что такое синтез витаминов
Как делают витамины. Секреты производства
Синтетические витамины – препараты, получаемые химическим путем. Данные медикаментозные средства выпускаются фармацевтической промышленностью по специальным технологиям.
Благодаря современным методам производства удается получить прекрасно усваиваемые организмом качественные препараты, в которых полностью сохранены все полезные свойства натуральных природных витаминов.
Примеры. Витамины группы В изготавливают из естественного сырья (добывают из природного источника). Производители применяют инновационный синтез микроорганизмов. Аскорбиновая кислота выделяется из природных сахаров (глюкоза), а при изготовлении витамина Р используют черноплодную рябину и цитрусовые. Для получения высокой биологической активности в витаминные препараты добавляют специальные вещества.
Например, аскорбиновую кислоту изготавливают с добавлением:
Витаминные препараты модифицируются фармацевтическими предприятиями, что необходимо для их лучшего усвоения в организме. Например, витамин С предлагается в виде препарата аскорбат кальция. Это вещество не такое кислое, как аскорбинка. Аскорбиновую кислоту не все могут принимать. Люди с болезнями органов пищеварения, у которых диагностирована повышенная кислотность желудочного сока после приема аскорбиновой кислоты страдают от изжоги, а аскорбат кальция принимают без проблем.
Никотиновая кислота (витамин РР) у некоторых пациентов приводит к появлению аллергических реакций. Сейчас для таких больных разработаны специальные витаминные комплексы с никотинамидом, которые не дают аллергии и могут приниматься большим количеством людей разного возраста.
СИНТЕЗ ВИТАМИНОВ
СИНТЕЗ ВИТАМИНОВ МИКРООРГАНИЗМАМИ-ПРОБИОТИКАМИ
КОРОТКО О ВИТАМИНАХ
ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ КЛЕТОЧНОГО ПИТАНИЯ ОРГАНИЗМА
На рисунке обозначены пятерка групп обязательных факторов питания клеток человеческого организма: 20 аминокислот, 15 минералов, 12 витаминов, 7 ферментов и 3 вида незаменимых жирных кислот:
Хочется спросить: как же эволюция допустила такую ошибку? Почему, коль скоро витамины так важны, они не синтезируются в организме в достаточном количестве? Обзавёлся бы человек ещё десятком ферментов — мог бы питаться одной кашей, одной картошкой, одним мясом без овощей или питательным коктейлем простого состава… Но в том-то и дело, что почти на всём протяжении истории вида наша всеядность исправно обеспечивала приток этих веществ. Их синтезировали другие организмы, располагавшие нужными ферментами, — растения и животные, которые затем попадали в желудки к нашим предкам. Потому-то, наверное, ферменты и приспособились использовать молекулы, поступающие с пищей, для того, чтобы эффективней проводить реакции. И только когда в рационе начинает чего-то не хватать, выясняется, как сильно это что-то нам нужно…
В настоящее время известно 13 витаминов, из них 9 водорастворимых и 4 жирорастворимых
Жирорастворимые витамины (A, D, Е, К) имеют особенность давать серьёзные осложнения, если их принимать в больших дозах.
Водорастворимые витамины (витамины С, Р и витамины группы В) выводятся из организма с мочой, если их доза избыточна, а с жирорастворимыми этот фокус не проходит. Известны случаи, когда полярники умирали от гипервитаминоза А, съев печень белого медведя. Дело в том, что печёнки позвоночных животных в холодных арктических районах накапливают особенно много этого витамина.
СИНТЕЗ ВИТАМИНОВ БАКТЕРИЯМИ ПРОБИОТИКАМИ
Витамины в народном хозяйстве синтезируют в основном химическим путем или получают из естественных источников. Однако эргостерин, рибофлавин (В2), витамин В12 и аскорбиновую кислоту (используются как селективные окислители сорбита в сорбозу) получают микробиологическим путем. Следует подчеркнуть, что ферментирование молока или иной пищевой среды пробиотическими культурами позволяет качественно обогатить продукты витаминами, по отношению к которым их бактерии-продуценты являются автотрофными микроорганизмами.
