Wie wird CoQ10 fermentiert?

Coenzym Q10 (Coenzym Q10, CoQ10) ist eine fettlösliche Chinonverbindung. Als natürlich vorkommendes Coenzym ist CoQ10 ein essentielles Antioxidans und Elektronentransporter für den menschlichen Körper. Es handelt sich um eine wichtige Substanz bei der Atmung, die die Versorgung mit intrazellulärem ATP verbessern, freie Radikale im Körper reduzieren, der Oxidation widerstehen, zur Verzögerung des Alterns beitragen und die Immunität des Körpers verbessern kann. Coenzym Q10 wird häufig in den Bereichen Lebensmittel, Medizin, Kosmetik und Viehfutter eingesetzt, und die Marktnachfrage und die technischen Anwendungen nehmen zu.

Es gibt drei Hauptmethoden zur Herstellung von Coenzym Q10: Eine davon ist die Extraktionsmethode aus pflanzlichen und tierischen Geweben; die zweite ist die chemische Synthesemethode; und die dritte ist die Extraktionsmethode durch mikrobielle Fermentation. Derzeit ist die Fermentationsmethode die Hauptmethode zur Herstellung von Coenzym Q10, die nicht nur den Produktionsumfang erweitern kann, sondern auch einen Produktivitätsvorteil bietet.

Auswahl an Sorten

Obwohl der Gehalt an Coenzym Q10 in mikrobiellen Zellen in der Natur hoch ist, ist das Fermentationsprodukt eine Mischung aus mehreren Homologen von Coenzym Q10, was zu hohen Kosten für die Reinigung von Coenzym Q10 führt. Daher steht bei der fermentativen Produktion von Coenzym Q10 die Auswahl der Produktionsstämme im Vordergrund. Der Gehalt an Coenzym Q10 in photosynthetischen Bakterien (im Folgenden PSB genannt) ist im Allgemeinen hoch. Hinsichtlich der Klassifizierung gehört PSB zur Ordnung der Rhodospirillales, der Ordnung der Eubakterien, der Ordnung der Bakterien, der Ordnung der Rhodospirillales und der Ordnung der Chlorobakterien. Ersteres wird in Rhodothiobacteriaceae und Rhodospirillaceae unterteilt. Daher sind Rhodospirillaceae-Bakterien eine der idealen Optionen für Coenzym Q10--produzierende Stämme. Die Coenzym-Q10-Produktionskapazität von Wildtyp-Stämmen kann den Produktionsbedarf nicht decken und sie können mithilfe herkömmlicher Mutagenese- und Gentechniktechniken genetisch verändert werden.

Optimierung der Fermentationsbedingungen

Neben der Verwendung der Stoffwechselkontrolltheorie zur Auswahl von Mutanten mit hohem Ertrag oder zum Aufbau rekombinanter Stämme zur Steigerung des Fermentationsertrags ist die Optimierung der Fermentationsbedingungen von Produktionsbakterien auch ein wichtiger und wirksamer Weg zur Steigerung des Fermentationsertrags.

• Optimierung des Kulturmediums

Bei der Fermentation von Coenzym Q10 werden Experimente zur Fermentationsoptimierung durchgeführt, indem Kohlenstoffquellen, Stickstoffquellen, Wachstumsfaktoren, anorganische Salze usw. aus verschiedenen Quellen ausgewählt werden, um die Zusammensetzung des Kulturmediums zu bestimmen. Studien haben gezeigt, dass Metallionen, insbesondere Mg2+, Fe2+ und Mn2+, die fermentative Produktion von Coenzym Q10 fördern. Darüber hinaus können Vorläufer die Produktausbeute erheblich steigern und unter bestimmten Bedingungen auch den Fluss bakterieller Anabolismusprodukte steuern. Es wurde berichtet, dass die Vorläufer, die der fermentativen Produktion von Coenzym Q10 zugesetzt werden, p-Hydroxybenzoesäure, Mevalonat, Isopentanol und Geraniol umfassen.

