Технологія виробництва триптофану

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

Навчально-науковий Інститут екологічної безпеки

Кафедра біотехнології

Курсова робота

(пояснювальна записка)

з дисципліни "Загальна біотехнологія"

"Технологія виробництва триптофану"

Виконала: Чумак К.В.

Київ 2018

Змiст

Вступ

Розділ 1. Загальна характеристика триптофану

1.1 Історія відкриття та біосинтез в організмі людини

Розділ 2. Характеристика поживного середовища

Розділ 3. Підготовка посівного матеріалу

Розділ 4. Основний процес ферментації

Розділ 5. Відділення цільового продукту

Розділ 6. Характеристика готового продукту

Розділ 7. Використання триптофану

Висновки

Додатки

Список використаної літератури

Реферат

Об'єкт дослідження: препарат триптофан та технологія його виробництва.

Мета роботи: дослідити та вивчити технологію виробництва триптофану.

Методи досліджень: за допомогою інтернетних та літературних ресурсів, збір інформації.

Вступ

Амінокислоти - органічні кислоти, що містять одну чи кілька аміногруп, найважливіші азотовмісні речовини в живій клітині. Всі б-амінокислоти (крім гліцину) мають асиметричний б-вуглецевий атом та існують у двох ізомерних формах. Незамінні амінокислоти не синтезуються в організмах людини та вищих тварин і повинні надходити в організм з продуктами харчування. Для організму людини та більшості тварин незамінними є гістидин, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, фенілаланін, треонін, триптофан і валін. Незамінні амінокислоти повинні бути присутніми в їжі для підтримки необхідного азотистого балансу в організмі людини. Дефіцит незамінних амінокислот в організмі призводить до порушень обміну речовин, зупинки росту, зниження маси тіла.

Можливі три способи промислового отримання незамінних амінокислот: гідроліз білків рослинного і мікробного походження, мікробіологічний і хімічний синтез. Більше 70% усіх вироблених промисловістю чистих препаратів амінокислот отримують шляхом мікробіологічного синтезу. На другому місці за обсягом виробництва знаходиться хімічний синтез. Основним недоліком хімічного синтезу є отримання суміші амінокислот, що складаються з ізомерів D- і L-ряду, тоді як біологічною активністю в організмі людини і тварин володіють лише L-ізомери. Технології одержання амінокислот за рахунок гідролізу білків економічно менш вигідні, тому не отримали широкого розповсюдження. При мікробіологічному синтезі утворюються L-амінокислоти, що є продуктами життєдіяльності спеціально підібраних і відселекціонованих штамів мікроорганізмів, які здатні накопичувати в культуральній рідині необхідну кількість амінокислоти. Звичайні мікроорганізми не здатні синтезувати необхідні амінокислоти в потрібній кількості, тому використовують мутанти мікроорганізмів, отримані за допомогою хімічних і фізичних мутагенів.

У промислових масштабах нині отримують 15 амінокислот: аланін, гліцин, лізин, гістидин, цистин, цистеїн, аспарагінову кислоту, аспарагін, серин, треонін, фенілаланін, триптофан, тирозин, аргінін, глутамінову кислоту. З незамінних амінокислот налагоджено широке виробництво L-Лізину, DL-Метіоніну, L-Триптофану та L-Треоніну. Крім цих амінокислот у великих кількостях виробляються L-Глутамінова кислота і гліцин. Ведуться дослідження з розробки способів отримання інших незамінних амінокислот.

За вартістю продукції мікробіологічне виробництво амінокислот поступається тільки виробництву антибіотиків проте займає перше місце в світі за тоннажем. Потреби сільського господарства, харчової промисловості та медицини зумовлюють інтенсивний розвиток промислового виробництва амінокислот.

Для створення ефективної промислової (комерційної) технології виробництва амінокислот з максимальним накопиченням кінцевого продукту потрібно мати високопродуктивні штами-продуценти, знайти оптимальні умови культивування і використовувати дешеві субстрати. Окрім цих чинників, накопичення незамінних амінокислот можна також збільшити, змінивши метаболічні шляхи синтезу.

Розділ 1. Загальна характеристика триптофану

1.1 Історія відкриття та біосинтез в організмі людини

Триптофан є незамінною амінокислотою, вміст її, особливо в рослинних білках, невеликий. Проте, потреба в триптофані значно менше, ніж в лізині та глутаміновій кислоті. Триптофан в невеликих кількостях використовується в тваринництві, медицині і при різних біохімічних дослідженнях.

Історія відкриття триптофану є цікавим епізодом у вивченні та ідентифікації амінокислот. Ще задовго до його відкриття було відомо, що при триптичному перетравленні білків можна спостерігати кольорову реакцію з бромної водою, яка не проявляється ні з нативними білками, ні з продуктами кислотного гідролізу білка. Ця реакція була названа "триптофане вой", що означає "реакція, яка сповіщає про розщеплення". Пізніше було встановлено, що реакція з бромної водою відбувається тільки в присутності вільного триптофану, але не при кислотному гідролізі, так як в кислому середовищі триптофан руйнується.

Триптофан або б-аміно-в-індолілпропіонова кислотабув уперше виділений Ф.Хопкінсом і С.Коулом у 1901 році з казеїну соком підшлункової залози. До цього Адамкевич спостерігав, що при дії сірчаної кислоти на суміш крижаної оцтової кислоти і альбуміна з'являється фіолетове забарвлення. Хопкін і Коул довели, що наявність цього кольору обумовлене наявністюгліоксилової кислоти в препаратах крижаної оцтової кислоти. Вони спробували виділити з білкових гідролізатів речовину, що обумовлює це забарвлення, і в кінцевому висновку отримали триптофан. Його структура була встановлена в 1907 році Еллінгером і Фламандом. Вміст цієї амінокислоти в білках досить невеликий. Внаслідок різноманіття пов'язаних з триптофаном метаболічних реакцій і продуктів він був однієї з перших амінокислот, що були віднесені до незамінних. Дослідження, проведені на представниках роду Neurospora (червона хлібна пліснява) і на бактеріях Pseudomonas, а також виділення метаболітів триптофану із сечі, надали неоціненну допомогу в з'ясуванні деталей його метаболізму.

Триптофан добре розчинний у воді, обмежено - у спирті, нерозчинний в діетиловому ефірі. Триптофан являє собою гетероциклічну амінокислоту (рис. 1.1) і є однієї з найважливіших амінокислот з великим спектром дії. Існує у вигляді оптично активних L- і D- і рацемічної DL-форми. У невеликих кількостях L-триптофан входить до складу гамаглобулінів, фібриногену, казеїну й ін.

