Производство ликопина

Биотехнология ликопина на Днепропетровщине

Уникальное биотехнологическое производство ликопина в Днепропетровске – еще один шаг против онкозаболеваний.

Ознакомим вас с современным биотехнологическим предприятием, производящим натуральные каротиноиды (бета-каротин, ликопин и др.). Оно находится в Верхнеднепровском районе Днепропетровщины и называется ООО «НПП«Витан».

Рисунок 1 – Один из технологических участков микробиологического процесса производства ликопина

А теперь несколько слов о ликопине и технологии производства ликопина.

Продуценты ликопина

Способность синтезировать ликопин обнаружена у растений и у разных видов микроорганизмов – бактерий, грибов, актиномицетов.

Растения — продуценты ликопина

Основным растительным сырьем для получения ликопина являются специально селекционированные сорта томатов вида Lycopersicon sp. Этот способ имеет существенные недостатки (сезонность, климатические условия, необходимость посевных площадей). Кроме того, продукт имеет незначительный выход – 0,3-0,4 мг / г сырья. Еще один существенный недостаток ликопина растительного происхождения – высокая стоимость – 1 кг такого препарата стоит около 5тыс. долларов США.

Бактерии — продуценты ликопина

Характерным для бактерий является одновременный синтез большого набора пигментов каротиноидной и некаротиноидной природы. Значительное количество ликопина накапливают пурпурные бактерии (Thiocystis spp.), микрококки (Micrococcus tetragenus) и микобактерии (Mycobacterium kanaasli, Mycobacteriuml acticom). Известен штамм бактерий Mycobacterium rubrum, который на среде с патокой и кукурузным экстрактом накапливает до 7,05 мг / г суммарных каротиноидов. При этом в пигментном комплексе бактерий кроме ликопина, обнаружены ауроксантин, лютеин, криптоксантин, виолоксантин, зеаксантин, антераксантин, рубиксантин, лепротеин, неоксантин.

Актиномицеты – продуценты ликопина

Процесс накопления ликопина в актиномицетах занимает длительное время, например, у Streptomyceticus var. rabescens процесс синтеза ликопина длится 8 дней, что приводит к росту стоимости конечного продукта. Наиболее активными продуцентами ликопина среди водорослей является Chara ceratophylla.

Мукоровые грибы – продуценты ликопина

Биосинтез ликопина может осуществлять гетероталличный мицелиальный гриб Blakeslea trispora.

Рисунок 2 – Пробирки с мицелием гетероталличного штамма мицелиального гриба Blakeslea trispora, способного к биосинтезу ликопина

Сущность биотехнологического процесса биосинтеза ликопина заключается в ингибировании изопреноидного пути биосинтеза каротиноидов различными ингибиторами – никотиновой кислотой и ее производными, пиридинами, имидазолами.

Химические и биологические свойства ликопина

Эмпирическая формула молекулы ликопина – С₄₀Н₅₀, молекулярный вес – 536 г / моль.

Ликопин является нециклическим изомером бета-каротина. Он защищает части растений от солнечного света и окислительного стресса. В клетках растений вещество является прекурсором всех остальных каротиноидов, включая бета-каротин.

Структурно ликопин является тетратерпеном, состоящим из восьми изопреноидных единиц. Наличие 11 сопряженных двойных связей обусловливает светопоглащающие свойства ликопина и его способность к легкому окислению. При окислении он образует эпоксиды различного состава. Ликопин поглощает все длины волн видимого света, кроме длинных, поэтому он имеет красно — малиновую окраску.

В растениях и в фотосинтетических бактериях антиоксидант синтезируется в виде транс-изомера, но в целом возможно существование 72 геометрических стереоизомеров молекулы ликопина. На свете или при нагревании этот каротиноид может изомеризоваться с образованием цис-изомеров.

Ликопин плавится при температуре 174ºС, не растворяется в воде и растворим только в органических растворителях: жирах и маслах.

Рисунок 3 – Экстракция ликопина из грибной биомассы Blakeslea trispora органическим растворителем

В организме ликопин расщепляется другими ферментами, чем бета-каротин. При расщеплении ликопина в организме человека образуются ликопиноиды. Расщепления ликопина происходит под действием фермента СМО-II.

Технологии промышленного производства ликопина

Существует несколько известных технологий промышленного производства ликопина. Первый способ заключается в получении биомассы натуральных каротиноидов на основе каротиносинтезирующих штаммов гриба Blakeslea trispora с использованием ингибитора ликопинциклазы – имидазола. При этом технология основывается на оптимизации режима ввода ингибитора каротиногенеза – имидазола и подборе его оптимальных концентраций на основе базисной технологии производства бета-каротина.

Рисунок 4 – Культуральная жидкость с ликопином

По результатам исследований учеными получено 3 патента и разработана нормативная документация на производство биомассы с ликопином – ТУ У «Биомасса натуральных каротиноидов» и ТУ У «Биомасса ликопинсодержащая».

Список литературы

1. Дебабов В.Б. Методи створення промислових штамів – продуцентів // Біотехнологія, № 5. – 1985. – С.1-10.
2. Воробйова Л.І. Технічна мікробіологія. – М.: В-во Московського університету, 1987. – С. 23-33.
3. Мацелюх Б.П. Генетика та селекція мікроорганізмів // Мікробіологічний журнал. Т. 60. – 1998. – С. 65-69.
4. Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. М., «Мир»,1986. – 424 с.
5. Воробьева Л.И.Микробиологический синтез витаминов. – М.: Изд-во МГУ, 1982. – 168 с.
6. Гудвин Т.Сравнительная биохимия каротиноидов: Пер. с анг. – М: Изд-во иностр. лит.,1954. – 366 с.
7. Усовершенствование способов селекции продуцентов каротиноидов и технологии их биосинтеза // Отчет НАУ.2007. – 18 с.
8. Т У 15.8-32128359-012-2004 «Биомасса натуральных каротиноидов для промышленной переработки.Технические условия» 2004.

Автор статьи и фото в статье: Главный микробиолог ООО «НПП« Витан» к.б.н. Бондарь Ирина Владимировна