• Optimierung kultureller Bedingungen

A. Rührbelüftung

Die Auswirkungen von Rühren und Belüften auf die Ausbeute an Coenzym Q10 variieren je nach Produktionsstamm. Zum einen kann es die Fermentationsproduktion von Coenzym Q10 fördern; das andere ist, dass es eine hemmende Wirkung hat. Studien haben gezeigt, dass die Zytoplasmamembran von Bakterien, die unter sauerstoffarmen Bedingungen gezüchtet werden, gut entwickelt ist und eine mehrschichtige Struktur aufweist. Hier befindet sich das Photoreaktionszentrum von PSB, was zu einem höheren Gehalt an Coenzym Q10 führen kann als bei Bakterien, die unter ausreichend Sauerstoff gezüchtet werden Lieferbedingungen.

B. Licht

Rhodospirillaceae-Bakterien können sowohl die obligate anaerobe bakterielle Photosynthese als auch die aerobe Atmung und Fermentation durchführen. Car und Excell berichteten, dass PSB unter hellen anaeroben Bedingungen eine hohe Produktion von Coenzym Q10 aufweist, aber sobald es auf eine dunkle aerobe Kultur umgestellt wird, wird die Produktion stark zurückgehen.

C. pH-Wert

Der anfängliche pH-Wert beeinflusst die Geschwindigkeit der bakteriellen Verwertung des Substrats und den Strukturzustand der Zelle und beeinflusst dadurch die Wachstumsrate der Bakterien und die Veränderungen der Metaboliten. Wang Genhua et al. führte ein Schüttelkolbenexperiment mit Rhizobium leguminosarum durch und stellte fest, dass die Bakterien unter sauren Bedingungen mehr Coenzym Q10 produzierten als unter alkalischen Bedingungen. Die Menge an intrazellulärem Coenzym Q10 ist bei pH 5 am höchsten.

D. Kultivierungszeit

Yoshida et al. fanden heraus, dass der Gehalt an Coenzym Q10 höher war, wenn sich die Bakterien im frühen Stadium der stabilen Phase befanden. Zhu Xufen et al. Sie glaubten auch, dass der Gehalt an CoQ10 in den Bakterien mit zunehmender Kultivierungszeit weiter zunahm, den höchsten Wert im frühen und mittleren Stadium der stabilen Phase erreichte und dann zu sinken begann.

• Optimierung des Trainingsmodells

Kulturmodi werden in Batch-Fermentation, Fed-Batch-Fermentation, Fed-Batch-Fermentation, kontinuierliche Fermentation usw. unterteilt. Verschiedene Kulturmodi haben ihre Vor- und Nachteile, und der Kulturmodus kann sich direkt auf die Produktion von Coenzym Q10 auswirken. Derzeit ist die Fed-Batch-Kultur vielversprechender. Fed-Batch kann eine Stoffwechselakkumulation vermeiden und eine höhere Zelldichte erreichen, den Fermentationsprozess verlängern und eine große Produktmenge ansammeln. Durch die Untersuchung der Atemintensität von Coenzym Q10--produzierenden Bakterien, der Korrelation zwischen Zuckerstoffwechsel und Coenzym Q10-Produktion sowie der kinetischen Analyse der Sauerstoffversorgung und der Glukoseversorgung wurde festgestellt, dass die Aufrechterhaltung einer niedrigen Glukosekonzentration während der Atemwegsinfektion wichtig ist Der Fermentationsprozess begünstigt die Bildung des Produkts. Daher kann auch die Fed-Batch-Kultur verwendet werden. Untersuchungen zu radioaktiven Rhizobien ergaben, dass eine gemischte Fed-Batch-Fermentation mit Saccharose und einer angemessenen Menge Maisbrei die Produktion von Coenzym Q10 deutlich steigern kann und der intrazelluläre Coenzym Q10-Gehalt um 33 % stieg.

Extraktion von Coenzyme Q10

Da Coenzym Q10 ein intrazelluläres Produkt ist, das durch mikrobielle Fermentation gewonnen wird, muss während des Extraktionsprozesses zunächst die Zellwand aufgebrochen werden. Daher ist der Zellaufschluss einer der Schlüsselschritte bei der Extraktion von Coenzym Q10, der sich direkt auf die biologische Aktivität, Ausbeute und Kosten von Coenzym Q10 auswirkt. Nach Durchsicht der Literatur stellten wir fest, dass es viele Methoden zur Extraktion von Coenzym Q10 gibt. In diesem Artikel werden mehrere häufig verwendete Extraktionsmethoden zusammengefasst und verglichen.