Рис. 1.1. Гетероциклічна амінокислота триптофан

Біосинтез триптофану мікроорганізмів і рослин здійснюється конденсацією амінокислоти серину з індолом, каталізується ферментом триптофансинтазою. Біосинтез триптофану у кишкової палички використовували для доказу колінеарності гена і кодується ним поліпептидний ланцюг, коли положення кожної амінокислоти в поліпептидному ланцюзі визначається особливою ділянкою гена. В організмах різних тварин L-триптофан піддається складним перетворенням, утворюючи ряд життєво важливих з'єднань: із продуктів його розпаду у ссавців і людини утворяться нікотинова кислота і серотонін; у комах - пігменти очей (омохроми), у рослин - гетероауксин, індиго, ряд алкалоїдів і ін. При гнильних процесах у кишечнику з триптофану утворюються скатол і індол. Схема метаболізму перетворення L-триптофану в серотонін, мелатонін і ніацин зображена на рис. 1.2.

При введенні з їжею 14C-триптофану значна частина ізотопу включається до складу білків, однак істотна частина виявляється в сечі в складі різних катаболітів. Атоми вуглецю бічного ланцюга й ароматичного кільця можуть цілком переходити в амфіболічні інтермедіати при трансформації триптофану кінуренін-антранілатним шляхом, який відіграє важливу роль у деградації триптофану та його перетворенні в нікотинамід.

Рис. 1.2. Перетворення L-триптофану в серотонін, мелатонін і ніацин

Триптофаноксигеназа (триптофанпіролаза) каталізує розкриття індольного кільця зі включенням двох атомів молекулярного кисню в N-формілкінуренін, що утворюється в результаті. Цей фермент є металопротеїном, що містить залізопорфірин. Синтез N-формілкінуреніну в печінці індукується адренокортикостероїдами і триптофаном. Значна частина синтезованого ферменту перебуває в латентній формі і потребує активації. Триптофан стабілізує оксигеназу відносно протеолітичних ферментів. Вона інгібується за принципом зворотного зв'язку похідними нікотинової кислоти, в тому числі НАДФН.

Гідролітичне видалення формільної групи N-формілкінуреніну каталізується в печінці ссавців ферментом, який має назву кінуренінформілазою. Фермент також каталізує аналогічні реакції з різними арилформіламінами.

Продуктом реакції, каталізованої кінуренінформілазою, є кінуренін. Він може бути дезамінованим у результаті реакції переамінування з переносом аміногрупи бічного ланцюга на б-кетоглутарат. Утворена при цьому кетопохідна проходить спонтанну циклізацію, перетворюючись в кінуренову кислоту. Ця сполука є побічним продуктом катаболізму кінуреніну і не належить до катаболітів, які утворюються на головному шляху. Подальший хід метаболізму кінуреніну включає його перетворення в 3-гідроксикінуренін і далі в 3-гідроксиантранілат. Гідроксилювання відбувається за участі молекулярного кисню і здійснюється в НАДФН-залежній реакції гідроксилювання, аналогічної реакції гідроксилювання фенілаланіну.

Кінуренін і гідроксикінуренін перетворюються в гідроксиантранілат за участі піридоксальфосфат-вмісного ферменту кінуренінази. Нестача вітаміну B6 веде до часткової втрати здатності до катаболізму цих кінуренінових похідних. У позапечінкових тканинах вони перетворюються в ксантуренат. Цей за норми відсутній катаболіт з'являється в сечі людини, мавп і щурів при недостатній кількості в їжі вітаміну B6. В цих умовах введення наднормових кількостей триптофану призводить до екскреції ксантуренату зі сечею.

При переварюванні протеїнової їжі вивільняється кілька амінокислот, подібних по розмірах із триптофаном і конкуруючих з ним у переміщенні в мозок. Щоб у мозок потрапило більше триптофану, потрібно споживати те, що майже цілком складається з вуглеводів, такі продукти, наприклад, що містять складні вуглеводи, як хліб, рис, паста або чисті вуглеводи: столовий цукор або фруктозу. Який механізм? Їжа, збагачена вуглеводами, стимулює виділення з підшлункової залози інсуліну, що регулює вміст цукру в крові, який циркулює в організмі. Крім цієї основної функції інсулін виконує ряд інших - зокрема, він стимулює синтез у тілесних тканинах білків з амінокислот, що утримуються в крові. Конкурентні триптофанові амінокислоти залишають кров'яне русло йдучи на синтез білка і його концентрація в крові пасивно підвищується, відповідно до цього зростає кількість молекул триптофану, що переходять у мозок. У такий спосіб ефективне надходження триптофану в мозок опосредованно залежить від кількості прийнятої вуглеводної їжі.

Уроджена відсутність у людини ферменту, що окисляє триптофан - триптофан-піролази призводить до слабоумства. Порушення обміну цієї амінокислоти у людини можуть служити показниками ряду важких захворювань (туберкульоз, рак, діабет). Причиною функціональних і органічних розладів у людини і тварин може бути також дефіцит триптофану у їжі і кормах, зв'язаний з недостатнім вмістом його в багатьох природних сполуках. Його харчову цінність можна підвищити добавкою синтетичного триптофану, одержуваного синтезом з акрилонітрила, аміаку і фенілгідразину. Розробляються методи ферментативного синтезу триптофану з індолу, піровиноградної кислоти й аміаку.

Триптофан - незамінна амінокислота, значить для його поповнення є єдине джерело - їжа. Триптофан міститься в будь-якій багатої на тваринні протеїни їжі. Багато триптофану утримується у твердих сирах, бринзі, сої й інших бобових, горіхах і насінні, сирі, м'ясі, птаху, яйцях, рибі і морепродуктах, білих грибах. Споживання білкової їжі, однак, не позначається підвищенням вмісту серотоніну в мозку. Триптофан - необхідний для синтезу гемоглобіну, нормалізує роботу нервової системи і травлення, робить антидепресантну дію, підвищує опір стресам, поліпшує сон. Недостатня кількість триптофану викликає погіршення стану шкіри і волосcя, анемію, безсоння.

Розділ 2. Характеристика поживного середовища

Щоб культура мікроорганізмів могла нормально рости, розмножуватися і здійснювати біосинтез будь-якої речовини, необхідні оптимальні умови навколишнього середовища: хімічні фактори - склад і концентрація поживних речовин, присутність активаторів та інгібіторів, фізичні фактори - температура, тиск, реакція, щільність, рухливість середовища освітлення, радіація тощо. При порушенні оптимальних границь цих факторів порушується обмін речовин, припиняється або обмежується ріст і розмноження культури.

