Come viene fermentato il CoQ10?

Coenzima Q10 (coenzima Q10, CoQ10) è un composto chinonico liposolubile. Essendo un coenzima naturale, il CoQ10 è un antiossidante essenziale e un trasportatore di elettroni per il corpo umano. È una sostanza fondamentale nella respirazione, che può migliorare l'apporto di ATP intracellulare, ridurre i radicali liberi nel corpo, resistere all'ossidazione, aiutare a ritardare l'invecchiamento e migliorare l'immunità del corpo. Il coenzima Q10 è ampiamente utilizzato nei settori alimentare, medicinale, cosmetico e nell'alimentazione del bestiame e la domanda del mercato e le applicazioni tecniche sono in aumento.

Esistono tre metodi principali per la produzione del coenzima Q10: uno è il metodo di estrazione da tessuti vegetali e animali; il secondo è il metodo di sintesi chimica; e il terzo è il metodo di estrazione dalla fermentazione microbica. Attualmente, il metodo principale per la produzione del coenzima Q10 è il metodo di fermentazione, che non solo può espandere la scala di produzione ma offre anche un vantaggio in termini di produttività.

Selezione dei ceppi

Sebbene il contenuto di coenzima Q10 nelle cellule microbiche in natura sia elevato, il suo prodotto di fermentazione è una miscela di più omologhi del coenzima Q10, con conseguente costo elevato per la purificazione del coenzima Q10. Pertanto, nella produzione tramite fermentazione del coenzima Q10, la selezione dei ceppi produttivi è la questione principale. Il contenuto del coenzima Q10 nei batteri fotosintetici (di seguito denominati PSB) è generalmente elevato. In termini di classificazione, PSB appartiene all'ordine delle Rhodospirillales, all'ordine degli Eubacteria, all'ordine dei Bacteria, all'ordine delle Rhodospirillales e all'ordine dei Chlorobacteria. La prima si divide in Rhodothiobacteriaceae e Rhodospirillaceae. Pertanto, i batteri Rhodospirillaceae sono una delle scelte ideali per i ceppi produttori di coenzima Q10-. La capacità di produzione del coenzima Q10 dei ceppi selvatici non può soddisfare le esigenze di produzione e possono essere geneticamente modificati utilizzando tecniche convenzionali di mutagenesi e ingegneria genetica.

Ottimizzazione delle condizioni di fermentazione

Oltre a utilizzare la teoria del controllo metabolico per selezionare mutanti ad alto rendimento o costruire ceppi ricombinanti per aumentare la resa della fermentazione, anche l'ottimizzazione delle condizioni di fermentazione dei batteri di produzione è un modo importante ed efficace per aumentare la resa della fermentazione.

• Ottimizzazione del terreno di coltura

Nella fermentazione del coenzima Q10, vengono effettuati esperimenti di ottimizzazione della fermentazione selezionando fonti di carbonio, fonti di azoto, fattori di crescita, sali inorganici, ecc. da diverse fonti per determinare la composizione del terreno di coltura. Gli studi hanno dimostrato che gli ioni metallici, in particolare Mg2+, Fe2+ e Mn2+, promuovono la produzione di fermentazione del coenzima Q10. Inoltre, i precursori possono aumentare significativamente la resa dei prodotti e, in determinate condizioni, possono anche controllare il flusso dei prodotti dell’anabolismo batterico. È stato riportato che i precursori aggiunti alla produzione della fermentazione del coenzima Q10 includono acido p-idrossibenzoico, mevalonato, isopentanolo e geraniolo.

• Ottimizzazione delle condizioni culturali

UN. Agitazione-aerazione

Gli effetti dell'agitazione-aerazione sulla resa del coenzima Q10 variano a seconda del ceppo produttivo. Uno è che può favorire la produzione di fermentazione del coenzima Q10; l'altro è che ha un effetto inibitorio. Gli studi hanno dimostrato che la membrana citoplasmatica dei batteri cresciuti in condizioni di ossigeno limitato è ben sviluppata e ha una struttura multistrato e qui si trova il centro di fotoreazione del PSB, il che può portare a un contenuto più elevato di coenzima Q10 rispetto ai batteri cresciuti con sufficiente ossigeno condizioni di fornitura.

