Витамины имеют такие сложные молекулярные структуры, что их промышленное производство и сегодня все еще является сложной задачей для химиков. Корпорация БАСФ является одним из крупнейших производителей витаминов во всем мире и, в качестве инструмента, вовлечена во многие промышленные разработки, ведущиеся в этой области.

Витамины – важнейший строительный материал в природе

Промышленное производство витаминов

Промышленное производство витаминов

Витамин B2 – вызов биотехнологии

   Витамин B2 состоит из рибозы и пигмента рибофлавина, поэтому он называется рибофлавином. Синоним лактофлавин ссылается на присутствие витамина B2 в молоке, где он существует в своей свободной форме.
   Витамин B2 является главной движущей силой в регуляции роста клеток человека и животных. Признаки нехватки этого витамина – замедленный рост и повреждение нервов. Приблизительно 3000 тонн золотого желтого витамина производится во всем мире для здоровья и питания.
   Сегодня корпорация БАСФ производит витамин B2 с помощью химических процессов и процессов ферментации, первая рибоза синтезируется из глюкозы с помощью пяти промежуточных соединений. Затем образуется кольцевая система изоаллоксазина.
   С течением времени химический процесс постоянно улучшается. Сегодня он представляет собой безупречную технологию, которая, с позиции настоящего, может быть немного усовершенствована. Следовательно, процесс ферментации был разработан на основе современной биотехнологии. Здесь с помощью микроорганизма, плесневого гриба Ashbya gossypii, витамин B2 производится в один этап. В 1990 был введен в эксплуатацию завод по производству витамина B2 методом ферментации
   Перед этим, однако, ученым корпорации БАСФ пришлось повысить эффективность плесневого гриба, используя разработанные микробиологические методы, так как плесневой гриб немутантного типа A производит только несколько микрограммов витамина на литр ферментной жидкой среды.
   Сегодня оптимизированный штамм вырабатывает несколько грамм на литр. Это соответствует увеличению продуктивности в миллион раз! С дальнейшим развитием штамма микроорганизма, возможно непрерывно расширять мощность завода биотехнологического производства, не осуществляя новых инвестиций на заводе. Корпорация БАСФ стремится полностью использовать этот потенциал.
   Исследования корпорации БАСФ продолжаются не только на основе опытов. Они также пытаются понять сложный биосинтез витамина B2. Здесь они работают совместно с фундаментальными исследованиями, как показывают следующие два направления.
   Первое направление основывается на определении ограничений в метаболизме. Изоцитрат, метаболит масла сои, может быть преобразован ферментом изоцитрат лиаза в промежуточные соединения биосинтеза витамина B2.
   Немутационный тип Ashbya обладает только слабой изоцитратной активностью. Активность фермента можно измерить, тем самым позволяя создать улучшенные штаммы.
   Второе направление использует методы генной инженерии. В сотрудничестве с группой исследователей университета ученые корпорации БАСФ определили, клонировали и стали родоначальниками использования генов для ферментов биосинтеза рибофлавина, так называемых риб-генов.
   Эти гены для ферментов биосинтеза B2, которые тоже являются ограничением в метаболизме производства штаммов, должны быть ярко выраженными, чтобы произвести большее количество этого фермента в клетке. Таким образом, следующая стратегия была осуществлена: риб-гены обладают регулирующими элементами, так называемыми стимуляторами. Исследования показали, что стимуляционная активность некоторых риб-генов слаба. Следовательно, эти гены, вероятно, не могут выработать оптимальное количество риб-ферментов. Эти слабые стимуляторы заменяются регулирующимися элементами, дающими возможность активировать сильные гены.
   Рекомбинантная ДНК, содержащая в себе сильный стимулятор и риб-ген, в настоящее время включается в производство штаммов, где она заменяет изначальный риб-ген. Риб-ген с сильным стимулятором будет затем производить большее количество соответствующего фермента для биосинтеза рибофлавина.
   Этот пример иллюстрирует потенциал биотехнологических процессов для дальнейших разработок. Мощность завода может быть увеличена без каких-либо новых инвестиций. Как и в случае с витамином А, ключом к успеху является непрерывное усовершенствование процессов производства. И краткосрочные и долгосрочные стратегии приводят нас к этой цели.

Витамин B2 – вызов биотехнологии

   С технической разработкой реакции Уитига корпорация БАСФ не только получила доступ к витамину А и его производным, но также разработала основной этап в синтезе целой группы натуральных пигментов, каротиноидов.
    Пигменты каротиноиды широко распространены в природе. Они придают моркови, зерну, помидорам, яичным желткам, омарам, крабам и даже осенней листве свои характерные цвета. Природа ежегодно производит приблизительно 100 миллионов тонн каротиноидов, большинство которых обнаруживается в морских водорослях, листьях и, главным образом, в маленьких океанских крабах.
   Корпорация БАСФ имеет несколько каротиноидов в своей программе производства. До сих пор самый важный продукт в этой области, актаксантин, не был включен. Эта ситуация будет вскоре исправлена, потому что корпорация БАСФ преуспела в разработке процесса производства актаксантина путем сложного и необходимого синтеза, начиная с основных химических продуктов. Опираясь снова на реакции Уитига, этот синтез был оптимизирован и максимально приспособлен к производственным линиям корпорации БАСФ.
   Между многочисленными предшественниками и реактивами, так же как и между такими технологиями как окисление, этилирование и приготовление, существуют эффекты синергии. Синтез актаксантина представляет собой длиннейший цикл синтеза для производства биологически активного соединения, найденного корпорацией БАСФ.
   Созданные техническим способом каротиноиды очищаются посредством кристаллизации. Цель состоит в том, чтобы сформировать большие кристаллы, которые могут легко быть очищены путем фильтрации и промывки. Однако в этой форме каротиноиды не могут быть ни биологически зарегистрированы, ни использоваться как пигменты.
   Следовательно, важным этапом в производстве каротиноидов является расщепление первичных кристаллов, размер которых составляет приблизительно 20 - 40 мм. Каротиноиды фактически не растворяются в воде. Создание продукта, растворяющегося в воде, таким образом, представляет собой трудную задачу. Ученые корпорации БАСФ разработали интересную технологию, которая позволяет регулировать размер кристалла: процесс смешения в камере для тонкоизмельченных каротиноидов.
   Область “Витамины и провитамины” показывает широкий спектр работ в разнообразных направлениях. Для этой области является типичным тот факт, что новые результаты исследования сильно влияют на рост рынка.
   В ходе развития природа оптимизировала химические структуры, которые необходимы витаминам и каротиноидам для осуществления их функций.
   Всестороннее владение технологиями является жизненно важным для их промышленного производства. Таким образом, задача исследования состоит в постоянном усовершенствовании процессов производства, чтобы гарантировать постоянный успех и оставаться конкурентоспособными на протяжении долгого времени.