Для отримання триптофану можуть бути використані відходи м'ясопереробної промисловості (кератинова сировина, кров і т.д.), яєчний білок, казеїн молока, різні відходи переробки рослин, що містять білки (клейковина пшениці, соєвий шрот і т.д.), білки мікроорганізмів (кормові дріжджі). При переробці цієї сировини амінокислота переходять в гідролізат, і для виділення потрібна складна багатостадійна очистка. Крім того, сама сировина досить дефіцитна і дорога, тому такий спосіб отримання дещо обмежений, а сам триптофан має високу собі вартість.

Для гідролізу сировини використовують кислоти, луги та ферменти. При кислотному гідролізі білків велика частина триптофану руйнується, цистеїн окислюється в цистин, серин та треонін розпадаються. При лужному гідролізі триптофан зберігається дещо краще, але практично повністю руйнуються серин, аргінін, цистин і цистеїн. При ферментативному гідролізі білків амінокислоти не руйнуються, але необхідна складна підготовка сировини, білок повинен бути в розчинній або легкодоступній формі. Гідроліз рідко йде до кінця, оскільки більшість протеолітичних ферментів не виявляють спорідненості до розриву всіх пептидних зв'язків у субстраті і тому в гідролізаті накопичується складна суміш амінокислот і пептидів різної молекулярної маси, крім того, в гідролізатах залишається сам фермент або продукти його часткового розкладу, що також накладає певні труднощі на процес виділення з цієї суміші окремих амінокислот.

Незважаючи на труднощі отримання окремих амінокислот з гідратізатів, це все ж вельми важливе джерело одержання триптофану у суміші, особливо з кератинової сировини, яка включає в себе відходи обробки тваринної сировини. Гідролізати цієї сировини після невеликого очищення й обробки можуть бути безпосередньо використані для вигодовування сільськогосподарських тварин або служити напівпродуктом для виділення триптофану.

Джерелами вуглецю в живильному середовищі для культур-продуцентів триптофану можуть бути вуглеводи (моносахариди, полісахариди), спирти, кислоти, вуглеводи та ін. Концентрація цих речовин в середовищі може змінюватися від десятих відсотка до 20%.Абсолютний вміст джерела вуглецю для отримання певної кількості потрібного метаболіту або біомаси розраховують використовуючи експериментально певні економічні коефіцієнти виходу. Джерелами азоту в живильному середовищі слугують білки, пептиди, амінокислоти, солі амонію або аміаку, нітрати, а також атмосферний азот. Кількість азотовмісних речовин для утворення біомаси можна обчислити, якщо відомо вміст азоту в даній біомасі і вірогідний її "урожай". Зазвичай приймають, що 5% азоту залишається в живильному середовищі невикористаним. В якості джерела фосфору зазвичай використовують фосфати.

Крім того, до живильного середовища додають солі, Mg, Fe та різні органічні речовини. Потребу мікроорганізмів, що є продуцентами триптофану, у відповідних речовинах з'ясовують, культивуючи їх на синтетичних середовищах, які складаються з компонентів чистих речовин. Змінюючи кількість одного з компонентів середовища і зберігаючи решту на оптимальному рівні можна встановити які речовини і в яких концентраціях необхідні для культивування відповідного продуцента. У лабораторіях аеробні мікроорганізми культивують в пробірках або колбах які поміщають в спеціальні качалки. Готуючи синтетичні середовища, необхідно забезпечити повноцінний комплекс мінеральних речовин. Крім калію, фосфору, магнію та інших елементів, які додають в живильне середовище в порівняно великих кількостях, іноді для нормального розвитку культури необхідно незначна кількість деяких елементів. Так, кілька мікрограмів кобальта, марганцю і міді на 100г живильного середовища змінюють утворення вітамінів групи В в біомасі дріжджів. Щоб з'ясувати вплив цих мікроелементів на ріст культури мікроорганізмів і біосинтез різних речовин, досліди необхідно проводити в середовищі, приготованому на бідистильованій воді з перекристалізованих солей, при використанні посуду з особливого скла або особливої пластмаси.

Так як вітаміни є дуже активними речовинами, їх концентрація в живильному середовищі невелика. Оптимальна кількість вітамінів та інших активних речовин для певних культур-продуцентів триптофану варіює в широких межах. Якщо відповідні мікроорганізми культивують на твердому середовищі до нього додають 1,5-2% агару.

Для культивування мікроорганізмів-продуцентів триптофану використовують м'ясний відвар у вигляді м'ясо-пептонного бульйону або м'ясо-пептонного агару, солодове сусло, молоко і т.п. Більшість цих мікроорганізмів добре розвиваються на середовищі з дріжджовим екстрактом або автолизатом, які додають до синтетичного середовища. Для вирощування дріжджів Candidautilis та бактерій Bacillussubtilis широко використовують солодове або пивне сусло, які містять 8-12% цукру. У промисловості для культивування цих мікроорганізмів зазвичай застосовують напівсинтетичні або природні субстрати. Джерелом вуглецю зазвичай є меляса, джерелом БАР - кукурудзяний, дріжджовий экстракти та ін. Дозування цих природних продуктів в середовище необхідно регулювати відповідно з оптимальними межами концентрацій найбільш важливих активних речовин для данних культур. Якщо на клітини мікроорганізмів впливають дуже високі концентрації речовин в розчині, може статися плазмоліз - частина води вийде з клітин і протоплазма відійде від клітинної стінки. Це явище можна спостерігати в мікроскоп якщо, наприклад, помістити дріжджові клітини в краплю 2-5%-ного розчину NaCl. Бактерії виду Bacillussubtilisлегко переносять 0,5-3%-ві концентрації.

Стерильним називають середовище, в якому відсутні живі форми мікроорганізмів. Стерильність забезпечують, обробляючи відповідний об'єкт фізичними (температура, опромінення, фільтрація) або хімічними засобами. В результаті клітинні колоїди мікроорганізмів незворотньо коагулюють. Чим вище температура і вологість клітинної маси, тим вище летальність. Коагуляцію білків викликаєприсутність іонів металів, причому коагулюючий ефект залежить від їх валентності і атомної маси. У присутності тривалентных іонів важких металів білки коагулюють більш повно ніж у присутності двовалентних. Органічні речовини, наприклад спирти, феноли, формалін і їх похідні також викликають коагуляцію білків. На практиці найчастіше використовують вологу і суху стерилізацію жаром, а також стерилізацію фільтруванням. Прикладом вологої стерилізації може служити стерилізація посуду і середовищ автоклавуванням. Суха стерилізація менш ефективна, ніж волога термічна. В сухій атмосфері (сухожарова шафа) при температурі 165-170°С спори гинуть протягом 2 год. У цих умовах відбувається не тільки денатурація, але і обвуглювання білків.