B. Leggero

I batteri Rhodospirillaceae possono eseguire sia la fotosintesi batterica anaerobica obbligata che la respirazione e fermentazione aerobica. Car ed Excell hanno riferito che il PSB ha un'elevata produzione di coenzima Q10 in condizioni anaerobiche leggere, ma una volta passato alla coltura aerobica al buio, la produzione diminuirà drasticamente.

C. pH

Il valore iniziale del pH influenzerà il tasso di utilizzo batterico del substrato e lo stato strutturale della cellula, influenzando così il tasso di crescita dei batteri e i cambiamenti nei metaboliti. Wang Genhua et al. hanno condotto un esperimento in una boccetta agitata su Rhizobium leguminosarum e hanno scoperto che i batteri producevano più coenzima Q10 in condizioni acide che in condizioni alcaline. La quantità di coenzima Q10 intracellulare è massima a pH 5.

D. Tempo di coltivazione

Yoshida et al. hanno scoperto che il contenuto di coenzima Q10 era più elevato quando i batteri erano nella fase iniziale del periodo stabile. Zhu Xufen et al. credevano inoltre che il contenuto di CoQ10 nei batteri continuasse ad aumentare con l'aumentare del tempo di coltivazione, raggiungendo il livello più alto nelle fasi iniziali e intermedie del periodo stabile, per poi iniziare a diminuire.

• Ottimizzazione del modello formativo

Le modalità di coltura sono suddivise in fermentazione batch, fermentazione fed-batch, fermentazione fed-batch, fermentazione continua, ecc. Diverse modalità di coltura hanno i loro vantaggi e svantaggi e la modalità di coltura può influenzare direttamente la produzione del coenzima Q10. Attualmente, la cultura fed-batch è più promettente. Il Fed-batch può evitare l'accumulo metabolico e ottenere una maggiore densità cellulare, prolungare il processo di fermentazione e accumulare una grande quantità di prodotto. Attraverso lo studio dell'intensità respiratoria dei batteri produttori di Coenzima Q10-, la correlazione tra il metabolismo dello zucchero e la produzione di Coenzima Q10 e l'analisi cinetica dell'apporto di ossigeno e di glucosio, si è scoperto che il mantenimento di una bassa concentrazione di glucosio durante il processo di fermentazione è favorevole alla formazione del prodotto. Pertanto, è anche possibile utilizzare la cultura Fed-batch. La ricerca sulla rizobia radioattiva ha scoperto che la fermentazione mista fed-batch con saccarosio e una quantità adeguata di liquore steccato di mais può aumentare significativamente la produzione di coenzima Q10 e il suo contenuto intracellulare di coenzima Q10 è aumentato del 33%.

Estrazione del coenzimae Q10

Poiché il coenzima Q10 è un prodotto intracellulare ottenuto dalla fermentazione microbica, la parete cellulare deve essere prima distrutta durante il processo di estrazione. Pertanto, la distruzione cellulare è uno dei passaggi chiave nell'estrazione del coenzima Q10, che influisce direttamente sull'attività biologica, sulla resa e sul costo del coenzima Q10. Dopo aver esaminato la letteratura, abbiamo scoperto che esistono molti metodi per estrarre il coenzima Q10. Questo articolo riassume e confronta diversi metodi di estrazione comunemente utilizzati.

• Metodo di estrazione della saponificazione

Il metodo di estrazione della saponificazione trasferisce una grande quantità di componenti non solubili in acqua come gliceridi degli acidi grassi e vari acidi grassi liberi contenuti nell'estratto di coenzima Q10 alla fase acquosa, mentre il coenzima Q10 liposolubile rimane nella fase organica e viene poi estratto utilizzando un solvente organico. , migliorandone così la purezza e la capacità estrattiva. I metodi comuni di estrazione della saponificazione includono principalmente il metodo di estrazione della saponificazione alcol-alcalina e il metodo di estrazione della saponificazione alcalina.

