Производство витамина В12
Дата публикации: 30.04.2017 2017-04-30
Статья просмотрена: 4742 раза
Библиографическое описание:
Филимонова, В. В. Производство витамина В12 / В. В. Филимонова, В. В. Тарабрин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 17 (151). — С. 8-11. — URL: https://moluch.ru/archive/151/41472/ (дата обращения: 18.05.2021).
В моей статье я хочурассказать о природе источником витамина и его принцип химического строения.
Ключевые слова: низкомолекулярные органические вещества, витамины, продуценты, биосинтез витамина
Витамины — группа низкомолекулярных органических веществ, которые в очень низких концентрациях оказывают сильное и разнообразное биологическое действие. В природе источником витаминов являются главным образом растения и микроорганизмы.
Химический синтез в производстве большей части витаминов занимает ведущее положение, микробиологические методы также имеют большое практическое значение. Принципы химического строения витаминов настолько разнообразны, что классификация их на основе структуры невозможна. Витамины делятся по принципу растворимости на жирорастворимые и водорастворимые. Из жирорастворимых витаминов наибольшее значение в народном хозяйстве и в микробиологической промышленности имеют витамины групп А и D, а из водорастворимых — витамины В2 и В12.
Терминология
Названия «витамин В12» и «кобаламин» обычно относятся ко всем формам этого витамина. Некоторые врачи полагают, что использование витамина можно разделить на две категории. В широком смысле, B12 относится к группе кобальтсодержащих витамерных соединений, известных как кобаламины. Сюда включается цианокобаламин (артефакт, формируемый с использованием активированного угля, который всегда содержит следы цианида для очищения гидроксикобаламина), гидроксокобаламин (другая лекарственная форма, производимая бактериями)
Витамин В12 — это общее название, относящееся к объединениям молекул кобальта и корринового кольца, которые определяются их конкретной витаминной функцией в организме. Все субстраты кобальт-корриновых молекул, из которых создается B12, должны быть синтезированы бактериями. Однако после завершения этого синтеза организм обладает ограниченной мощностью для преобразования любой формы В12 в другую, посредством ферментативного устранения определенных простетических химических групп из атома кобальта. Различные формы (витамеры) В12 имеют глубокий красный цвет, из-за окраски кобальт-корринового комплекса.
Термин «B12» может использоваться для обозначения цианокобаламина, основной формы B12, используемой в продуктах и пищевых добавках.
В молекуле витамина B12 различают:
- Порфириноподобное, хромофорное, или корриновое, кольцо, связанное с атомом кобальта четырьмя координационными связями через атомы азота.
- Верхним координационным лигандом кобальта в витамине B12 является цианогруппа. Ее место могут занимать неорганические или органические заместители, например NO22-, SO22-, ОН-, H2O, CH3.
- Шестая позиция кобальта занята нуклеотидным ядром (нижним лигандом кобальта), состоящим из азотистого основания, рибозы и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотидное ядро связано с кобальтом через азот основания.
Применение витамина В12
Для обогащения кисломолочных продуктов витамином B12 используют пропионово-кислые бактерии как в чистом виде, таки в виде концентрата, приготовленного на молочной сыворотке. Получение концентрата витамина B12 включает следующие технологические стадии: непрерывное сбраживание барды комплексом бактерий, сгущение метановой бражки и сушку сгущенной массы на распылительной сушилке. Брожение проводят в железобетонных ферментерах непрерывным способом в течение года. Важное условие нормального процесса брожения — контроль уровня жирных кислот и аммонийного азота. Витамин B12 неустойчив при тепловой обработке, особенно в щелочной среде. Поэтому перед выпариванием к метановой бражке добавляют — Cl до оптимального значения рН 5,0–5,3 (кислая среда) и сульфит Na (оптимальное содержание 0,07–0,1 %). Перед поступлением на установку выпаривания метановая бражка дегазируется путем нагревания до 90–95°С при атмосферном давлении. Бражку сгущают до 20 % сухих веществ в четырехкорпусных выпарных аппаратах. Сгущенная метановая бражка высушивается на распылительной сушилке. Промышленное получение витамина В12 с помощью пропионовокислых бактерий позволяет полностью удовлетворить потребности медицины. Для обогащения кисломолочных продуктов витамином В12 используют пропионовокислые бактерии как в чистом виде, так и в виде концентрата, приготовленного на молочной сыворотке. Для нужд животноводства витамин В12 получают, используя смешанную культуру, содержащую термофильные метанообразующие бактерии. Витамин В12 используется для лечения дефицита витамина B12, отравления цианидом и наследственного дефицита транскобаламина II. Его применяют как часть теста Шиллинга для обнаружения злокачественной анемии. Механизм действия прост: Гидроксидный лиганд гидроксикобаламин замещается токсичным цианид-ионом, и в результате безобидный комплекс B12 выводится из организма с мочой. Высокий уровень витамина В12 у пожилых людей может предотвратить атрофию мозга.