Для розмноження дріжджів Candidautilis можна використовувати мелясу, дифузійний сік цукрового буряка, сахарозу або інші середовища, що містять засвоювані мікроорганізмами вуглеводи. Склад живильного середовища для колб наступний (у г/л): меляса - 104; сечовина - 5; К 2НРО 4 - 0,1; МgS04- 0,05; СаСl2- 0,1; рН 7,5-8. Колби витримують на качалці 24 год. при температурі 28-30°С. Після 24 год. вирощування вміст колб першої стадії в стерильних умовах переносять в качалочки колб місткістю 750 мл, що містять по 100 мл живильного середовища зазначеного вище складу. Після 24 год. вирощування на качалці біомаса дріжджів другої стадії використовується для подальшого накопичення дріжджової маси в ферментаторі.

Можливий і інший спосіб отримання L-триптофану без введення в процес попередника. На даний час селекціоновано нові штами спороносних бактерій, що які здатні утворювати при глибинному культивуванні до 10 г/л культуральної рідини. Таким продуцентом є Bacillussubtilis. Вирощування його ведеться на середовищі наступного складу (у %): сахароза технічна - 10; кукурудзяний екстракт - 2; калій фосфорнокислий одно заміщений - 0,06; калій фосфорнокислий двозаміщений - 0,14; магній сірчанокислий - 0,1; хлористий натрій - 0,05; сечовина - 0,5. Посівний матеріал вирощується в 2-3 стадії на середовищі, що складається з (у %): сахарози - 5; кукурудзяного екстракту і калієвих солей - в тому ж співвідношенні, що і у виробничому середовищі. Доза посівного матеріалу у віці 18-20 год. вноситься в ферментатор в кількості 5-10 %. Тривалість культивування 48 год. За температури 37 °С, аерація середовища здійснюється до значення 3,6-4,0 г О 2/(л•год).

Така культуральна рідина з вмістом L-триптофану до 10 г/л може бути джерелом отримання як технічного кормового препарату L-триптофану, так і служити для отримання кристалічного препарату.

Розділ 3. Підготовка посівного матеріалу

Шляхом мікробного синтезу L-триптофан можна отримати двома способами: трансформацією попередників L-триптофану за допомогою ферментних систем мікроорганізмів до L-триптофану; отриманням за допомогою мутанта, при нестачі тирозину і фенілаланіну, прямим синтезом L-триптофану без попередника.

У першому варіанті як попередник використовуються антранілова кислота і особливі штами дріжджів Candida utilis, що перетворюють її спочатку в індол, а потім за участю серина у присутності піридоксальфосфату під дією триптофансинтази утворюється триптофан.

Триптофан отримують з антранілової кислоти, використовуючи особливі штами дріжджів Candidautilis.Ці дріжджоподібні гриби представляють собою одноклітинні мікроорганізми розміром 6-10 мкм. Дріжджі Candidautilis широко поширені в навколишньому середовищі - в грунті, питній воді, харчових продуктах - а також на шкірі і слизових оболонках людини і тварин. Дріжджі Candidautilis - диморфні: в різних умовах вони утворюють бластоспори, або овальні клітини (рис. 3.1.а), і псевдоміцелій, або нитки подовжених клітин (рис. 3.1.б).



Рис. 3.1. а - Бластоспори Candida utilis; б - Псевдоміцелій Candida utilis

Велике значення в життя мікроорганізмів має кисень. Для аеробних мікроорганізмів він життєво необхідний, а для анаеробних є отрутою.

Проміжне положення займають факультативно анаеробні мікроорганізми, наприклад спиртові дріжджі, які ростуть нормально в середовищі без особливого повітряного аеруювання. При виробництві хлібопекарських і кормових дріжджів, а також дріжджів Candidautilisсередовище інтенсивно аерують, продуваючи за 1 хв через кожну одиницю об'єму середовища 1-2 од. об'єму повітря, причому повітря повинно бути тонко дисперговано у середовищі. В середньому можна вважати, що в аеробних умовах при окисленні глюкози до СО 2 на кожен грам глюкози потрібно 1 м кисню. Споживання кисню в середовищі залежить від концентрації клітин. Чим вона вище, тим більше потрібно кисню. Вибираючи режим аерації, треба забезпечити таку швидкість розчиненя кисню, яка повністю відповідала б його розходу.

Більшість використовуваних у промисловості мікроорганізмів по відношенню до температур є мезофілами: їх розвиток відбувається при 25-37°С. Психрофільні мікроорганізми ростуть в інтервалі 0-15°С, а термофільні - в інтервалі 55-75°С. Всі перераховані групи мають проміжні форми. Зазвичай при підвищенні температури процеси біосинтезу інтенсифікуються, якщо це підвищення не інгібує визначаючі біосинтез ферменти. Для біосинтезу процесів бажано використовувати термофільні мікроорганізми. Сприятливими умовами для зростання грибів Candidautilis вважається температура 21-37°С. Більшість вегетативних мікроорганізмів гине при температурі 70°С за 1-5 хв.

У мікробіологічному синтезі велике значення має реакція середовища (рН). Для кожної культури мікроорганізмів є свій оптимум, максимум і мінімум рН. Ацидофільним мікроорганізмам необхідний рН 1,5-4,5, нейтрофільним - рН 6,5-8,0, базофільним - рН 8,5-9,5. Більшість мікроорганізмів найкраще розвивається в нейтральному середовищі при рН 7,0. Сприятливою кислотністю для зростання дріжджів Candidautilis вважається кислотність середовища 5,8-6,5 рН.

На ріст і біосинтез мікробних культур впливають також різноманітні отруйні речовини, наприклад антранілова кислота. Синтезуючи триптофан, згадані дріжджі звільняють клітини від цього шкідливого з'єднання, перетворюючи його в важливу для біосинтезу білків амінокислоту. Останній етап перетворення антранілової кислоти в L-триптофан пов'язаний з ферментом триптофансинтазою. Реакція протікає в дві стадії. При цьому важливо відзначити, що утворений на першій стадії індол залишається зв'язаним з активним центром трипофансинтази[3]:

1) Індол-3-гліцерофосфат > [індол] + Гліцеральдегід-3-фосфат

2) [Індол] + серин > триптофан + Н 2О.