UN. Metodo di estrazione della saponificazione alcol-alcali

Il metodo generale di estrazione della saponificazione alcol-alcalino è: aggiungere prima acido pirogallico con una frazione in massa di circa il 7% alle cellule batteriche, quindi aggiungere lentamente 1,3~1,5 volte il volume della soluzione di idrossido di sodio-etanolo, mescolare e quindi aggiungere n-esano. Riflusso per l'estrazione e raffreddamento rapido a temperatura ambiente. Quindi utilizzare una quantità adeguata di etere di petrolio per estrarre più volte, lavare con acqua fino alla neutralità, concentrare con acqua, frantumare sotto vuoto ed evaporare rotante per rimuovere il solvente organico e infine sciogliere con etanolo assoluto. Nel metodo di saponificazione alcol-alcalino, a causa della presenza di etanolo, la saponificazione a lungo termine può portare alla trasposizione del gruppo metossi nel coenzima Q10 e del gruppo etossi nell'etanolo, risultando in derivati ​​etossi singoli o doppi.

b.Metodo di estrazione della saponificazione alcalina

Il metodo generale di estrazione della saponificazione alcalina è: aggiungere prima acqua acida ai batteri, riscaldare e far rifluire a bagnomaria per 3 ore, aggiungere lentamente idrossido di sodio diluito a un certo multiplo, quindi far rifluire per un po' di tempo e raffreddare rapidamente fino a temperatura ambiente. Quindi aggiungere la lisciviazione con solvente organico 2 o 3 volte, prendere il surnatante e lavarlo con acqua fino alla neutralità, quindi prendere acqua e concentrato, concentrazione sotto vuoto ed evaporazione rotativa per rimuovere il solvente organico e infine scioglierlo con etanolo assoluto. Rispetto al metodo di estrazione della saponificazione alcalina, sebbene la soluzione produca un fenomeno di emulsione, il metodo di estrazione della saponificazione alcalina ha una maggiore quantità di estrazione del coenzima Q10 e produce meno impurità.

• Metodo di estrazione mediante distruzione cellulare

UN. Metodo di estrazione mediante agitazione e frantumazione con solventi organici

Il metodo generale di agitazione con solvente organico e metodo di estrazione con frantumazione è: aggiungere prima le cellule batteriche umide e l'acetone in un bicchiere, mescolare con un'asta di agitazione magnetica, centrifugare e versare il surnatante, quindi utilizzare un evaporatore rotante per concentrare il surnatante a 50 gradi , quindi aggiungere l'estratto di petrolio con etere o n-esano, quindi concentrare l'estratto con un evaporatore rotante fino a ottenere un liquido denso. Infine, aggiungi l'etanolo assoluto e congelalo in frigorifero per separare le impurità come il colesterolo. Filtrare e recuperare il filtrato.

B. Metodo di macinazione, frantumazione ed estrazione

Il metodo generale di macinazione e frantumazione dell'estrazione è: in primo luogo, prendere le cellule batteriche umide in un mortaio, aggiungere una piccola quantità di sabbia di quarzo, acetone e antiossidanti per macinare rapidamente, macinare per un po' di tempo, quindi centrifugare, versare il surnatante dopo centrifugazione, quindi aggiungere l'estratto di petrolio con etere o n-esano, quindi concentrare l'estratto con un evaporatore rotante fino a ottenere un liquido denso. Infine, aggiungi l'etanolo assoluto e congelalo in frigorifero per separare le impurità come il colesterolo. Filtrare e recuperare il filtrato.

C. Metodo di frantumazione ed estrazione ad ultrasuoni

Il metodo generale di frantumazione ed estrazione ad ultrasuoni è il seguente: in primo luogo, aggiungere acetone alle cellule batteriche umide per preparare una sospensione batterica, quindi utilizzare un distruttore cellulare ad ultrasuoni per frantumare le cellule batteriche in condizioni di bagno di ghiaccio e infine centrifugare per l'estrazione.

Il ruolo dei radicali liberi scvendicativo

Il coenzima Q è un convertitore di energia nei mitocondri delle cellule. Partecipa al "ciclo dell'acido tricarbossilico" trasferendo e trasmettendo elettroni per produrre ATP (adenosina trifosfato), cioè un fattore energetico per il metabolismo cellulare. Gli esperimenti hanno dimostrato che dopo che il coenzima Q10 nel corpo diventa alcol, può reagire direttamente con i radicali liberi del perossido per rigenerare VE e svolgere indipendentemente e sinergicamente il ruolo di antiossidante.

Il declino della funzione immunitaria con l’invecchiamento è il risultato dei radicali liberi e delle reazioni dei radicali liberi. Il coenzima Q10, come potente antiossidante, può inibire la differenziazione dei recettori e delle cellule sulle cellule immunitarie da parte dei radicali liberi da solo o in combinazione con la vitamina B6 (piridossina), e ha un effetto di modifica sul sistema dei microtubuli correlato all'attività, migliora il sistema immunitario e ritarda l'invecchiamento.

