Ingredientes activos en microorganismos de productos naturales y su caldo de fermentación.
Polisacárido de Xanthomonas (goma xantana): un polisacárido coloidal soluble en agua típico, que es el polisacárido microbiano con mayor rendimiento en la producción industrial. El heteropolisacárido compuesto por manosa, glucosa y ácido glucónico (2:2:1) tiene propiedades físicas como espesamiento, estabilidad y solubilidad mutua. Como aditivo en bebidas, condimentos, pan y conservas en la industria alimentaria.
Aureobasidium pullulans: Sustancia coloidal soluble en agua producida por la fermentación profunda de Aureobasidium pullulans. La maltotriosa está compuesta de glucosa, una unidad glicosilo, y es un homopolisacárido. Tiene buena solubilidad en agua, adhesión, propiedades filmógenas y seguridad, y se utiliza principalmente como espesante, agente de moldeo y adhesivo en la fabricación de alimentos, medicamentos y cosméticos.
Glucano: Es un polisacárido microbiano descubierto anteriormente. Leuconostoc mesenteroides es una cepa utilizada en la producción fermentativa. El dextrano es una sustancia similar al glucano similar al almidón y la dextrina. Se utiliza principalmente como sustituto del plasma e inhibidor de la arteriosclerosis en medicina, y como estabilizador y humectante en el procesamiento de alimentos.
Ácido algínico: extraído originalmente de las algas marinas. Se polimeriza principalmente a partir de monómeros de ácido manurónico y ácido gulurónico. Los alginatos se utilizan como emulsionantes, estabilizadores y adherentes en las industrias alimentaria, farmacéutica y papelera. Su sal de sodio es una sustancia policoloide no tóxica y con buena permeabilidad.
Otros hongos grandes son principalmente poliporos y hongos venenosos, y sus metabolitos polisacáridos tienen efectos anticancerígenos, como lentinano, polisacárido de poria, polisacárido de Hericium erinaceus, polisacárido de cordyceps, polisacárido de tremella, etc. Los aminoácidos son materias primas químicas ampliamente utilizadas en alimentos, medicinas, piensos, industria química y agricultura. Se trata de un tipo de compuesto con especial significado, una unidad básica de proteína muy relacionada con las actividades de la vida y una sustancia esencial para el cuerpo humano. Los aminoácidos se encuentran ampliamente en animales, plantas y microorganismos.
Las moléculas de aminoácidos contienen tanto -NH2 básico como COOH ácido, que pueden reaccionar con ácidos y bases fuertes para formar sales, por lo que los aminoácidos son compuestos anfóteros. Según el número de grupos amino y carboxilo contenidos en la molécula, los aminoácidos se dividen en aminoácidos neutros, aminoácidos básicos y aminoácidos ácidos. Los aminoácidos neutros se refieren a un tipo de aminoácido con la misma cantidad de grupos amino y grupos carboxilo en la molécula. Cuando el número de grupos amino en una molécula es mayor que el de grupos carboxilo, se llama aminoácido básico; cuando el número de grupos amino es menor que el de grupos carboxilo, se llama aminoácido ácido.
Los aminoácidos son cristales incoloros con un alto punto de fusión (normalmente entre 230-300°C) y pueden descomponerse para liberar dióxido de carbono cuando se funden. Los aminoácidos son solubles en soluciones ácidas o alcalinas, pero casi insolubles en disolventes orgánicos como el éter.
La solubilidad de varios aminoácidos en agua pura varía mucho y la adición de etanol puede precipitar muchos aminoácidos de la solución acuosa.
La producción por fermentación de aminoácidos consiste en convertir la materia orgánica que contiene carbono y nitrógeno en aminoácidos a través del metabolismo microbiano, y luego el líquido de fermentación se concentra y se seca o se extrae mediante resina de intercambio iónico. Los L-aminoácidos bioquímicamente activos se obtienen mediante fermentación. Casi todos los aminoácidos pueden ser producidos por microorganismos. Es más fácil de degradar que las proteínas sintéticas o naturales y los beneficios mejoran enormemente. El ácido glutámico (glutamato monosódico) es el primer aminoácido producido industrialmente por microorganismos. Los aminoácidos producidos por fermentación incluyen lisina, alanina, arginina, valina, leucina, isoleucina, fenilalanina, triptófano, treonina, prolina y citrulina, ornitina, etc. En la actualidad, los aminoácidos producidos por fermentación industrial incluyen principalmente los siguientes tipos:
Ácido L-glutámico: Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum y los microorganismos son los principales productores de ácido glutámico. La fermentación industrial utiliza tanques de fermentación con agitación aireados a gran escala, y la fuente de carbono es una solución de glucosa sacarificada de materias primas con almidón (maíz, batata, trigo, papa, etc.). ).La urea y el amoníaco son buenas fuentes de nitrógeno. La temperatura óptima de fermentación es de 30 a 35 °C y el valor de pH óptimo es de 7,5 a 8.