У сприятливих умовах, тобто в середовищі, де є водний розчин поживних речовин, а також відповідні фізичні і хімічні фактори (температура, рН, О 2) в клітинах мікроорганізмів починаються ферментативні процеси, обмін речовин з навколишнім середовищем. З речовин які проникли в клітину утворюються внутрішньоклітинні речовини і структурні елементи. Одночасно йдуть процеси розпаду речовин - дисиміляції. Якщо анаболічні процеси переважають над катаболічними спостерігається ріст клітини, збільшення її розмірів. Досягнувши певних розмірів у відповідній фазі розвитку клітина може почати розмножуватися. Швидкість розмноження залежить як від видових властивостей культури так і від умов навколишнього середовища. У сприятливих умовах кожне наступне покоління у дріжджових клітин Candidautilisз'являється через часовий інтервал. Проте зазвичай розмноження відбувається набагато повільніше, так як у середовищі росту завжди є обмежуючі (лімітуючи) фактори - нестача якоїсь поживної речовини, зміна температури, рН, утворення токсичних речовин, надлишок клітинної маси на одиницю об'єму і т. д.

В другому варіанті мікробного синтезу використовуються мутанти, що здатні продукувати L-триптофан та мають порушення в ланцюгу синтезу фенілаланіну і тирозину. Для прямого синтезу використовуються різні бактеріальні штами, що відносяться до виду Bacillussubtilis.

Шлях синтезу триптофану, а також фенілаланіну і тирозину був вивчений на мутантних штамах E.coli. В загальному випадку послідовність перетворень в цьому ланцюзі представлена на рис. 3.2:

Рис. 3.2. Схема біосинтезу триптофану культурою-продуцентом

Особливий інтерес у цьому біосинтезі представляє утворення з аліфатичних попередників циклічних сполук, особливо шікімової кислоти, яка має велике значення в загальному обміні речовин організму. З шікімової кислоти через її фосфоровмісне похідне (5-фосфо-З-енолпірувілшікімова кислота) утворюється хоризмова кислота, що є ключовим метаболітом на шляху синтезу фенілаланіну, тирозину і триптофану.

У випадку блокування ферменту, що перетворює хоризмову кислоту в префенову кислоту (попередник фенілаланіну і тирозину), біосинтез може йти більш повно по шляху накопичення антранілової кислоти та L-триптофану.

Трансформація антранілової кислоти за цією технологією здійснюється за допомогою ферментних систем дріжджів Candida utilis 295-t. Клітини Candidautilis 295-t здатні перетворювати антранілову кислоту протягом 3-4 циклів відновлення середовища. Можна також застосовувати двоступеневий процес ферментації дріжджів Candidautilis 295-t. При цьому на першій ступені в мелясному середовищі по гомогенному турбідостатному методу отримують активну біомасу, а на другій ступені - при дробовій подачі антранілової кислоти здійснюється її мікробіологічна трансформація в триптофан. На першому етапі важливо отримати високу концентрацію біомаси (до 120 г/л), другий етап - періодичний процесс, на якому отримують до 6 г/л триптофану.

Активний штам дріжджів Candidautilis- продуцент триптофану-зберігають на скошеному сусло-агарі і пересівають один раз на місяць. Після пересіву витримують 48 год. в термостаті при 28-30°С, потім зберігають в холодильнику. Далі проводять підготовку посівного матеріалу для двоступеневої ферментації.

Розділ 4. Основний процес ферментації

Найважливішою вимогою виробництва на стадії ферментації є максимальне накопичення потрібного продукту, а саме L-триптофану, і повне використання поживних речовин середовища. Для цього необхідно забезпечити оптимальні умови росту дріжджів Candidautilis. Крім складу середовища під умовами росту передбачають температуру культивування, значення рН, максимальний контакт мікроорганізмів з поживними речовинами, видалення продуктів обміну, забезпечення клітин киснем. Складність одночасного виконання всіх цих вимог викликає необхідність застосування різних варіантів технології культивування, кожен з яких має ті або інші переваги. Останню стадію, в якій отримують потрібний продукт, називають робочою ферментацією. У культуральній рідині, отриманої після ферментації, суспендировані мікробна біомаса, залишки живильного середовища і екстрацелюлярні метаболіти. Методами хімічної технології з культуральної рідини отримують біомасу амінокислоти L-триптофану.

Використовуючи метод поверхневих культур, мікроорганізми вирощують на твердих середовищах (вологі висівки та ін..), або на рідких середовищах залитих тонким шаром 2-20 см в спеціальні кювети. У цьому випадку біомаса розташовується на поверхні середовища. Найчастіше цим методом вирощують гриби, культуру роду Candidautilis, що використовуються для отримання L-триптофану. Спочатку розмножують спори якими інфікують стерильне середовище. У камерах з кюветами підтримують потрібну температуру і забезпечують аерацію - циркуляцію повітря між кюветами.

У виробництві амінокислот, а саме L-триптофану велику небезпеку представляють віруси бактерій - фаги. Це внутрішньоклітинні паразити, які, проникаючи всередину бактерій або актиноміцетів розмножуються, використовуючи для цього клітинні речовини і приводять клітину до руйнування - лізису. Для запобігання фагової інфекції намагаються працювати з фагостійкими культурами. Їх отримують шляхом селекції, поступово і систематично впливаючи на вихідну культуру фагами або мутагенними факторами. Дуже важливо своєчасно виявити присутність фага і ліквідувати джерело інфекції.

Фаги гинуть під дією (протягом 30 хв) температури 100°С і вище. У боротьбі з фагами можна застосовувати також хлорвмісні з'єднання (гіпохлорид або хлорне вапно, хлорамін та ін.) у вигляді 0,05-0,1%-вих розчинів або у вигляді аерозолів. Особливо ефективний алкилметилбензиламонійхлорид, який при концентрації активного хлору 0,1% протягом 5-6с повністю інактивує фаги. При використанні аерозолів вологість повітря повинна бути не менше 50%. В якості ефективного протифагового засобу використовується 0,02%-вий йодоформ (тільки він негативно впливає на органи дихання), 0,25-вий розчин перманганату калію, 3% -вий розчин перекису водню і 5% -вий розчин формаліну.

