Przemysłowe ważne metabolity pleśni

• Kwasy organiczne

• Żywność orientalna

• Lipidy

• Technologia serowarska

• Chityna i chitozan

• Enzymy

• Antybiotyki

Wyżej wymienione to główne kierunki wykorzystania pleśni

Antybiotyki produkowane przez pleśnie

80% znanych antybiotyków produkują promieniowce

20% przypada na pleśnie, bakterie Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter

Największe znaczenie w przemysłowej produkcji antybiotyków spośród pleśni mają:

• Penicillium notatum

• Penicillium chrysogenum

• Penicillium griseofulvum

• Penicillium janczewski

• Penicillium patulum

• Fusarium sp. (fusafungina)

• Trichoderma polysporum (cyklosporyna A)

• Cephalosporium acremonium (cefalosoporyny)

Enzymy produkowane przez pleśnie

• Przemysł spożywczy, tekstylny, skórzany, papierniczy, chemia gospodarcza

• Producenci – Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma

• Hydrolazy – enzymy amylolityczne, celulityczne, pektynolityczne, proteolityczne, lipolityczne

• eksydoreduktazy – eksydaza glukozowa, katalaza

• metoda hodowli względnej lub metoda powierzchniowa

• surowce do produkcji – melasa, wysłodki, skrobia, mąka kukurydziana

• problemy inżynieryjne

amylazy

alfa-amylaza

• Aspergillus oryzae

• A. avamori

• A. niger

• Rhizopus oryzae

Glukoamylaza

• Aspergillus avamori

• A. niger

• Rhizopus nireus

Obie grupy stosowane są w :

- syropy HFCS

- wypiek chleba

- gorzelnictwo, browarnictwo

Pektynazy

• A. niger, R. sp.

• Produkt pozyskiwany przy okazji produkcji kwasu cytrynowego (pektynogalaktouranoza)

• Przemysł owocowo-warzywny

Celulazy

• Technologie wydobywania soku lub innych składników komórki, wzbogacania pasz, detergenty

• A. niger, A. nidulans

• Trichoderma viride, Stachybotrys chartarum - badanie skuteczności środków impregnujących

Proteinazy

• Penicillum roquefortil, Mucor sp., A. oryzae

• Technologie serowarskie – preparaty Mucor w zastępstwie podpuszczki, produkcja serów dojrzewających

• Technologie mięsne – tenderyzacja tkanki mięsnej, kiełbasy z porostem pleśniowym (Penicillium nalglovensis)

• Enzymatyczna modyfikacja białek z surowców nietradycyjnych

• Detergenty

Lipazy

• A. niger, Rhizopus sp., Mucor sp.

• Procesy dojrzewania serów

• Substytuty masła kakaowego

• Preparaty piorące

Oksydaza glukozowa

• Grzybnia – Penicillium sp, A. niger

• Technologia żywności, winiarstwo, lecznictwo, analityka

Katalaza

• Grzybnia Aspergillus niger

• Rozkład nadtlenku wodoru

Kwasy organiczne produkowane przez pleśnie

• A. niger

• A. wentil

• Candida sp.

• Yarrowia lipolytica (n-parafiny)

• 1.6 mld tom/rok (2007)

• LFS, SnF, SSF

Aspergillus niger – ulepszenie

• Ocena własności kwaszących

• Metagenizacja UV, związki chemiczne, selekcja ze względu na zastosowania

• Rekombinacja genetyczna

Aspergillus niger – przechowywanie

• Liofilizacja, przechowywanie konidiów z jałowym piaskiem, węglem aktywnym, cytrynianem wapnia

Aspergillus niger – inoculum

• Konidia szczepu produkcyjnego

• Pożywki sporulacyjne (niski poziom N i C, pośredniki cyklu Krebsa)

Proces względny – ziemniaczano-glukozowo-agarowe pH 6-7

Proces powierzchniowy – brzeczka słodowa, melasa.

Biochemiczne uwarunkowania nadprodukcji kwasu cytrynowego u A. niger

Korzystne warunki procesu

- wysokie stężenie cukru

- niedobór jonów metali Mn²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺,

- ograniczona ilość związków azotu i fosforu

- niskie pH

- dobre natlenienie środowiska

Fosfofruktokinaza

- wrażliwa na aktywność cytrynianów

- niedobór jonów Mn²⁺ w podłożu – zakłócone przemiany białkowe (nadmiar jonów NH₄⁺)

- ATP – inhibitor

Alternatywna droga oddechowa

• Jałowa energetycznie – nie blokuje glikolizy

• Rośliny, Neurospora crasa, Candida, Rhodotorula

• Osłabienie oddychania z udziałem oksydazy cytochromowej – indukcja oksydazy alternatywnej układu enzymatycznego katalizującego przeniesieni elektronów na tlen

Indukcję oksydazy alternatywnej może wywołać

• Nagromadzenie NADH

• Zmniejszenie zapotrzebowania na tlen

• Niedobór ADP w mitochondriach

• Niedobór jonów (Ca²⁺ niezbędnych do funkcjonowania oksydazy cytochromowej)

Cytoplazmatyczny NADH z glikolizy jest utleniany z udziałem oksydazy alternatywnej, szlakiem, w którym energia wydziela się w postaci ciepła.

Oksydaza cytochromowa – wysokie powinowactwo do tlenu

Oksydaza alternatywna – niskie powinowactwo do tlenu

Inne mechanizmy regulacji syntezy kwasu cytrynowego

• Hydrataza akonitanowa – hamowanie deficytu jonów Mn²⁺ oraz Fe²⁺

• Mitochondrialna dehydrogenaza izocytrynianowa – hamowanie cytrynianem

• Dehydrogenaza 2-ketoglutaranowa – hamowana wysokim stężeniem cukru i jonami NH₄⁺

Produkcja kwasu cytrynowego

2 metody: metoda powierzchniowa i metoda wgłębna

2 fazy: trofofaza (intensywny rozwój grzybni 72h)

Ido faza (produkcja kwasu cytrynowego)

W metodzie 1 – grzybnia powierzchniowa i system jednostopniowy

W metodzie 2 – rozwój w całej objętości i system dwustopniowy

Zanieczyszczenia:

Bacillus, Pseudomonas, E. coli, E. areogenes, Lectobacillus, Leuconostoc, P. purpurogenum, P. rubrum

Kwas itakonowy

• Metabolit pleśni Aspergillus glaucus, A. terreus

• Nowy gatunek Aspergillus itaconicus

• Japonia – naturalna mikroflora solonych śliwek

Kwas cis-akonitowy – (dekarboksylaza akonitowa) kwas cytakonowy – (+H2O) kwas cytrajabłkowy – (-H2O) kwas itakonowy

Kwas winowy – Aspergillus niger, A. grintonus

Kwas glukonowy – A. niger

Kwas mlekowy – Rhizopus oryzae

Kwas galunowy – Aspergillus niger, enzym – tanina