
Углеродная основа
Среда без витаминов
Источники углерода и азота, г
Глюкоза
10
—
10
10
(NH4)2SO4
3.5
5
—
5
Аспарагин
1.5
—
—
—
Макроэлементы, г
КH2РO4
0.85
0.85
0.85
0.85
К2НРО4
0.15
0.15
0.15
0.15
MgSO4
0.5
0.5
0.5
0.5
NaCl
0.1
0.1
0.1
0.1
СаСl2
0.1
0.1
0.1
0.1
Аминокислоты, мг
L-Гистидин НСl
10
10
1
10
DL-Метионин
20
20
2
20
DL-Триптофан
30
20
2
20
Витамины. мкг
Пантотенат кальция
2000
2000
2000
—
Фолиевая кислота
2
2
2
—
Инозит
10000
10000
10000
—
Никотиновая кислота
400
400
400
—
Парааминобензойная кислота
200
200
200
—
Пиридоксин НСl
400
400
400
—
Рибофлавин
200
200
200
—
Тиамин НСl
400
400
400
—
Биотин
20
20
20
—
Микроэлементы, мкг
Н3РО3
500
500
500
500
CuSO4
40
40
40
40
KJ
100
100
100
100
FeCl3
200
200
200
200
MnSO4
400
400
400
400
Na2MoO4
200
200
200
200
ZnSO4
400
400
400
400
Промытый агар, г
18
—
—
—
Количество сухой готовой среды фирмы «Difco» на 1 л, г
35
6.7
11.7
16.7

ПРОИЗВОДСТВО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО  β-КАРОТИНА ИЗ 
МОРКОВИ
Исходным сырьем для получения кристаллического β-каротина являет­ся морковь, содержащая среди каротиноидов 85—90% β-каротина. Наобо­рот, в тыкве содержание β-каротина составляет лишь 60—70%. Про­изводство кристаллического каротина включает следующие стадии: 1) экс­тракция каротина из сухого коагулята белков органическим растворителем; 2) омыление концентрата; 3) экстракция каротина из омыленной массы и 4) кристаллизация каротина.
Экстракция каротина. Большинство исследователей схо­дятся на применении в качестве органического растворителя для экстрак­ции р-каротина хлорированных углеводородов (в основном дихлорэтан). Существует мнение о целесообразности предварительной экстракции белкового коагулята спиртом для удаления стеринов, фосфатидов, свободных жирных кислот и других веществ. Однако дополнитель­ная экстракция спиртом сильно осложнит технологию производства, поэто­му необходимость этого процесса нуждается в технико-экономическом обос­новании. Экстракцию осуществляют дихлорэтаном в экстракторах непре­рывного действия (при крупном производстве) или в аппаратах типа Сокслета при небольших масштабах производства. Дихлорэтана в реактор загружают 400% к массе сухого коагулята. Экстракцию ведут в течение 1—1,5 ч. Содержание каротина в шроте не должно превышать 5% к введенному каротину с белковым коагулятом. Затем в испарителе 2 в присутствии СО2 отгоняют дихлорэтан (температура не должна быть выше 50° С).
Омыление концентрата. Омыление производят 10%-ным раствором ед­кого кали, которого добавляют около 10% к массе концентрата. Процесс проводят в реакторе 3 с обратным холодильником в течение 20 мин при 50° С. При омылении образуется осадок, содержащий до 80% каротина и жидкое мыло. Осадок отфильтровывают на нутч-фильтре 4 и промывают спиртом от мыла и красящих веществ.
Б. Савинов и А. Свищук указывают на образование нерасслаивающихся эмульсий при омылении липоидных экстрактов в хлорированных углеводородах. Это явление ими было успешно устранено совмещением стадии омыления со стадией экстракции.
Экстракция каротина из омыленной массы. Каротин экстрагируют ди­хлорэтаном  в  количестве,   необходимом для   растворения   каротина  при  комнатной температуре, исходя из того, что в 100 мл дихлорэтана (ДХЭ) растворяется при температуре 25° С 1,16 г каротина.
Экстракцию ведут при комнатной температуре в реакционном аппарате 5, снабженном обратным холодильником и мешалкой. Затем массу фильт­руют на нутч-фильтре 6, промывают осадок чистым ДХЭ. Экстракт с про­мывным ДХЭ сгущают в вакуум-перегонном аппарате 7 до получения пере­сыщенного  раствора.
Первая кристаллизация. Пересыщенный раствор спускают в кристалли­затор 8, где в течение 8 ч идет процесс кристаллизации вначале при комнатной температуре, а затем через 4 ч при охлаждении, к концу процесса тем­пературу доводят до 5° С.