Культивування мікроорганізмів-продуцентів триптофану може бути безперервним і періодичним. При періодичному процесі весь обсяг живильного середовища завантажують в апарат, відразу додають посівний матеріал і при оптимальних умовах продовжують процес до тих пір поки не накопичиться потрібна кількість біомаси або певного метаболіту. В ході періодичного культивування змінюється темп росту культури її морфологія і фізіологія. За час культивування змінюється склад середовища - зменшується концентрація поживних речовин, збільшується вміст метаболітів. З фізіологічної точки зору періодичне культивування невигідно. В ході його виникає також ряд технологічних труднощів - циклічний хід операцій, змінні режими що ускладнює контроль і регулювання процесу.

Зазначені недоліки усуваються при безперервному культивуванні. З безперервних процесів найкраще розроблений метод глибинної ферментації. У цьому випадку в ферментатор з культурою продуцента безперервним потоком подається стерильне середовище, а з нього безперервно витікає готова культуральна рідина. Процес може бути гомо- і гетерогенно безперервним. При гомогенно безперервному процесі в апараті, де йде інтенсивне перемішування, всі параметри (концентрація поживних речовин, клітинний титр та ін.) постійні у часі. При гетерогенно безперервному процесі кілька ферментаторів з'єднані разом і утворюють каскад. Живильне середовище надходить в перший ферментатор і готова культуральна рідина випливає з останнього ферментатора. Культивування мікроорганізмів в протоці через систему трубок також йде за принципом гетерогенно безперервного процесу ферментації. У цьому випадку має місце безперервний потік живильного середовища, але клітини не забезпечені постійними умовами росту.

При безперервному культивуванні мікроорганізмів необхідно налагодити таку швидкість припливу поживного середовища і витікання культуральної рідинии щоб запобігти вимиванню культури з системи, тобто концентрація клітин повинна бути постійною. В стерильних умовах безперервний або проточний метод забезпечує збереження культури у фізіологічно активному стані тривалий час.

Безперервний процес можна використовувати в тому випадку, якщо культура-продуцент при тривалому вирощуванні не втрачає здатність до синтезу (мутації, реверсії) і якщо можна уникнути інфікування культури. Розробляючи метод безперервного культивування мікроорганізму необхідно встановити:

1) оптимальний склад середовища;

2) швидкість протоку середовища;

3) температуру, рН, аерацію і режим всіх інших умов.

Залежно від методу, завдяки якому культура підтримується в стані динамічної рівноваги розрізняють турбідостатний і хемостатний принципи. За турбідостатним принципом швидкість припливу середовища така, що концентрація біомаси в системі постійна, а за хемостатним принципом у системі підтримується постійна концентрація одного з компонентів середовища (вуглецю, кисню, відповідного вітаміну та ін.)

У результаті росту і розмноження клітин в живильному середовищі збільшується біомаса. Її кількість можна характеризувати по сухій масі клітин на одиницю об'єму (мг/л, г/л, кг/м 3) у тому випадку якщо клітини мають приблизно однакові розміри - за кількістю клітин в одиниці об'єму (млн/мл, млрд/мл). В повноцінному середовищі швидкість росту культури не залежить від концентрації лімітуючого фактора (крім тих випадків, коли концентрація занадто мала). Питома швидкість росту залежить від щільності популяції. При високій концентрації клітин продукти обміну речовин можуть затримувати ріст.

Збільшення біомаси мікроорганізмів важливе при отриманні біомаси як такої, та при накопиченні в культуральній рідині триптофану. У першому випадку процес припиняють, коли досягнута максимальна кількість біомаси, коли максимально використаний вуглець і азот середовища. Якщо джерело вуглецю для утворення біомаси та триптофану загальне, тоді на певному етапі збільшення біомаси обмежують.

Вихід біомаси можна визначити і в періодичному процесі, коли максимальну кількість біомаси отримують в стаціонарній фазі росту. Економічний коефіцієнт, має велике значення як для характеристики фізіологічних властивостей культури так і в практичному отриманні біомаси або синтезі будь-якого продукту. Вважають, що це в цілому постійна величина, на яку не впливають швидкість розведення (надходження) або концентрація лімітуючих речовин. Тим не менше встановлена певна залежність економічного коефіцієнта як від швидкості розведення так і від концентрації субстрату, аерації, інтенсивності перемішування та ін.

Економічно важливим показником є продуктивність системи, тобто кількість біомаси, отриманої за одиницю часу з одиниці ємності ферментатора. При збільшенні швидкості розведення продуктивність системи зростає. Вона не залежить від концентрації клітин. Максимальну продуктивність в гомогенному безперервному культивуванні зазвичай отримують при максимальній швидкості розведення. Однак при цих умовах не отримують максимальний вихід біомаси з використаного субстрату.

Питома біосинтетична активність культури залежить від фізіологічних і навіть генетичних властивостей культури, тобто від якогось характеризуючого культуру коефіцієнта, що є функцією внутрішніх і зовнішніх факторів що впливають на клітину. Питома біосинтетична активність культури залежить також і від швидкості ферментативних реакцій, що лежать в основі біосинтезу відповідних продуктів.

Щоб поліпшити процес отримання продукту, важливо встановити лімітуючу ділянку біохімічного процесу і виключити фактори що обмежують швидкість цієї ділянки (реп ресори, інгібітори, температура, рН та ін.)

Кількість отриманого продукту залежить не тільки від активності культури і кількості біомаси, але і від швидкості розведення. Проте ця величина постійна для кожного окремого ферментатора і широко варіювати нею не можна, тому збільшують продуктивність, змінюючи кількість біомаси або біосинтетичну активність культури.

Якщо накопичення біомаси та утворення продукту залежать від якогось лімітуючого чинники, наприклад від необхідних для росту дефіцитних речовин (вітаміни, амінокислоти), можна змінювати концентрацію цих речовин у живильному середовищі і в видаляємій з апарату готовій культуральній рідині.

У рівноважному стані кількість субстрату в поступаючому поживному розчині однаково з сумою його витрати і відтоку. Можна припустити, що цей вихід не залежить від концентрації компонента.

Для встановлення концентрації субстрату у витікаючій культуральній рідині необхідно враховувати його вартість. Якщо цей компонент - цінна речовина, треба стежити, щоб його концентрація на виході з системи була мінімальною.

Технологічний процес ферментації поділяється на два етапи: отримання біомаси дріжджів Candidautilis і трансформація попередника за допомогою накопиченої біомаси дріжджів. Перша стадія процесу мало чим відрізняється від звичайного вирощування мікроорганізмів. Вона складається з отримання посівного матеріалу і з культивування дріжджів в ферментаторі з метою максимального накопичення біомаси мікроорганізму.