Взаимодействия витамина В12
Спирт (этанол): чрезмерное потребление алкоголя, длящееся дольше двух недель, может снизить поглощение витамина В12 из желудочно-кишечного тракта. Аминосалициловая кислота может уменьшить пероральное поглощение витамина В12, возможно, на целых 55 %, как часть общего синдрома мальабсорбции. Гормональная контрацепция: противоречивы данные о воздействии оральных контрацептивов на уровни витамина B12 в сыворотке. Некоторые исследования показали снижение сывороточного уровня В12 у пользователей контрацептивов, однако другие не показали никакого эффекта, несмотря на использование оральных контрацептивов сроком до 6 месяцев. При прекращении использования оральных контрацептивов обычно наблюдается нормализация уровня витамина В12. Снижение уровня витамина В12 в сыворотке при применении оральных контрацептивов, вероятно, не является клинически значимым.
Метформин может уменьшить уровни фолиевой кислоты и витамина B12 в сыворотке. Длительное применение метформина существенно увеличивает риск дефицита В12 и (у пациентов, у которых развивается дефицит) гипергомоцистеинемии, которая является «независимым фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, особенно у лиц с сахарным диабетом 2 типа». Также имеются редкие сообщения о мегалобластной анемии у людей, принимающих метформин в течение пяти лет или более. Снижение сывороточных уровней витамина В12 наблюдается почти у 30 % людей, постоянно принимающих метформин. Тем не менее, при адекватном диетическом потреблении витамина B12 клинически значимый дефицит развиваться не будет. Дефицит может быть скорректирован при приеме витаминных добавок В12, даже при продолжении применения метформина.
Фолиевая кислота, особенно в больших дозах, может маскировать дефицит витамина В12 путем полного исправления гематологических нарушений. При дефиците витамина В12 фолиевая кислота может привести к полному избавлению от внешних проявлений мегалобластной анемии, не влияя, однако, на прогрессирование потенциально необратимых неврологических повреждений. Таким образом, перед началом монотерапии фолиевой кислотой следует проверить статус витамина В12 в организме.
Калий: Калиевые добавки могут вызывать уменьшить всасывания витамина В12 у некоторых людей. Этот эффект наблюдается при совместном приеме с хлоридом калия и, в меньшей степени, с цитратом калия. Калий может способствовать развитию дефицита витамина В12 у некоторых людей с факторами риска, однако постоянный прием добавок не является необходимым.
Продукты, вкоторых содержится витамин В12
Животные должны получать витамин В12, прямо или косвенно, от бактерий, и эти бактерии могут обитать в разделе кишечника, наиболее удаленном от той части, где поглощается B12. Таким образом, в рубец травоядных животных В12 должен либо поступать из бактерий, либо (при наличии растительного материала ферментации в кишке) в результате рециркуляции кала. Витамин В12 содержится в большинстве пищевых продуктов животного происхождения, в том числе в рыбе и моллюсках, мясе (особенно печени), птице, яйцах, молоке и молочных продуктах. Тем не менее, связывающая способность яичного желтка и белка заметно уменьшается после термической обработки.
Животные источники витамина В12:
Куриные потроха, приготовленные на медленном огне: 9.4
Говядина (сырое филе): 1,15
Яйцо (яйца сырые, цельные куриные): 0.89
Цельное коровье молоко: 0,45
Сырые куриные грудки: 0,20
Хлорелла, пресноводная одноклеточная водоросль, была предложена в качестве источника витамина В12, однако этот факт не был доказан в анализе на животных. Водоросли, как полагают, приобретают B12 через симбиоз с гетеротрофными бактериями, в котором бактерии поставляют B12 в обмен на фиксированный углерод. Продукты, обогащенные В12, также являются источниками витаминов, хотя они не могут рассматриваться как истинные пищевые источники витамина В12, так как этот витамин добавляется в форме дополнения из коммерческих источников бактериального производства, таких как цианокобаламин.
