Produzioni Industriali - Produzione di Antibiotici e Vitamine

microbiologia

Produzioni Industriali

Introduzione

La produzione industriale a livello biochimico può avvenire utilizzando tre diversi tipi di microrganismi: Funghi, ovvero lieviti e muffe, e Batteri. Etanolo, vino, birra sono prodotti tramite lieviti; gli antibiotici sono prodotti mediante muffe e amminoacidi, vitamina C, ecc sono prodotti tramite batteri.

Produzione di Antibiotici e Vitamine

Gli antibiotici sono prodotti tramite l'utilizzo di microrganismi; i microrganismi utilizzati nella produzione sono i seguenti:

Gli antibiotici sono metabolici secondari prodotti da materie prime provenienti da scarti di altre lavorazioni, come residui agricoli, residui di industria lattiero-casearia ecc. essendo produzione biotecnologia, le fonti da Carbonio e Azoto devono provenire da sostanze organiche.

La produzione di antibiotici presenta, però, due inconvenienti:

1. abbiamo una bassa concentrazione di prodotto perché abbiamo a che fare con metabolici secondari, sintetizzati solo nella fase stazionaria;
2. Non si possono usare tecnologie innovative perché gli antibiotici sono controllati da decine di geni, quindi non possiamo intervenire direttamente sul DNA.

Classificazione degli antibiotici in base al meccanismo d'azione

Ribosomi

Gli antibiotici possono essere prodotti tramite 3 vie:

Fermentazione

Via Semisintetica

Fermentazione Aerobia

Via Sintetica ( solo per il cloramfenicolo)

La produzione si articola in questi tre semplici passaggi-

Ricerca, isolamento e selezione del ceppo

PRODUZIONE DI PENICILLINA

La penicillina è indubbiamente l'antibiotico più utilizzato.

La penicillina inizialmente veniva prodotta utilizzando il microrganismo Penicillium notatum, ma oggi viene prodotta tramite il Penicillium chrysogenum, che permette una più alta produttività.

Il processo fermentativo di questo microrganismo si articola nelle seguenti fasi:

1. Sporificazione: le spore si ottengono seminando i ceppi selezionati su terreni adatti, in provetta a 24°C. Nel terreno la fonte di carbonio è costituita da melasso, quella di azoto da estratto di carne.
2. Germinazione: le spore vengono trasferite in palloni da 2 a 5 litri a 24°C per 24-48 ore. Il terreno è a base di corn steep liquor (acqua di macerazione del mais), addizionato con melasso e olio estratto da grasso animale.
3. Fase Vegetativa: si preleva dal germinatoio lo 0,3% dell'inoculo rispetto al volume da ottenersi e lo si semina su un terreno simile al precedente mantenendo il pH intorno al 6,5  con soda caustica e arricchito con fenilacetammide da cui si libera l'acido fenilacetico: precursore della penicillina.

La massima produttività si ha tra il terzo e il quinto giorno della fase di produzione. Durante la produzione deve essere garantita l'ossigenazione ottimale attraverso l'immissione di aria sterile  a 24°C.

Tutti i tipi di penicillina vengono sintetizzati a partire dall'acido-6-amminopenicillanico, modificandone il gruppo amminico.

acido-6-amminopenicillanico

La formula generale delle penicilline è la seguente:

Penicillina generale

Nel caso della Penicillina G, il gruppo R è sostituito dal PAA, cioè l'acido fenilacetico.

Le reazioni che portano alla formazione dell'acido-6-amminopenicillanico sono regolate da tre precursori, ovvero l'acido- -amminoadipico, la valina e la cisteina. Essi reagiscono in due momenti successivi ad opera degli enzimi peptidilsintetasi.

Processo di produzione della Penicillina G

   Sporificazione

   Semina su terreno predisposto alla germinazione e incubazione

   Sterilizzazione del fermentatore per vegetazione

   Semina su terreno predisposto alla vegetazione e incubazione

   Sterilizzazione del fermentatore per produzione

   Semina su terreno predisposto alla produzione

   Fermentazione

   Raffreddamento

   Filtrazione

   Acidificazione

   Estrazione con estere

   Neutralizzazione

   Centrifugazione

   Filtrazione

   Cristallizzazione

   PENICILLINA G

Alla fine della fermentazione il brodo viene raffreddato a 0°C, filtrato e acidificato con acido solforico per rendere solubile la penicillina G. esse viene estratta con un estere o un chetone (acetato di etile). La fase organica che contiene la penicillina G viene neutralizzata con un tampone basico con formazione di un sale sodico o di potassio, centrifugato e poi filtrato.

I bireattori utilizzati per la produzione di penicillina sono di tipo STR ad agitazione meccanica, con capacità sino a 100.000 litri, a forma cilindrica.

PRODUZIONE DI ACIDO LATTICO

L'acido lattico è un composto chimico che svolge un ruolo rilevante in diversi processi biochimici..

È l'acido che dà al latte vecchio il caratteristico gusto acido, ma è anche un sottoprodotto dell'attività anareobica dei muscoli, durante uno sforzo fisico.

La produzione biotecnologica dell'acido lattico proviene dall'azione metabolica di alcuni batteri appartenenti al genere Lactobacillus, in particolare il più usato è Lactobacillus delbrueckii, omofermentativo, termofilo (50°C) gram positivo, anaerobio facoltativo e asporigeno.

Come tutti i Lattobacilli è esigente nutrizionalmente.

Le materie prime sono il melasso, il siero del latte e prodotti amidacei.

La produzione di acido lattico avviene tramite la via EMP, giungendo ad acido piruvico. Successivamente interviene la latticodeidrogenasi che provoca la conversione in acido lattico.

Acido Piruvico

C₆H₁₂O₆ ^EMP

+ NADH + H⁺

Latticodeidrogenasi

Acido LatticoEstratto da "https://it.wikipedia.org/wiki/Acido_lattico"

Schema a blocchi produzione di Acido Lattico

Reazione di Neutralizzazione

Reazione di Precipitazione