Процес ферментації в ферментаторах проводять так. Виробничі установки стерилізують парою при тиску 150-200 кПа (1,5-2 кгс/см 2) протягом години. Якщо апаратура сильно інфікована, додатково застосовують формалін. У цьому випадку використовують комбіновану термічно-хімічну стерилізацію. Виробниче живильне середовище такожстерилізують 30 хв при 0,1 MПа (1 кгс/см 2). Після охолодження до 30°С туди в стерильних умовах переносять посівний матеріал, що містить не менш 3-5 г/л сухої біомаси. У ферментаторі протягом 24 год дріжджі Candidautilis культивують при аерації не менше 7 г О 2/(л•год).Графік залежності накопичення триптофану від pH середовища представлений на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Графік залежності накопичення триптофану від pH середовища (1 - 5,5; 2 - 6,0; 3 - 7,0; 4 - 7,5; 5 - 8,2; 6 - 9) і характер зміни вмісту триптофану (7).

У ферментатор після 24-годинного росту культури починають вводити спиртовий 5%-ний розчин антранілової кислоти (рис. 4.1) і 50%-ний розчин сечовини кожні 6 год. Рівень аерації знижується до 3-4 г О 2/(л•год). Після додавання в середовище антранілової кислоти і сечовини через 4 год додають мелясу у вигляді 25%-ного розчину. На подальшому етапі ферментації добавки проводять в наступному порядку: мелясний розчин додають через кожні 12 год, антранілову кислоту одночасно з джерелом азоту вносять через кожні 6 год. В якості піногасника можна використовувати олію, кашалотовий жир або кремнійорганічне з'єднання.

Момент внесення першої порції антранілової кислоти вважається початком другого етапу в технології триптофану. Загальна тривалість другого етапу близько 120 год. Дробове внесення антранілової кислоти пов'язано з тим, що вона отруйна і тільки після вичерпання її до певного значення можна знову вводити її в культуральну рідину. Можна використовувати в якості попередника також й інші сполуки, але все ж найкращі результати отримують з антраніловою кислотою. Вихід триптофану (%), залежно від попередника представлений в табл.1:

Таблиця 1

Вихід триптофану (%), залежно від попередника

Попередник триптофану	Вихід триптофану, %
Антранілова кислота	98,8
Індол	87,2
Індол+серин (1:2)	92,5
Індол+цистеїн (1:2)	89,5
Індол+аланін (1:4)	87,0
Індоліл-3-піровиноградна кислота	39,9
DL-Індоліл-3-молочна кислота	23,8

Істотний вплив на трансформацію антранілової кислоти культурою Candida utilis 295-t чинить pH середовища близько 8,0. Ступінь аерації має також велике значення. У період росту культури аерація повинна бути високою, не менше 7 г О 2/(л•год), в період же трансформації попередника вона знижується в два рази 3-4г О 2/(л•год). Через 144 год ферментацію припиняють.

Механізм трансформації антранілової кислоти в триптофан може бути представлений наступним чином. Спочатку з антранілової кислоти ферментативно утворюється індол (рис. 4.2):

Рис. 4.2. Перетворення антранілової кислоти в індол

Триптофан утворюється при конденсації серину та індолу у присутності піридоксальфосфату, що зображено на рис. 4.3:

Рис. 4.3.Конденсація серину та індолу в триптофан

Після осадження біомаси триптофан з культуральної рідини виділяють за допомогою іонообмінних смол і потім емульгують розчином аміаку в розчині ізопропілового спирту.

Отже, готова культуральна рідина в кінці ферментації містить від 7,8 до 12,5% сухих речовин, з них 0,3-0,5% триптофану. Триптофан на 85-88% знаходиться в рідкій фазі культуральної рідини. Тому для отримання очищеного препарату триптофану використовують фільтрат культуральної рідини, а для кормових цілей отримують кормовий концентрат, в який входить і біомаса продуцента.

Розділ 5. Відділення цільового продукту

Кормовий концентрат триптофану (ККТ) отримують шляхом упарювання всієї культуральної рідини до 1/3 від загального об'єму з подальшим висушуванням на розпилювальній сушарці при температурі вхідного теплоносія 110-120°С. Отримують світло-коричневий порошок, який і являє собою готовий препарат ККТ. Склад такого препарату наступний: сухі речовини - 90%; білкові речовини - 48-54%; загальний триптофан 1-3%; вітаміни (в мг/кг): В 1- від 15 до 18,5; В 2- від 24,5 до 32,6; РР - від 620 до 680; амінокислоти - 6 %, в числі яких (у % від їх суми): лізин - 3,22; гістидин - 1,21; аргінін - 0,85; аспарагінова кислота - 5,21; треонін - 2,27; серин - 2,47; глутамінова кислота - 7,58; пролін - 2,06; гліцин - 2,19; аланін - 3,0; цистин - 0,37; валін - 1,57; метіонін - 0,5; ізолейцин - 2,94; лейцин - 2,54; тирозин - 1,42; фенілаланін - 1,21.

Схема отримання очищеного препарату L-триптофану з фільтрату культуральної рідини подана у додатку А. Послідовність операції при отриманні очищеного L-триптофану наступна:

1) відділення біомаси продуцента центрифугуванням;

2) підкислення соляною кислотою фільтрату культуральної рідини до pH 1,0 і відділення осаду, що випав повторним центрифугуванням;

3) сорбція триптофану на катіонообмінній смолі КУ-2 в Н-формі в динамічних умовах при швидкості 1-3 мл/(см 2•хв), в колонках із співвідношенням d:h як 1:7;

4) десорбція триптофану 5%-ним водним розчином аміаку в розчині ізопропілового спирту зі швидкістю 1-3 мл/(см 2•хв); елююється до 90-92,5% сорбованого триптофану;

5) 5-10-кратне упарювання елюату при температурі 60-70°С у вакуумі;

6) охолодження концентрату до температури 4-6°С, утворення кристалів триптофану;

7) відділення кристалів триптофану від маточного розчину, промивка їх етиловим спиртом та сушка при температурі 60°С.