Примеры продуктов, обогащенных B12, включают сухие завтраки, обогащенные соевые продуктов, обогащенные энергетические батончики и витаминизированные пищевые дрожжи.
Источник
Витамин в12 промышленное получение
Цианокобаламин (Витамин В12)
CAS номер: 68-19-9
Брутто формула: C63H88CoN14O14P
Внешний вид: порошок темно-красного цвета без запаха
Химическое название и синонимы: Cyanocobalamin, Cyano-5,6-dimethylbenzimidazole-cobalamin; Vitamin B12.
Физико-химические свойства:
Молекулярная масса 1355.38 г/моль
Растворимость: в воде растворим.
pH: aq solns являются нейтральными
Давление паров: незначительное.
Плотность паров: нет.
Скорость испарения: незначительная.
Вязкость: отсутствует.
Температура замерзания / плавления:> 300 ° C
Температура разложения: недоступна.
Растворимость: умеренно растворим в воде.
Химическая стабильность: Стабилен при нормальных температурах и давлениях. Может разлагаться, когда подвергается воздействию света. Условия, которых следует избегать: свет, пыль, избыток тепла.
Несовместимость с другими материалами: сильные окислители, сильные кислоты.
Опасные продукты разложения: окись углерода, оксиды азота, оксиды фосфора, диоксид углерода, оксиды кобальта.
Витамин В12 (Кобаламин) – встречается большей степенью в печени, красном мясе, рыбе и почках. Организм человека может также сам синтезировать Витамин В12 в толстом отделе кишечника с помощью микроорганизмов, но так как всасывается витамин в подвздошной кишке, то польза от аутогенного кобаламина сомнительная.
B12 представляет собой тетрапиррольный комплекс, который содержит кобальт в молекуле и может относиться к нескольким формам кобаламина: цианокобаламин (CN-Cbl) и гидроксокобаламин (OH-Cbl) – эти формы витамина B12 доступны для медицинского использования. Аденозилкобаламин (Ado– Cbl), метилкобаламин Me-Cbl) и кобинамид (CN2-Cbn) такие формы витамина B12 обнаруживаются в биологических или пищевых образцах.
Впервые витамин был открыт в США и в Англии в 1948 году. Позже почти через 30 лет пробовали синтезировать предшественник витамина В12, но из- за сложности данного многостадийного процесса не начал производиться в крупных масштабах. Затем витамин пробовали получать непосредственно из печени, но выход витамина был очень не большой. В настоящее время получают витамин исключительно с помощью микробиологического синтеза.
Роль витамина В12 для организма заключается во множестве функций, включающих участие витамина в синтезе некоторых незаменимых аминокислот, нуклеиновых кислот, миелина (вещество, образующее нервную оболочку), холина, метионина, а также кобаламин стимулирует функцию костного мозга (который отвечает за гемопоэз), способствует образованию гема в эритроцитах. Витамин B12 может участвовать в поддержании сульфгидрильных (SH) групп в восстановленной форме, необходимой для многих SH-активируемых ферментных систем. Благодаря этим реакциям витамин B12 связан с жировым и углеводным обменом и синтезом белка. Дефицит витамина B12 приводит к некоторым видам анемии (например, мегабластной), поражениям пищеварительного тракта и неврологическим патологиям (которые начинаются с неспособности продуцировать миелин и сопровождаются постепенной дегенерацией аксона и нервной головки). Также д ефицит витамина B12 потенциально может привести к серьезным и необратимым повреждениям, особенно мозга и нервной системы. При даже небольшом дефиците В12 , могут наблюдаться такие симптомы, как усталость, вялость, депрессия, плохая память, одышка, головные боли и бледность кожи, в частности, особенно у пожилых людей (старше 60 лет). Дефицит витамина B12 также может вызывать симптомы мании и психоза.
Витамин в12 применяется в медицине и ветеринарии при гипо- и авитаминозах витамина. Существует огромное множество форм витамина в виде таблеток, капсул, пероральных жидкостей, спреев, порошков, в качестве БАДов, в составе мультивитаминных комплексов, в форме растворов для инфузий, даже в составе зубных паст и продуктах питания с целью обогащения пищи витамином. Назначают витамин в12 при различных анемиях, рассеянном склерозе, при недостаточности витаминов группы В, болезнях тройничного нерва и двигательного нейрона, параличе и парезе, при печеночной недостаточности, невралгии и многих других. Часто прием добавок с витамином В12 показан для приверженцев вегетерианского и веганского образа жизни с целью профилактики гиповитаминоза В12 или для устранения авитаминоза В12 и их последствий для организма ,по причине недостаточного потребления продуктов содержащих В12 или неупотребления их вовсе.
