Промышленная микробиология

Производство органических кислот методом микробиологического синтеза — относительно молодая отрасль промышленности. Исключение составляет производство уксусной кислоты, которую вырабатывают из винного спирта микробиологическим путем очень давно. Получение других органических кислот, в первую очередь лимонной кислоты, с помощью микроорганизмов началось в 20—30-е годы нашего века. Пищевые кислоты до этого выделяли в ограниченном количестве из естественных источников, лимонную кислоту — из сока лимонов, винную — из винного камня (отхода винодельческого производства).
Современное производство органических кислот, существующее в большинстве промышленно развитых стран, основано главным образом на использовании в качестве продуцентов различных штаммов плесневых грибов, чаще всего Aspergillus niger. Источником углерода в этих процессах являются углеводы — кристаллические сахароза и глюкоза, свекловичная и тростниковая меласса, гидролизаты древесины, крахмалсодержащие материалы.
В последние годы внимание привлечено к непищевому сырью, такому, как этиловый спирт и жидкие парафины. Парафины нефти могут быть использованы для многих микробиологических синтезов, в том числе при синтезе органических кислот. Наиболее перспективными продуцентами органических кислот из и-парафинов признаны дрожжи.
Процессы микробиологического получения органических кислот иногда называют аэробным брожением. Однако такое определение не отражает физиологического смысла этого процесса для самого микроорганизма-продуцента. Согласно современным представлениям брожение определяется как тип метаболизма без участия молекулярного кислорода, при котором АТР образуется путем субстратного фосфорилирования. В свете этого процессы микробиологического синтеза уксусной, глюконовой, лимонной, фумаровой и ряда других органических кислот не могут быть определены как процессы брожения, поскольку их продуценты — аэробы и образование кислот осуществляется в условиях интенсивной аэрации. Указанные кислоты являются промежуточными продуктами метаболизма соединений углерода, в том числе ин-термедиатами цикла трикарбоновых кислот. Микробиологические способы получения органических кислот основаны на неполном окислении соединений углерода в аэробных условиях. Исключением является молочная кислота, которую получают в результате брожения.

Способность продуцировать органические кислоты при росте на средах с углеводами широко распространена среди мицели-альиых грибов родов Aspergillus (A. awamori, A. clavatus, A. fu-marlcus, A. itaconicus, A. japonlcus, A. niger, A. terreus, A. wen-til), Penicillium (P. chrysogenum, P, citrinum, P. citrogenum, P. luteum), и Rhizopus (R. nigricans, R. oryzae).
Грибы родов Aspergillus и Penicillium относятся к формальному классу дейтеромицетов, или несовершенных грибов (Deute-romycetes или Fungi imperfecti), порядку Hyphomycetales. Как аспергиллы, так и пенициллы широко распространены в природе. Многие виды аспергиллов и пенициллов ответственны за порчу пищевых продуктов (плодов, овощей, зерна, хлеба и др.), кожи, бумаги. Грибы обнаруживаются в виде плесневого налета, состоящего из вегетативного мицелия, несущего конидиеносцы с конидиями. Естественным резервуаром их является почва, причем аспергиллы более приурочены к почвам южных широт, а пенициллы — к почвам северных широт.
На поверхности питательных сред пенициллы и аспергиллы образуют плоские колонии, состоящие из вегетативного мицелия, стелющегося по поверхности и частично погруженного в субстрат. Мицелий чаще всего белого цвета, септированный, сильно разветвленный. На определенной стадии развития грибов образуются воздушные гифы, на которых развиваются конидиеносцы, несущие конидии, последние служат для размножения грибов.
Кроме того, размножение возможно обрывками вегетативного мицелия. Строение конидиеносцев у аспергиллов и пенициллов различно и используется как признак для идентификации родов и отдельных видов внутри рода (рис. 26.1).
Представители рода Rhizopus относятся к семейству Mucora-сеае (класс Zygomycetes). Эти грибы широко распространены в почве, на экскрементах травоядных животных и на всевозможных гниющих субстратах растительного происхождения. Грибы имеют сильно ветвящийся несептированный мицелий, частично погруженный в субстрат, частично стелющийся по поверхности. Кверху от мицелия поднимаются спорангиеносцы в виде толстых гиф, заканчивающихся шаровидным вздутием, внутри которого развиваются споры. Помимо бесполого размножения многоядерными спорангиспорами у этих грибов известно половое размножение зигоспорами. Некоторые грибы семейства мукоровых используются в качестве источника амилаз и протеаз.