Для увеличения выхода каротина на первой кристаллизации в пересыщенный раствор вводят этиловый спирт в отношении 1:2. Затем отфуговывают в центрифуге 9 выделившиеся кристаллы, промы­вают их спиртом и высушивают в вакуум-сушилке 10. Маточный раствор I поступает в сборник 11.
Вторая кристаллизация. Маточный раствор 1 перерабатывают совместно с промывными и мыльной массой. Для этого мыльную массу экстрагируют два раза ДХЭ в нутч-фильтре 4, а экстракт промывают водой в смесителе 12. Экстракт и маточник I направляют в сборник 13, откуда они поступают в вакуум-аппарат 14 для упаривания в концентрат П. Последний поступает в кристаллизатор 15, где кристаллизуется 24 ч. Фуговку производят при температуре 5° С в центрифуге 16. Кристаллы каротина II промывают спир­том и направляют на переработку совместно с экстрактом омыленной мас­сы (до первой кристаллизации). Маточный раствор II поступает в сборник 17.
Третья кристаллизация. Маточный раствор II совместно с промывными второй кристаллизации упаривают в вакуум-аппарате 18, кристаллизуют 72 ч в кристаллизаторе 19, фугуют в центрифуге 20. Кристаллы промыва­ют спиртом. Получают кристаллы каротина III, направляемые на переработ­ку в маточный раствор I и в виде отхода маточный раствор II — в сборник
Нормы качества готовой продукции. Кристаллический каротин должен быть однородным, мелкокристаллическим сухим   порошком без   слежав19, фугуют в центрифуге 20. Кристаллы промыва­ют спиртом. Получают кристаллы каротина III, направляемые на переработ­ку в маточный раствор I и в виде отхода маточный раствор II — в сборник
Нормы качества готовой продукции. Кристаллический каротин должен быть однородным, мелкокристаллическим сухим   порошком без   слежав шихся комков лилово-красноватого цвета с металлическим блеском. Точ­ка плавления каротина должна быть не ниже 160° С. Содержание  β-каротина в кристаллах не менее 90%.
Вопросы усовершенствования технологии производства каротина из мор­кови. Интересные исследования в этой области были проведены Б. Савино­вым и его учениками. Исходя из факта локализации каро­тина на хромопластах, им было предложено заменить процесс прессования мезги моркови процессом вымывания пластид из клеток интенсивным пере­мешиванием мезги с водой в суспензионном экстракторе. Им же был разработан метод получения масляных концентратов каротина из влажного белкового коагулята путем применения центробежного смесителя. Разработан метод получения каротина из моркови и тыквы методом термиче­ской коагуляции белков в клетке, изучены вопросы экстракции каротина в многочленной батарее. К сожалению, эти методы не нашли широкого применения в связи с развитием химического синтеза витаминов.
ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ β–КАРОТИНА
Метилгептенон (6-метилгептен-5-он-2). Получают его конденсацией диметилвинилкарбинола и ацетоуксусного эфира при температуре 160—165° С по следующей химической схеме:

В реактор 29 из нержавеющей стали, снабженный колонкой с дефлегма­тором и конденсатором, из мерника загружают вазелиновое масло (высококипящий разбавитель) и при температуре 210° С (в масле) загружают диметилвинилкарбинол и ацетоуксусный эфир так, чтобы температура ре­акционной массы была не ниже 160—165° С. Затем нагревание продолжают при температуре 160—180° С 3 ч до прекращения выделения газа (СО2). В сборник после конденсатора собирают отгон (спирт с примесью ацетона). Кубовый остаток разгоняют при остаточном давлении 5—6 мм рт. ст. в вакуум-перегонном аппарате 30. Готовый продукт поступает в приемник. Выход 60%.
Метилгептенон — бесцветная жидкость, температура кипения 52—53°С при остаточном давлении 5 мм рт. ст. C8H14О, молекулярная масса 126,19; п2о = 1,4404; d20=0,8616, хорошо перегоняется с водяным паром; Хтах = 243 нм (в спирте), lgs =2,54.
Дегидролиналоол (3,7-диметилоктаен-6-ин-1-ол-3). Дегидролиналоол синтезируют по следующей химической реакции:

В реактор из эмалированной стали 31, снабженный мешалкой, барботером для подвода ацетилена загружают толуол из мерника 32 и порошко­образное едкое кали, нагревают до 80° С и из баллона 33 пропускают аце­тилен при перемешивании в течение 2 ч. После прекращения нагревания уменьшают ток ацетилена, охлаждают рассолом до —12—10° С и постепен­но в течение 3 ч приливают метилгептенон из мерника 34. Затем добавляют воды и после перемешивания разделяют слои в делительной воронке 35. Толуольный раствор переводят в реактор 36, в котором нейтрализуют угле­кислотой. В перегонном аппарате 37 отгоняют толуол, а затем при остаточ­ном давлении 12—14 мм рт. ст. собирают фракцию, кипящую при темпера­туре 89—91С. Выход 76—80%.
Дегидроналоол — бесцветная жидкость, температура кипения 78—80°С при остаточном давлении 8 мм рт. ст.; Cl0H12O, молекулярная масса 152,23; плотность ==1,4632. Хорошо растворим в органических растворителях, плохо — в воде.
Псевдоионон. Псевдоионон получают из дегидролиналоола путем аци-лирования его, изомеризации ацетата, омыления его и конденсации с аце тоном в присутствии едкого натра. Синтез протекает по следующей схеме