При здобутті висококонцентрованих препаратів триптофану культуральну рідину піддають додатковому очищенню. Спочатку її підкисляють соляною кислотою до рН 1,0 і потім центрифугуванням відділяють осад, що утворився. Далі цетрифугат, що містить триптофан, пропускають через іонообмінні колонки з катіонітом, в результаті відбувається скріплення амінокислоти і, таким чином, відділення її від культуральної рідини. Після промивання колонок виробляють десорбцію триптофану 5%-ным розчином аміаку в суміші ізопропанола і води. Елюат направляють на вакуумний випаровувач, після чого кристалізують амінокислоту при 4 - 8оС. Виділену в кристалічному вигляді сіль триптофану промивають етанолом і висушують під вакуумом при 60оС. Висушений кристалічний препарат містить не менше 99% триптофану у вигляді його хлориду. Осад після відділення культуральної рідини, що містить клітини культури бактерій, також висушують і використовують як високобілкову кормову добавку, що містить, крім того, підвищену кількість триптофану. Сухий препарат L-триптофану, отриманий за цією схемою, є технічним. Його вихід по триптофану становить 40-45% від загального вмісту амінокислоти в культуральній рідині. Апаратурно-технологічна схема відділення триптофану подана у додатку Б.

Для отримання високо очищеного препарату L-триптофану промиті етиловим спиртом кристали розчиняють і перекристалізовують з 65%-го етилового спирту або ж з 60%-го ізопропілового спирту. Випавши кристали L-триптофану відокремлюють від маточного розчину і висушують. Одержаний таким чином препарат L-триптофану має чистоту хімічного реактиву.

Відходи при виробництві очищеного препарату триптофану, такі, як біомаса продуцента, маткові розчини після кристалізації при отриманні технічного препарату, можуть бути приєднані до культуральної рідини при виробництві кормового концентрату триптофану, так як вони містять помітні кількості триптофану.

Таким чином, з готової культуральної рідини можна отримати два препарати: кормовий концентрат триптофану (ККТ), до складу якого входить також дріжджова біомаса, і очищений препарат L-триптофану.

Розділ 6. Характеристика готового продукту

L-триптофан являє собою тверді желатинові капсули білого кольору циліндричної форми, вміст капсул - порошок або порошок з дрібними гранулами білого або жовтуватого кольору. 1 капсула містить 200 мгL-триптофану. Допоміжними речовинами виступають кальцій стеарат та метилцелюлоза.

L-Триптофан - незамінна амінокислота, в організмі не синтезується. Триптофан бере участь у підтриманні азотистої рівноваги в процесах обміну, актах збудження і гальмування, а також трансформації одного виду енергії в іншу. Нікотинова кислота, що утворюється із триптофану, є важливим компонентом в енергетичному обміні. Бере участь у синтезі білків, а також у синтезі ряду біологічних активних речовин: вітаміну В 3 (нікотинової кислоти), серотоніну, мелатоніну та ін.

Триптофан добре адсорбується зі шлунково-кишкового тракту. У крові триптофан знаходиться переважно (85-95%) в зв'язаній формі. Вільний триптофан плазми конкурує з нейтральними амінокислотами за транспортер, що переносить амінокислоти в мозок. Тому додатковий прийом триптофану до дієти навіть у відносно низьких дозах нелінійно збільшує його вільну фракцію в плазмі, що зрушує співвідношення між триптофаном і конкурентними нейтральними амінокислотами на користь триптофану і створює умови для його підвищеного транспорту в мозок, що призводить до збільшення рівня серотоніну, мелатоніну та інших нейроактивних метаболітів.

L-Триптофан - це дуже важлива амінокислота для організму людини, вона входить до складу білків і приймає участь у численних перетвореннях сполук, що мають циклічну структуру. Триптофан використовується клітинами для біосинтезу нікотинової кислоти (вітамін РР) і серотоніну, що у свою чергу ряді випадків є доведеним медіатором нервової системи як на периферії, так і в нервових центрах. Амінокислота використовується організмом також і для створення м'язових білків, білків антитіл імунної системи, бере участь у синтезі мелатоніна і карнітина і є необхідним будматеріалом для організму.

Добова потреба дорослої людини в триптофані складає 0,25 мг і вміст на вагу - 3,5 мг/кг маси тіла, а у дітей до 7 років - близько 1 г. Відсутність цієї амінокислоти або порушення процесів її синтезу веде до важких захворювань організму. Функції триптофану в організмі людини представлені в табл.2:

Таблиця 2

Функції триптофану в організмі людини

Регулює ендокринний апарат та кров'яний тиск
Стимулює секрецію інсуліну
Сприяє нормальному функціонуванню різних систем організму
Створює антидепресантну дію
Необхідний для споживання під час вагітності у жінок
Сприяє гарному засипанню і нормалізую сон
Регулює вміст солі в організмі
Береучасть у виправленні помилок процесу подвоєння ДНК

Триптофан регулює функцію ендокринного апарата, що попереджає анемію, регулює кров'яний тиск, що відповідає за синтез гемоглобіну. Споживання триптофану змушує гіпофіз виробляти більшу кількість гормону росту.

Припускають, що ця амінокислота стимулює секрецію інсуліну, що у свою чергу активізує синтез жирних кислот у печінці. Особливе значення триптофан займає у фармакології, де він і його похідні застосовуються як інгредієнти багатьох лікарських засобів.

При таких важких захворюваннях, як рак, туберкульоз, діабет триптофан сприяє нормальному функціонуванню різних систем організму. Недолік його в людини і тварин веде до розвитку пелагри, поразці зубів, катаракти.

Особливо під час вагітності підвищується необхідність споживання жіночим організмом у таких амінокислотах як: триптофан і лізин, а для грудних дітей - триптофан і ізолейцин. Сам же амінокислотний склад грудного молока може бути представлений унікальним складом амінокислот: триптофан, метіонін, гістидин, лейцин і цистин, що забезпечує інтенсивні процеси росту і розвитку дитини. Дослідження останнього років дозволили виявити в грудному молоці ще й амінокислоту таурин, якій приділяється велике значення як факторові модулятора росту, що визначає структурну і функціональну цілісність клітинних мембран.

Триптофан як попередник серотоніну створює антидепресантну дію на організм, сприяє зняттю гіперактивності, нав'язливих станів у дітей, тривожності перед менструацією в жінок, фіброміалгії і синдрому хронічної утоми, сприяє гарному засипанню і нормалізує сон як у ранньому віці, так і в літньому.

Необхідно відзначити ще один цікавий факт, що значне збільшення потреби організму в незамінних амінокислотах спостерігається після великих утрат крові, опіків, а також під час інших процесів, супроводжуваних регенерацією тканин. Триптофан також бере значну участь у виправленні помилок процесу подвоєння ДНК. Разом з лізином, вони утворять трипептид лізин-триптофан-лізин, що виправляє помилки, які виникають при подвоєнні ДНК. Ця характеристика триптофану має першорядне значення при вагітності і для запобігання утворення ракових клітин.