Il ruolo di proteggere la pelle

Il coenzima Q10 penetra nello strato di crescita della pelle per indebolire la reazione di ossidazione dei fotoni e può attivare specifiche tirosin chinasi fosforilate con l'assistenza del tocoferolo. Prevengono il danno ossidativo al DNA, inibiscono l’espressione della collagenasi nei fibroblasti della pelle umana sotto la luce ultravioletta e proteggono la pelle dai danni. Ricerche approfondite dimostrano che il coenzima Q10 inibisce la perossidazione lipidica, riduce la generazione di radicali liberi, protegge il centro attivo SOD e la sua struttura dal danno ossidativo dei radicali liberi, aumenta l'attività di enzimi come SOD nel corpo, inibisce l'apoptosi cellulare indotta dallo stress ossidativo , e ha un significativo effetto antiossidante.

Potenziamento immunitario

Il coenzima Q10 è un antiossidante naturale e un iniziatore del metabolismo cellulare prodotto dalle cellule stesse. Ha la funzione di proteggere e ripristinare l'integrità della struttura della membrana biologica e di stabilizzare il potenziale di membrana. È un potenziatore immunitario non specifico del corpo, quindi mostra un eccellente effetto anti-fatica. Il coenzima Q10 mantiene le cellule in uno stato buono e sano, quindi il corpo è pieno di vitalità e potenza cerebrale.

Migliora l'effetto energetico muscolare

Gli studi hanno dimostrato che l'integrazione di 100~150 mg/giorno di coenzima Q10 può migliorare significativamente la condizione delle persone affette da distrofia muscolare. L'esercizio fisico intenso riduce il contenuto di coenzima Q10 nel sangue e un'integrazione giornaliera di 60 mg può migliorare la funzionalità degli atleti. Molte persone in sovrappeso hanno livelli molto bassi di coenzima Q10 e l’integrazione può aiutarle a perdere peso. Questo perché il Coenzima Q10 può accelerare il metabolismo dei grassi, fornendo agli arti e al cervello un ampio apporto energetico e aumentando la vitalità.

(1) Settore alimentare

Il coenzima Q10 è ampiamente utilizzato anche nell'industria alimentare. Viene aggiunto ad alcuni alimenti, come integratori alimentari, bevande, pane, caramelle, ecc., per aumentarne il valore nutrizionale. Inoltre, viene utilizzato anche per migliorare le proprietà antiossidanti degli alimenti, aiutando a prevenirne il deterioramento e la decomposizione.

(2) Settore medico

Il coenzima Q10 è ampiamente utilizzato anche in campo medico e svolge un ruolo importante nel mantenimento della salute umana. È usato per trattare varie malattie come malattie cardiache, cancro, malattie neurodegenerative, ecc. Gli studi hanno dimostrato che il coenzima Q10 può aiutare a migliorare la salute del cuore, ridurre l'affaticamento, migliorare l'immunità e avere effetti antietà.

(3) Settore cosmetico

Il coenzima Q10 è utilizzato anche in vari cosmetici per le sue proprietà antiossidanti e antinfiammatorie. Queste proprietà possono aiutare a rallentare l’invecchiamento cutaneo e a migliorare la luminosità e l’elasticità della pelle. Il coenzima Q10 è un ingrediente importante in molti prodotti per la cura della pelle e trattamenti di bellezza.

(4) Campo di alimentazione del bestiame

Nell'industria del bestiame, il coenzima Q10 viene utilizzato anche nei mangimi. Il coenzima Q10 viene aggiunto all'alimentazione di bestiame e pollame come maiali e polli per favorirne la crescita e lo sviluppo, migliorare la qualità della carne e delle uova e aumentare la resistenza alle malattie. Allo stesso tempo, può anche migliorare le prestazioni riproduttive e aumentare il tasso di riproduzione. Gli studi hanno dimostrato che il coenzima Q10 può aumentare il tasso di crescita e la resa degli animali e migliorare la loro capacità di resistere alle malattie. Pertanto, è ampiamente utilizzato nell'alimentazione degli animali per migliorare i vantaggi economici.

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