• Verseifungsextraktionsverfahren

Durch die Verseifungsextraktionsmethode werden große Mengen nicht wasserlöslicher Bestandteile wie Fettsäureglyceride und verschiedene freie Fettsäuren, die im Coenzym-Q10-Extrakt enthalten sind, in die wässrige Phase übertragen, während das fettlösliche Coenzym Q10 in der organischen Phase verbleibt wird dann mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert. , wodurch seine Reinheit und Extraktionskapazität verbessert werden. Zu den gängigen Extraktionsmethoden zur Verseifung gehören hauptsächlich die Extraktionsmethode zur Alkohol-Alkali-Verseifung und die Extraktionsmethode zur Alkali-Verseifung.

A. Extraktionsverfahren durch Alkohol-Alkali-Verseifung

Die allgemeine Methode der Extraktion mit Alkohol-Alkali-Verseifung ist: Geben Sie zuerst Pyrogallussäure mit einem Massenanteil von etwa 7 % zu den Bakterienzellen hinzu, geben Sie dann langsam das 1,3- bis 1,5-fache Volumen Natriumhydroxid-Ethanol-Lösung hinzu, rühren Sie um und geben Sie dann hinzu n-Hexan. Zur Extraktion unter Rückfluss kochen und schnell auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Anschließend mit einer geeigneten Menge Petrolether mehrmals extrahieren, mit Wasser neutral waschen, mit Wasser konzentrieren, im Vakuum zerkleinern und am Rotationsverdampfer verdampfen, um das organische Lösungsmittel zu entfernen, und schließlich mit absolutem Ethanol auflösen. Bei der Alkohol-Alkali-Verseifungsmethode kann es aufgrund der Anwesenheit von Ethanol bei langfristiger Verseifung zur Transposition der Methoxygruppe im Coenzym Q10 und der Ethoxygruppe im Ethanol kommen, was zu einfachen oder doppelten Ethoxyderivaten führt.

b.Alkaliverseifungs-Extraktionsmethode

Die allgemeine Methode der Extraktion mit alkalischer Verseifung ist: Zuerst saures Wasser zu den Bakterien geben, erhitzen und 3 Stunden lang in einem Wasserbad unter Rückfluss erhitzen, langsam auf ein bestimmtes Vielfaches verdünntes Natriumhydroxid zugeben, dann einige Zeit unter Rückfluss erhitzen und schnell abkühlen lassen Raumtemperatur. Fügen Sie dann zwei- bis dreimal eine Auslaugung mit organischem Lösungsmittel hinzu, nehmen Sie den Überstand und waschen Sie ihn mit Wasser, bis er neutral ist. Nehmen Sie dann Wasser und konzentrieren Sie es, konzentrieren Sie es im Vakuum und verdampfen Sie es am Rotationsverdampfer, um das organische Lösungsmittel zu entfernen, und lösen Sie es schließlich mit absolutem Ethanol auf. Im Vergleich zur Extraktionsmethode mit alkalischer Verseifung führt die Lösung zwar zu einem Emulgierungsphänomen, die Extraktionsmethode mit alkalischer Verseifung weist jedoch eine höhere Extraktionsmenge an Coenzym Q10 auf und erzeugt weniger Verunreinigungen.

• Methode zur Extraktion von Zellaufschlüssen

A. Extraktionsverfahren zum Rühren und Zerkleinern organischer Lösungsmittel

Die allgemeine Methode zum Rühren und Zerkleinern organischer Lösungsmittel zur Extraktion ist: Zuerst feuchte Bakterienzellen und Aceton in ein Becherglas geben, mit einem Magnetrührstab umrühren, zentrifugieren und den Überstand ausgießen, dann den Überstand mit einem Rotationsverdampfer bei 50 Grad konzentrieren , und fügen Sie dann Erdölextrakt mit Ether oder n-Hexan hinzu und konzentrieren Sie den Extrakt dann mit einem Rotationsverdampfer zu einer dicken Flüssigkeit. Zum Schluss fügen Sie absolutes Ethanol hinzu und frieren es im Kühlschrank ein, um Verunreinigungen wie Cholesterin abzutrennen. Filtrieren und gewinnen Sie das Filtrat.