Получение витамина в12 осуществляют путем микробиологического синтеза из таких организмов, как актиномиценты, водоросли одноклеточные, а также фото- и метано синтезирующие бактерии. Например, источником В12 служат пропионовокислые бактерии, которых культивируют на средах с глюкозой, неорганическими солями, хлоридом кобальта, казеиновым гидролизатом и витаминами. Затем в среду добавляют 5,6-диметилбензимидазол( предшественник витамина), наблюдается активный рост в течение 5-6 суток и синтез витамина с выходом около 5,6-8,7 мг/л. Для более успешного синтеза и высокого выхода витамина активно также используют кукурузный субстрат и мутант пропионовокислых бактерий, выход витамина может составлять в таком случае до 30 мг/л витамина В12.
Действие на организм:
При пероральном попадании в организм В12 связывается с белком слюны — R-протеином, который защищает его в желудке от действия соляной кислоты. При поступлении в желудок, витамин, освободившись от R-протеина, соединяется с гликопротеидом – внутренним фактором Касла (Кастла) (который в свою очередь, вырабатывается париетальными клетками фундальных желез, расположенных в области дна тела и интрамедиальной части желудка) – проводящего его через агрессивную среду желудочного сока, защищая его от пищеварительных ферментов, а также от микрофлоры кишечника. В соединении с гликопротеидом В12 становится способен проникнуть через эпителиальные клетки подвздошной кишки и далее с помощью транспортных белков крови (альфа- и бетаглобулинов) в виде гидроксикобаламина разносится по организму и главным образом попадает в печень.
Сам по себе кобаламин не активен, для включения себя в два основных процесса — окисления остатка жирных кислот и трансаминирования аминокислоты гомоцистеина с последующим образованием метионина — принимает две коферментные формы: дезоксиаденозин-кобаламин и метилкобаламин соответсвенно.
Дезоксиаденозин-кобаламин участвует в реакции изомеризации – переноса радикальной группы на место водорода, а водорода на свободную связь углерода. В реакциях окисления незаменимых аминокислот (валин, изолейцин, цистеин и т.д.), это приводит к образованию большого количества энергии в виде сукценил-SKoA, используемого в цикле трикарбоновых кислот.
Метилкобаламин помогает образованию метионина из гистидина. Метионин является предшественником таких незаменимых веществ, как – адреналин, креатин, карнитина и др. Кроме того, реакция образования метионина способствует удержанию фолиевой кислоты (Витамин В9) внутри клетки.
Гиповитаминозы проявляются чаще всего не в следствии неправильного питания, а из-за нарушения в одном из звеньев проникновения кобаламина в организм, будь то дефицит внутреннего фактора Касла, поражение эпителиальных клеток нисходящей части подвздошной кишки и прочие нарушения мешающие нормальному транспорту витамина. Как правило, дефицит можно восполнить добавлением в рацион витамина В12 или применением инъекционных форм цианокобаламина (Естественно, это не будет являться лечением основного заболевания в большинстве случаев).
Цианокобаламин вводят интраназально, перорально и парентерально, тогда как гидроксокобаламин вводят только парентерально. Хранится витамин в основном в печени, но в костном мозге также содержится значительное количество поглощенного витамина В12. Этот витамин проникает через плаценту и распространяется в грудное молоко. Энтерогепатическая рециркуляция сохраняет системные запасы. Период полувыведения составляет около 6 суток (а в печени в среднем 400 дней). Ликвидация происходит главным образом через желчь. Однако избыток цианокобаламина из организма экскретируется и в неизмененном виде с мочой.
Из культуральной жидкости выделяют витамин, с помощью экстракции применяя органические растворители, ионообменной хроматографией. Если необходим витамин В12 для животноводческих целей, то продуцентами могут служить метанобразующие бактерии, а для медицинского использования витамин В12 получают обычно из бактерий Propionibacterium shermanii.
LD50 при внутривенном введении — мышь — 2 г / кг
Источник