O промышленном синтезе витаминов см. ниже →
Микроорганизмы (бактерии) содержат достаточно много витаминов, которые чаще всего входят в состав их ферментов. Состав и количество витаминов в микробной биомассе зависят от биологических свойств культуры микроорганизмов и условий культивирования (изменяя условия питательной среды, содержание отдельных витаминов можно увеличить). Некоторые витамины микроорганизмы могут синтезировать, другие напротив могут только усваивать в готовом виде из окружающей среды. Культура, способная синтезировать какой-либо витамин, называется автотрофной по отношению к нему, если культура не способна синтезировать витамин, обязательно необходимый для свей жизнедеятельности (роста клеток), то она является гетеротрофной (или авто-гетеротрофной), а соответствующий витамин относится к группе ростовых веществ, т.е. является обязательным фактором роста для данных микроорганизмов (Прим.: именно эти свойства микроорганизмов были учтены при создании инновационных бактериальных пробиотических заквасок для производства максимально витаминизированных кисломолочных биопродуктов).
КАКИЕ ВИТАМИНЫ СИНТЕЗИРУЮТ ПРОБИОТИЧЕСКИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ
ВИТАМИНЫ ГРУППЫ В
Все витамины группы В обеспечивают нормальное функционирование нервной системы и отвечают за энергетический обмен. Деятельность иммунной системы, эффективность роста и размножения клеток тоже во многом зависят от этого комплекса. Современным людям, имеющим дело с умственными и эмоциональными нагрузками, стрессами, хроническими болезнями, витамины группы В нужны в больших количествах.
Витамины группы В были поэтапно открыты на протяжении первой половины прошлого века. При этом часто их «открывали» несколько раз под разными названиями, поэтому до сих пор существует некоторая путаница в их названиях. Со временем ученые установили точное строение каждого витамина из группы В и в результате стало ясно, что некоторые из веществ, названных витаминами, таковыми не являются. Например, витамин В11 полностью совпадает по формуле с аминокислотой L-карнитииом.
Сегодня официально признается наличие семи (!) витаминов группы В:
Это витамин В1 (тиамин), витамин В2 (рибофлавин), витамин В3 (РР или никотиновая кислота), витамин В5 (пантотенова кислота), витамин В6 (пиридоксин), витамин В9 (фолиевая кислота), витамин В12.
Все витамины группы В активно участвуют в качестве коферментов в клеточном обмене веществ. Они способствуют активизации работы клеток головного мозга (нейронов), улучшению передачи нервных импульсов как внутри головного мозга, так и по периферической нервной системе. Каждый из витаминов группы В имеет свою «специализацию» и поэтому является жизненно необходимым витамином для организма человека.
! Витамин В1 (тиамин) влияет на нервную систему и умственные способности. Поэтому при его нехватке резко ухудшается память, путаются мысли (тиамин участвует в снабжении мозга глюкозой). Мы не должны испытывать недостатка в этом витамине, поскольку он легко усваивается и быстро попадает в кровь. Плюс, он есть во многих продуктах: злаках, рисе, бобовых. Однако надо учесть, что тиамин находится в основном в шелухе зерновых, поэтому в обработанной крупе его намного меньше. Кстати, по некоторым данным витамин В1 уменьшает зубную боль после стоматологических операций.
! Витамин В2 (рибофлавин) участвует в работе любой клетки организма, во всех обменных процессах. Важен для зрения, нормального состояния кожи и слизистых оболочек, для синтеза гемоглобина. При его нехватке занятия спортом принесут скорее усталость, чем бодрость, поскольку усилия не будут «превращаться в мышцы». Витамин В2 чувствителен к воздействию света. Чрез 3 часа на свету в продукте разрушится 70% рибофлавина. Поэтому, например, молочные продукты выпускают в непрозрачных пакетах. Зато витамин В2 хорошо переносит высокие температуры. Основные его источники: мясо, молоко, печень и орехи. Витамин В2 имеет желтый цвет и используется в пищевой промышленности (краситель Е101).
