Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989
Стехиометрия и энергетика метаболических превращений
Конечные продукты метаболизма
Частичное окисление и его конечные продукты
В аэробных микроорганизмах в большинстве случаев конечными продуктами дыхания являются вода и диоксид углерода. В то же время некоторые аэробные микроорганизмы, а также любые другие аэробы в аномальных условиях окисляют органические вещества неполностью; в таких случаях в клетках или в среде накапливаются продукты частичного окисления. Поскольку ряд процессов частичного микробиологического окисления используется в промышленном масштабе, мы вкратце рассмотрим здесь некоторые из них.
Иногда направление частичного окисления определяется составом питательной среды микроорганизма. Так, в разд. 1.3.3 мы уже упоминали о способе производства лимонной кислоты с помощью плесени А. niger. Выход лимонной кислоты может быть значительно увеличен путем повышения концентрации сахара и снижения концентрации ионов железа (кофактора фермента, использующего в качестве субстрата лимонную кислоту) (табл. 5.8). Выращивая другие грибы и аэробные бактерии в аномальных условиях, можно получать другие промежуточные соединения цикла ТКК, например a-кетоглутаровую и фумаровую кислоты.
Хорошо известна склонность уксуснокислых бактерий к неполному окислению. Бактерии родов Acetobacter и Gluconobacter окисляют этанол до уксусной кислоты, а в отсутствие этанола бактерии Acetobacter могут окислять уксусную кислоту далее до СО2. Напротив, бактерии Gluconobacter не способны метаболизировать уксусную кислоту; известно, что у некоторых видов этих бактерий отсутствуют ферменты, участвующие в цикле ТКК. Образующийся из этанола под действием Acetobacter конечный продукт (раствор уксусной кислоты) называется винным уксусом. В табл. 5.9 перечислены другие конечные продукты метаболизма в уксуснокислых бактериях.
Таблица 5.8. Зависимость выхода лимонной кислотыа, образующейся из сахара в погруженной культуре Aspergillus niger, от концентрации солей железаб
Содержание железа (в виде FeCl3), мг/л |
Выход лимонной кислоты, г на 100 г гексоз |
Содержание железа (в виде FeCl3), мг/л |
Выход лимонной кислоты, г на 100 г гексоз |
0,0 |
67,00 |
1,00 |
76,00 |
0,05 |
73,0 |
2,00 |
71,00 |
0,50 |
88,0 |
5,00 |
57,0 |
0,75 |
79,0 |
10,00 |
39,0 |
а Состав среды: 40%-ный раствор сахарозы, очищенный ионным обменом до сопротивления 3,6 МОм и разбавленный до 14,2%; КН2РO4 (0,014%); MgSO4∙7H2O (0,1%); (NH4)2CO3 (0,2%); HCl до pH 2,6 (из патента США 2970084).
б Microbial Technology, table 8-1, Peppier H. J. (ed.), Reinhold Publishing Corporation, New York, 1967.