B. Mahl-, Zerkleinerungs- und Extraktionsverfahren

Die allgemeine Methode zum Mahlen und Zerkleinern der Extraktionsmethode ist: Zuerst die feuchten Bakterienzellen in einen Mörser geben, eine kleine Menge Quarzsand, Aceton und Antioxidantien hinzufügen, um sie schnell zu mahlen, einige Zeit mahlen, dann zentrifugieren und den Überstand anschließend abgießen Zentrifugieren und dann Erdölextrakt mit Ether oder n-Hexan hinzufügen und dann den Extrakt mit einem Rotationsverdampfer zu einer dicken Flüssigkeit konzentrieren. Zum Schluss fügen Sie absolutes Ethanol hinzu und frieren es im Kühlschrank ein, um Verunreinigungen wie Cholesterin abzutrennen. Filtrieren und gewinnen Sie das Filtrat.

C. Ultraschall-Zerkleinerungs- und Extraktionsverfahren

Die allgemeine Methode der Ultraschallzerkleinerung und -extraktion ist wie folgt: Geben Sie zunächst Aceton zu den feuchten Bakterienzellen, um eine Bakteriensuspension herzustellen, zerkleinern Sie die Bakterienzellen dann mit einem Ultraschall-Zellaufschlussgerät unter Eisbadbedingungen und zentrifugieren Sie sie schließlich zur Extraktion.

Die Rolle freier Radikale scRache

Coenzym Q ist ein Energiewandler in den Mitochondrien von Zellen. Es nimmt am „Tricarbonsäurezyklus“ teil, indem es Elektronen überträgt und überträgt, um ATP (Adenosintriphosphat) zu produzieren, also einen Energiefaktor für den Zellstoffwechsel. Experimente haben gezeigt, dass Coenzym Q10 im Körper, nachdem es in Alkohol umgewandelt wurde, direkt mit freien Peroxidradikalen reagieren kann, um VE zu regenerieren, und unabhängig und synergistisch die Rolle eines Antioxidans spielt.

Der Rückgang der Immunfunktion mit zunehmendem Alter ist das Ergebnis freier Radikale und Reaktionen auf freie Radikale. Coenzym Q10 kann als starkes Antioxidans die Differenzierung von Rezeptoren und Zellen auf Immunzellen durch freie Radikale allein oder in Kombination mit Vitamin B6 (Pyridoxin) hemmen und hat eine modifizierende Wirkung auf das Mikrotubulisystem im Zusammenhang mit der Aktivität und stärkt das Immunsystem und verzögert die Alterung.

Die Rolle des Hautschutzes

Coenzym Q10 dringt in die Wachstumsschicht der Haut ein, schwächt die Oxidationsreaktion von Photonen und kann mithilfe von Tocopherol spezifische phosphorylierte Tyrosinkinasen aktivieren. Verhindern Sie oxidative Schäden an der DNA, hemmen Sie die Expression von Kollagenase in menschlichen Hautfibroblasten unter ultraviolettem Licht und schützen Sie die Haut vor Schäden. Umfangreiche Untersuchungen zeigen, dass Coenzym Q10 die Lipidperoxidation hemmt, die Entstehung freier Radikale reduziert, das aktive SOD-Zentrum und seine Struktur vor oxidativen Schäden durch freie Radikale schützt, die Aktivität von Enzymen wie SOD im Körper erhöht und die durch oxidativen Stress induzierte Zellapoptose hemmt und hat eine erhebliche antioxidative Wirkung.

Immunstärkung

Coenzym Q10 ist ein natürliches Antioxidans und ein Zellstoffwechselinitiator, der von den Zellen selbst produziert wird. Es hat die Funktion, die Integrität der biologischen Membranstruktur zu schützen und wiederherzustellen und das Membranpotential zu stabilisieren. Es ist ein unspezifischer Immunverstärker des Körpers und zeigt daher eine hervorragende Anti-Müdigkeitswirkung. Coenzym Q10 hält die Zellen in einem guten und gesunden Zustand, sodass der Körper voller Vitalität und Gehirnleistung ist.