La L-lisina es un aminoácido deficiente en la proteína de los cereales y un aminoácido esencial añadido a los alimentos y piensos. La cepa de fermentación de lisina es una cepa mutante auxotrófica de Corynebacterium glutamicum o Brevibacterium flavum obtenida mediante mutagénesis. Libera artificialmente el mecanismo de control metabólico de la biosíntesis de aminoácidos y puede acumular una gran cantidad de lisina, con un rendimiento de hasta 30 g/por encima de L. , los antibióticos son sustancias químicas producidas por microorganismos durante su metabolismo. En bajas concentraciones, pueden inhibir el crecimiento y la actividad de otros microorganismos, o incluso matarlos. Según el mecanismo de acción, los antibióticos se pueden dividir en las siguientes categorías:
Antibióticos que actúan sobre el sistema de síntesis del ADN: Los inhibidores de la biosíntesis de nucleótidos inhiben la síntesis de dATP, dGTP, dTTP y dCTP, mientras que el 5FU, Los antagonistas de FdUMP y folato inhiben la producción de dUMP a dTMP. La citarabina y la citarabina inhiben la producción de dCTP en el ADN. La micina anticancerígena inhibe la ADN polimerasa. Sobre el ADN o ARN plantilla actúan mitomicina, agente alquilante, bleomicina, ácido nilírico, ácido húmico, entomógenos, carcinógenos, quinolina, oxitocina y neocarmicina C (espinsomicina, polimicina A, polimicina, etc.). Además, existen compuestos que inhiben la biosíntesis de nucleótidos: ácido fólico y 5FU.
Antibióticos que inhiben las reacciones transcripcionales: rifamicina, estreptomicina, α-Amanita, actinomicina, daunorrubicina, metamcina, cordyceps, etc.
Cordyceps sinensis, diazomicina A, infundados, etc. Actúa sobre el sistema biosintético de nucleótidos.
Indometacina, estreptomicina, gentamicina, kanamicina, tetraciclina, etc. inhiben el sistema de síntesis de proteínas.
La fosfomicina, la D-cicloserina, la vancomicina, la bacitracina y los antibióticos β-lactámicos inhiben el sistema biosintético de las mucinas de la pared celular bacteriana.
Aquellos que actúan sobre la membrana plasmática incluyen la duramicina, la penicilina, la polimixina B, los antibióticos macrocíclicos, la valinomicina, los antibióticos macrocíclicos y la ingglamicina.
Aquellos que actúan sobre el sistema de metabolismo energético o sirven como antimetabolitos incluyen: antimicina A, oligomicina, bacitracina S, etc.
Los antibióticos y las sustancias bioactivas relacionadas son los productos más importantes de los microorganismos en términos de función y valor de producción. Hasta ahora se pueden producir más de 100 tipos y decenas de ellos se utilizan clínicamente. Los actinomicetos producen la mayor cantidad de antibióticos, representando alrededor de las tres cuartas partes. En la actualidad, el desarrollo de nuevas sustancias bioactivas microbianas se centra principalmente en los siguientes aspectos: sustancias antitumorales contra Staphylococcus aureus, Escherichia coli y Mycobacterium tuberculosis resistentes a los medicamentos, sustancias contra Pseudomonas aeruginosa y Proteus, sustancias antivirales, antienfermedades cardiovasculares. sustancias. Los pigmentos se pueden dividir en pigmentos solubles en agua y pigmentos solubles en aceite según su solubilidad. Los pigmentos solubles en agua incluyen amarillo limón, amarillo atardecer, amaranto, índigo, azul brillante, rojo remolacha, antocianina, rojo rosa, rojo anaranjado, etc. y los pigmentos solubles en grasa incluyen caroteno, capsaicina, cúrcuma, amarillo de maíz, pigmento monascus, etc. Los pigmentos microbianos incluyen rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul, morado, marrón, negro y varios colores intermedios.
Estos pigmentos son intracelulares y extracelulares; se autosintetizan o se forman por transformación de ciertos componentes en el medio de cultivo. En términos generales, se puede dividir en dos categorías; (1) el césped bacteriano en sí está coloreado y no penetra en el medio de cultivo, y se denomina pigmento insoluble en agua. ④El césped bacteriano en sí es coloreado o incoloro, pero el medio de cultivo está coloreado, lo que se llama pigmento soluble en agua.
Algunos pigmentos de microorganismos, como el citocromo C, tienen funciones fisiológicas muy importantes, pero las funciones de muchos pigmentos aún no han sido reconocidas. En los microorganismos, los pigmentos más comunes son los carotenoides amarillos y naranjas. Todos los microorganismos fotosintéticos tienen carotenoides, como las bacterias fotosintéticas. Muchos microorganismos no fotosintéticos también contienen carotenoides, como la levadura roja. , Alternaria spp. , Garcinia, etc. Muchos actinomicetos a los que se dirige Pseudomonas pueden producir pigmentos de fenazina de varios colores, como yodo púrpura, Pseudomonas aeruginosa azul verdoso, clortetraciclina dorada, etc. Hay muchos tipos de pigmentos en los hongos y un hongo a menudo puede producir más de un pigmento. Los componentes principales del pigmento son derivados de toluoquinona, naftoquinona y durona.
