C7900 Lehká biotechnologie 08 – Mikrobiální polysacharidy Petr Zbořil

Dextran Charakteristika – glukan Polymer glukosy – obdoba glykogenu či škrobu Vazba 1-6 Méně jiné – větvení, něco 1-4, výjimečně 1-3 a 1-2 Vysokomolekulární, MW až 109! Exosacharid Matrix – ochrana buněk Vhodné prostředí Ukotvený systém Obdoba – zubní plak aj.

n(fruktosa) + (glukosyl)n Dextransacharasa Biosyntéza n(sacharosa) n(fruktosa) + (glukosyl)n Dextransacharasa Sacharosa:glukosyltransferasa Oproti biosyntéze škrobu či glykogenu nezahrnuje fosfátové estery Energie pro syntézu pochází ze štěpení sacharosy

Dextran Fermentační produkce Producenti – bakterie rodu Leuconostoc Fakultativně anaerobní, heterofermentativní Další produkty – etanol, laktát, acetát aj. 3 druhy, liší se schopností zkvašování sacharidů na kyseliny L. mesenteroides – sacharóza, pentosy L. citrovorum – jiné cukry kromě uvedených L. dextranicum – cukry kromě pentos Obdobný proces i u dalších bakterií tvořících sliz

Dextran Fermentační produkce Postup Konzerva na 7% agaru s 10% sacharózy, pepton, kvasničný extrakt, fosfát Propagace Přenos do tekutého media, 2-3x do větších (10-15x) objemů Produkce Médium s anorganickým zdrojem N, fosfát, kukuřičný výluh Podmínky a operace 23-25 oC 18-20 hod. propagace, 48-96 hod. produkční fáze Sledování viskozity jako ukazatele produkce dextranu

Dextran Důležité podmínky Sacharosa nejlepším substrátem Možné i jiné, méně efektivní co do produkce Oddělená sterilizace, pH > 7 – hrozí inverze! Užívá se 5%, vyšší snižuje výtěžky Dusíkaté živiny Přirozené, pepton, kvasničný výtažek Vyšší výtěžek i rychlost x toxické účinky dextranu při biologických testech – vhodný pro užití mimo lékařství Syntetické, amonné soli Produkt netoxický – pro lékařské účely

Důležité podmínky Technologické zařízení Esenciální živiny Kultivační nádoby odpovídajících velikostí standartní vybavení Inertní materiál – sklo, nerez Esenciální živiny Aminokyseliny Glu, Val, Thr, Try, His (Cys stimuluje) Vitaminy Skupina B Thiamin, kys. listová, nikotinová, pantotenová Biotin s glukosou jako substrátem Fosforečné soli stimulují produkci

Dextran Produkce dextranu při fermentaci v baňce

Dextran Produkce dextranu při fermentaci ve fermentoru

Dextran Izolace a úpravy – frakcionované srážení Hrubé srážení Medium se přenese do srážecího tanku, úprava pH > 7 Přídavek etanolu za míchání do 46-50% Dekantace sraženiny, rozpuštění a přesrážení - pH > 7, T < 25 oC Hydrolýza 1 L 37% HCl na 100 L 7-8% roztoku dextranu, T = 90-95 oC Sleduje se viskozita, pokles na odpovídající hodnotu Produkt je směsí polymerů v rozmezí MW 10 000 – několik 100 000

Dextran Izolace a úpravy – frakcionované srážení Frakční srážení T < 25 oC, pH 7-7,2 Etanol za míchání do 44% - a-frakce, vysokomolekulární Oddělení sraženiny, vrací se do hydrolýzy Další etanol do 51% - b-frakce, terapeutická MW ca 100 000, výsledný produkt Po oddělení sraženiny – roztok g-frakce, nízkomolekulární Startér do produkční půdy Lze opakovat pro jemnější rozmezí MW

Dextran Izolace a úpravy – frakcionované srážení Vakuová destilace Odstranění etanolu Deionizace IEC Depyrogenizace Aktivní uhlí, adsorpce pyrogenů

Dextran Užití v lékařství Náhražka krevní plasmy – požadované vlastnosti Koloidní roztok schopný restaurovat krevní objem Obdobná viskozita a pH jako krevní plazma Koloidy v rozmezí MW jako plazmatické bílkoviny ca 70-150 000 Nesmí být rychle vylučován, metabolizován apod. Nesmí se ukládat v tkáních Nesmí být toxický, pyrogenní, antigenní, alergenní …

Dextran Viskosita dextranu

Dextran Další užití Nemusí mít vlastnosti jako předešle Technologické Sephadex Potravinářské Nemusí mít vlastnosti jako předešle Jiné hodnoty MW Jednodušší technologie fermentace a zpracování

Dextran Další užití – technologické – Sephadex

Dextran Další užití – potravinářské Pekařství Cukrovinky Mlékárenské fermentační produkty Zmrzlina Mražené a sušené potraviny Udržuje vlhkost, strukturu, gelotvorný, kryoprotektant, prebiotikum, vláknina …