Verbessern Sie den Muskelenergieeffekt

Studien haben gezeigt, dass eine Ergänzung von 100–150 mg Coenzym Q10 pro Tag den Zustand von Menschen mit Muskeldystrophie deutlich verbessern kann. Harte körperliche Betätigung reduziert den Blutgehalt von Coenzym Q10 und eine tägliche Nahrungsergänzung von 60 mg kann die Leistungsfähigkeit von Sportlern verbessern. Viele übergewichtige Menschen haben einen sehr niedrigen Coenzym-Q10-Spiegel und eine Nahrungsergänzung kann ihnen beim Abnehmen helfen. Denn Coenzym Q10 kann den Fettstoffwechsel beschleunigen, die Gliedmaßen und das Gehirn ausreichend mit Energie versorgen und die Vitalität steigern.

(1) Lebensmittelbereich

Auch in der Lebensmittelindustrie wird Coenzym Q10 häufig eingesetzt. Es wird bestimmten Lebensmitteln wie Nahrungsergänzungsmitteln, Getränken, Brot, Süßigkeiten usw. zugesetzt, um deren Nährwert zu erhöhen. Darüber hinaus wird es auch verwendet, um die antioxidativen Eigenschaften von Lebensmitteln zu verbessern und so zu verhindern, dass Lebensmittel verderben und verderben.

(2) Medizinischer Bereich

Coenzym Q10 findet auch im medizinischen Bereich breite Anwendung und spielt eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der menschlichen Gesundheit. Es wird zur Behandlung verschiedener Krankheiten wie Herzerkrankungen, Krebs, neurodegenerativer Erkrankungen usw. eingesetzt. Studien haben gezeigt, dass Coenzym Q10 dazu beitragen kann, die Herzgesundheit zu verbessern, Müdigkeit zu reduzieren, die Immunität zu verbessern und Anti-Aging-Effekte zu haben.

(3) Kosmetikbereich

Aufgrund seiner antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften wird Coenzym Q10 auch in verschiedenen Kosmetika eingesetzt. Diese Eigenschaften können dazu beitragen, die Hautalterung zu verlangsamen und die Ausstrahlung und Elastizität der Haut zu verbessern. Coenzym Q10 ist ein wichtiger Inhaltsstoff in vielen Hautpflegeprodukten und Schönheitsbehandlungen.

(4) Viehfutterfeld

In der Viehwirtschaft wird Coenzym Q10 auch in Futtermitteln eingesetzt. Coenzym Q10 wird dem Futter von Nutz- und Geflügel wie Schweinen und Hühnern zugesetzt, um deren Wachstum und Entwicklung zu fördern, die Qualität von Fleisch und Eiern zu verbessern und die Krankheitsresistenz zu erhöhen. Gleichzeitig kann es auch die Fortpflanzungsleistung verbessern und die Reproduktionsrate erhöhen. Studien haben gezeigt, dass Coenzym Q10 die Wachstumsrate und den Ertrag von Tieren steigern und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten verbessern kann. Daher wird es häufig in Futtermitteln für die Tierhaltung eingesetzt, um den wirtschaftlichen Nutzen zu steigern.

Um die Bioverfügbarkeit von Coenzym Q10 zu verbessern, ist es wichtig, geeignete Formulierungen basierend auf den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen auszuwählen, um eine bessere Freisetzung und Funktion im Körper zu ermöglichen. Basierend auf unserer Technologieplattform für Trennung und Extraktion produziert HSF Biotech Coenzym Q10 mithilfe der Kaltwasserdispersions-Mikroverkapselungstechnologie. Dies gewährleistet eine stabile Leistung, eine strenge Kontrolle der Spurenschadstoffe und eine gute Fließfähigkeit. Es löst sich schnell in kaltem Wasser auf und eignet sich daher für verschiedene Anwendungen wie feste Getränke, Gummibärchen und Vormischungen. Es kann mit Vitamin E/Pflanzenölen kombiniert werden und findet unter anderem in funktionellen Lebensmitteln und Weichkapseln breite Anwendung.

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