Los pigmentos son metabolitos secundarios, generalmente sintetizados en las últimas etapas del crecimiento bacteriano. Cuando el proceso de crecimiento bacteriano se ve limitado por la falta de ciertos nutrientes en el medio de cultivo, puede iniciarse su proceso de síntesis. Generalmente, es una sustancia que no es necesaria durante el crecimiento y reproducción de las bacterias. Las bacterias seguirán creciendo después de perder la capacidad de sintetizar esta sustancia. En la actualidad existen cientos de enzimas producidas por microorganismos, la mayoría de las cuales son hidrolasas (hidrolasas de carbohidratos, proteasas, lipasas, etc.), oxidasas, invertasas, isomerasas, etc. , ha sido producido y aplicado en masa. Las enzimas herramienta (endonucleasas de restricción, polimerasas, ligasas, etc.) se utilizan ampliamente en biología molecular y se derivan principalmente de microorganismos. En la actualidad, nuestro país ha podido producir a gran escala enzimas y algunas enzimas herramientas necesarias en la industria a través de la fermentación.
Debido a la necesidad de catalizar su propio metabolismo, los microorganismos pueden sintetizar una amplia variedad de enzimas. Las enzimas tienen la función de catalizar diversas reacciones bioquímicas. Las enzimas se utilizan ampliamente en las industrias química, alimentaria, cervecera, farmacéutica, textil y del cuero. Se pueden producir varios productos enzimáticos mediante fermentación industrial de microorganismos.
La enzima es una proteína con alta actividad catalítica producida por células biológicas. Su capacidad catalítica es decenas de miles o incluso cientos de millones de veces mayor que la de los catalizadores inorgánicos. En comparación con los catalizadores inorgánicos, las enzimas se utilizan para catalizar diversas reacciones en la producción. Tienen las ventajas de acción rápida, ciclo de producción corto, gran transportabilidad, pocos subproductos y fácil purificación de productos; reemplazan la catálisis de ácidos y bases fuertes; y no contaminar el medio ambiente. Actualmente, las preparaciones enzimáticas se consideran nuevos productos en la industria y se utilizan ampliamente en la industria alimentaria, química, medicina, textil, fabricación de papel, agricultura, silvicultura y investigación biológica.
Oxidorreductasas, tales como deshidrogenasas y peroxidasas; invertasas, tales como transaminasas y transfosfatasas, tales como amilasa, celulasa, lipasa y proteasa, tales como descarboxilasa, desaminasa e isomerasa; como glucosa isomerasa y triosa fosfato isomerasa, tal como ADN ligasa. Las vitaminas son trazas de compuestos orgánicos necesarios para mantener el crecimiento celular y el metabolismo normal. En términos de estructura química, no pertenecen a la misma clase de compuestos, incluidos los compuestos alifáticos, aromáticos, alicíclicos, glucósidos y heterocíclicos. Aunque tienen diferentes estructuras y diferentes funciones fisiológicas, también tienen las siguientes similitudes: existen en los alimentos naturales en forma de entidades o precursores disponibles, la mayoría de ellos no pueden sintetizarse en el organismo ni almacenarse en grandes cantidades en el; tejidos. No es materia prima para diversos tejidos y no aporta energía; a menudo participa en funciones enzimáticas en forma de coenzimas o grupos auxiliares, algunas vitaminas tienen estructuras y actividades biológicas similares, como la piridoxina, el piridoxal y la piridoxamina.
Las vitaminas se pueden dividir en dos categorías según su solubilidad: vitaminas liposolubles y vitaminas hidrosolubles. Las vitaminas liposolubles incluyen las vitaminas A, D, E y K, que son insolubles en agua, solubles en grasas y disolventes orgánicos y, a menudo, existen en los alimentos junto con los lípidos. Las vitaminas hidrosolubles incluyen las vitaminas B y C, que lo son; Generalmente no es tóxico y se puede encontrar en los alimentos. Se metaboliza fácilmente en el cuerpo. Las vitaminas producidas por microorganismos incluyen riboflavina, betacaroteno, vitamina B2, vitamina B6, vitamina B12, vitamina C, etc.
Ácidos orgánicos: los ácidos orgánicos producidos actualmente por microorganismos en la industria incluyen ácido cítrico, ácido acético, ácido glucónico, ácido glucónico, ácido fumárico, ácido kójico, ácido aconítico, ácido málico, ácido α-cetoglutárico, ácido itacónico y ácido láctico. ácido tartárico, ácido fumárico. La mayoría de ellos son importantes materias primas químicas.
Los ácidos orgánicos tienen más funciones que los antibióticos, incluida la reducción del pH y la mejora de la secreción pancreática. Como sustancia química, todos tienen la misma estructura R-COOH.
Alcoholes y cetonas: Las materias primas químicas como el etanol, el butanol y la acetona pueden ser producidas por microorganismos.