В реактор из нержавеющей стали 38 загружают из мерника 39 дегидролиналоол, из мерника 40уксусный ангидрид и из мерника 41 каталитическое количество фосфорной кислоты, перемешивают (температура не выше 50° С) и выдерживают 14—15 ч при температуре 18° С. Затем вводят в реактор из баллона 42 азот, нагревают реакционную массу до 90° С и добавляют каталитическое количество карбоната серебра, продолжая перемешивание 1,5 ч при температуре 90° С. Далее реакционную массу охлаж­дают до 20° С и передают под давлением в реактор 43, в который из мерника 44 загружают 20%-ный водный раствор хлористого натрия. После перемешивания разделяют слои в делительной воронке 45. В ней же промывают верхний слой раствором хлористого натрия до нейтральной реакции. Затем верхний слой переводят в реактор 46 и вводят в него из мерника 47 ацетон и из мерника 48,8%-ный водный раствор едкого натра, нагревают до 40° С и перемешивают 2,5—3 ч. Реакционную массу при темпе­ратуре 20° С нейтрализуют уксусной кислотой из мерника 49. В делитель­ной воронке 50 разделяют слои: нижний слой поступает в сборник 51, откуда далее направляют на регенерацию. Верхний слой промывают в ко­лонке 52 раствором хлористого натрия. Промытый слой (технический псевдоионон) передают в сборник 53 и далее в вакуум-перегонный аппарат 54, снабженный колонкой, дефлегматором и конденсатором. Перегонку ведут при остаточном давлении 6—7 мм рт. ст., отбирают фракцию, кипящую при 131—135°С в сборник 55. Выход 54—55%.
Псевдоионон — желтоватая маслянистая жидкость, хорошо растворима в органических растворителях, плохо — в воде, температура кипения при остаточном давлении 5 мм рт. ст.— 120° С; С13Н10О, молекулярная мас­са 192,29; n2D°=l,5300, df = 0,8954; Xmax = 291 нм, Е= 1205; содержание не ниже 95%.
СИНТЕЗ β-ИОНОНА
β-Ионон получают процессом циклизации псевдоионона под влиянием смеси концентрированной серной кислоты и ледяной уксусной кислоты в среде толуола по химической схеме:

В реактор 1 из сборника 2 загружают псевдоионон и из сборника 3 толуол и перемешиванием получают толуольный раствор псевдоионона (плотность 890—900 кг/м3), подаваемый насосом 4 в мерник 5. В реактор из эмалированной стали 6 сливают концентрированную серную кислоту из мерника 7, которую в реакторе 6 охлаждают до 0°, а затем медленно за­гружают из мерника 8 ледяную уксусную так, чтобы температура не подни­малась выше 15° С. Смесь кислот насосом 8 подают в мерник 9. В аппарат для циклизации 10 из нержавеющей стали, снабженный мешалкой и рубаш­кой, подают из мерника 9 смесь кислот, а из мерника 5 толуольный раствор псевдоионона. Реакция протекает при температуре минус 7—10° С в тече­ние 1 ч. Для нейтрализации реакционной массы применяют 18—20%-ный раствор углекислого натрия. В реактор // загружают углекислый натрий, из мерника 12 воду и при перемешивании насыщенный раствор насосом 13 подают в мерник 14. Из аппарата циклизации 10 нейтрализованная реакци­онная масса поступает в делительную воронку 15, где промывается раство­ром карбоната натрия и далее поступает в сборник 16 и в перегонный аппа­рат 17. В нем отгоняют толуол в сборники 18 и 19 при остаточном давлении 20 мм рт. ст. Остаток перегоняют при остаточном давлении 1 мм рт. ст. в перегонном аппарате 20 и собирают в приемнике. Выход 75%.
β-Ионон — желтоватая маслянистая жидкость, температура кипения 118—120°С при остаточном давлении 5 мм рт. ст. и 132° С при остаточном давлении 12 мм рт. ст., С13Н2оО, молекулярная масса 192,29; по =1,5210; хорошо растворим в органических растворителях, плохо в воде; Xmах= 296 нм, E=557.
СИНТЕЗ АЛЬДЕГИДА С14 [4(2′,6′,6′-ТРИМЕТИЛЦИКЛОГЕКСЕН-
Г-ИЛ)-2-МЕТИЛБУТЕН-З-АЛЬ-1]
Синтез альдегида С14 осуществляют по реакции Дарзана путем конден­сации (3-ионона с метиловым или этиловым эфиром монохлоруксусной кис­лоты в присутствии метилата натрия. Реакции протекают по следующей схеме:

Реакция конденсации. В реактор 21, снабженный охлаждающей рубаш­кой и мешалкой, загружают (3-ионон из сборника 22 и в течение 2—3 ч при ливают из мерника 23 этиловый эфир хлоруксусной кислоты, а из сборника 24 сухой метилат натрия. Температуру при этом поддерживают минус 5—7° С. В результате реакции конденсации получается глицидный эфир, который из раствора не выделяют.
    продолжение
–PAGE_BREAK–