Мотроненко В.В., Мельник С.В.

Національний технічний університет України «КПІ»

Характеристика поживного середовища при виробництві пеніциліну

Отримання пеніциліну – має вагомий вклад в розвитку мікробіології, хімії та медицини. З виробництвом цього антибіотика пов'язано створення спочатку досить скромною, а потім вельми потужною антибіотичною промисловості та формування сучасної біотехнології. Пеніцилін відноситься до β-лектатних антибіотиків, які включають в свою структуру похідні амінокислот і мають β-лектатние кільце. Продуцентами пеніциліну є міциліальні гриби роду Penicillium. При промисловому біосинтезу пеніциліну необхідно забезпечити оптимальні умови розвитку для його продуценту – Penicillium chrysogenum.

До складу поживного середовища при культивуванні пеніциліну входить кукурудзяний екстракт, лактоза, NaNО₃, глюкоза та мінеральні солі. Досить часто для приготування поживного середовища використовують сахарозу або суміш лактози з глюкозою у відношенні 1:1. Необхідно зазначити, що глюкоза може знижувати біосинтез антибіотика. На середовищах, що містять лактозу або сахарозу біосинтез пеніциліну йде активніше. У ряді випадків замість кукурудзяного екстракту застосовують арахісове борошно, макуху, борошно з бавовняного насіння та інші рослинні матеріали.

У якості джерела вуглецю найкраще для біосинтезу пеніциліну використовувати лактозу, так як швидкість розкладання грибом останньої нижча, ніж, наприклад, глюкози. Максимальний вихід пеніциліну спостерігається приблизно через 50 годин після початку розвитку гриба, а глюкоза використовується організмом за перші 30-40 год росту. У присутності ж лактози максимальний вихід пеніциліну спостерігається через 6-7 діб, а лактоза споживається грибом приблизно за 6 діб.

Додавання соняшникової олії до середовища в концентрації, що перевищує 1%, призводить до різкого зниження виходу бензилпеніциліну. Вплив соняшникової олії на біосинтез пеніциліну обумовленим утворенням масляної плівки між стінкою клітини і газоподібної фазою культуральної рідини. Але, якщо концентрація соняшникової олії не перевищую 1 % від об’єму речовини в ферментері, то її використовують у якості піногасника.

Важливе значення в процесі біосинтезу пеніциліну має сірка. Продуценти антибіотика в якості джерел сірки добре використовують сульфати (наприклад, Na₂S0₄) і тіосульфати (наприклад, Na₂S₂О₃). Іони міді, взяті в концентрації більшої, ніж 2 мг/л, повністю пригнічують утворення пеніциліну, але не впливають на зростання гриба. Якщо ж до середовищі, що містить мідь в концентрації, яка гальмує біосинтез антибіотика, додати залізо (1 мг/л), ефект гальмування знімається В якості джерел фосфору Р. chrysogenum може використовувати як фосфати (КН₂РО₄), так і фітати (солі інозітфосфорних кислот), тому що продуцент пеніциліну містить фермент, руйнуючий фітин, в результаті чого звільняється неорганічний фосфор.

Для розвитку гриба і біосинтезу пеніциліну в першій фазі оптимальна температура 30°С, у другій фазі - 20°С.

Велике значення для утворення пеніциліну має аерація культури; максимальне накопичення його відбувається при ступені аерації, близькою до одного. Зменшення інтенсивності аерації або її надмірне збільшення знижує біосинтез антибіотика. Істотну роль при цьому відіграє перемішування культури. Від способу перемішування культуральної рідини залежать форма і величина глибинних колоній, стан яких визначає здатність міцелію утворювати пеніцилін. У процесі розвитку Р. chrysogenum в середовищі можуть накопичуватися продукти обміну гриба, знижуючи біосинтез пеніциліну.

Таким чином, для високого виходу пеніциліну потрібні наступні умови розвитку гриба: хороший ріст міцелію, достатнє забезпечення культури поживними речовинами і киснем, оптимальна температура , рівень рН нижче 8,0 (але не нижче 7,0), повільне споживання вуглеводів. Для початкових фази росту гриба бажано щоб рН середовища був нижче 7,0, а в його складі були присутність джерела вуглецю, що швидко розкладаються.