Ниацин очень важен не только для физического, но и для нервного здоровья, а если вспомнить, что изначально витамин ВЗ считали лекарством от пеллагры, признаками которой являются гнойники, то становится понятно, что он необходим и для здоровой кожи.
Витамин В4 ( холин) улучшает память, способствует транспорту и обмену жиров в печени. Под его воздействием улучшается обмен веществ в нервной ткани, предотвращается образование желчных камней, нормализуется обмен жиров. В большом количестве содержится в яйцах и субпродуктах.
! Витамин В5 (пантотеновая кислота) хоть и содержится почти во всех продуктах, однако дефицит его все же возможен: в замороженных продуктах витамина В5 меньше уже на треть, половина ниацина теряется при термической обработке. Заметить его нехватку просто: если часто затекают руки и ноги, в пальцах возникает ощущение покалывания, необходимо принимать витамин дополнительно. Большое количество пантотеновой кислоты требуется мозгу, поскольку без этого витамина до него не будут доходить сигналы от органов чувств. В5 также учасвует в синтезе кофермента А, который снабжает клетки организма энергией, помогает «сжигать жир» и снижает уровень холестерина.
Также В6 способствует образованию красных кровяных телец и гликогена. Вытяните руку ладонью вверх, затем постарайтесь согнуть два концевых сустава на четырех пальцах (ладонь не следует сжимать в кулак) до тех пор, пока кончики пальцев не коснутся ладони. Если это удастся с трудом, то у вас недостаток В6.
Витамин В8 (инозитол) уменьшает накопление жира в печени, восстанавливает структуру нервной ткани, работает как антиоксидант и антидепрессант, нормализует сон, оздоравливает кожу. Вырабатывается самим организмом, в продуктах питания не содержится.
Витамин В10 ( парааминобензойная кислота ) активизирует кишечную флору, участвует в процессе усвоения белка и в производстве красных кровяных телец. Важна для здоровья кожи. Содержится в пивных дрожжах, молоке, яйцах, картофеле.
! Витамин В12 (кобаламин, цианокобаламин) нельзя обнаружить ни в одном продукте растительного происхождения: ни растения, ни животные его не синтезируют. Витамин В12 вырабатывается микроорганизмами, в основном бактериями, сине-зелеными водорослями, актиномицетами и накапливается в основном в печени и почках животных. Поэтому у вегетарианцев всегда наблюдается дефицит этого витамина. В12 защищает от разрушения нервные волокна. Его нехватка вызывает депрессию, спутанность сознания, склероз. Без витамина В12 нарушается кроветворение, это приводит к внезапным кровотечениям из носа, тошноте, анемии. Дефицит витамина В12 проявляется в мышечной усталости и очень быстрой утомляемости.
Как определить дефицит витаминов группы В
Чтобы определить дефицит витаминов группы В, стоит в первую очередь обратить внимание на состояние нервной системы.
Несмотря на то, что витамины группы В принимают участие во всех процессах метаболизма, именно нервная система страдает первой. Проявления гиповитаминоза могут быть разными. Как правило, первые симтомы размыты и могут долго оставаться незамеченными человеком.
Это и повышенная утомляемость, слабость, хроническая усталость, снижение памяти и работоспособности. Но если на них не обратить внимания, то возникают и серьезные неврологические нарушения: покалывание и онемение пальцев рук и ног, страхи, нервозность, депрессия, нарушения сна.
В высоких дозах витамины группы В нужны женщинам в период беременности и лактации, при использовании гормональных контрацептивов, при острых соматических и инфекционных заболеваниях. А также людям с патологией желудочно-кишечного тракта, особенно при синдроме мальабсорбции, когда нарушено всасывание питательных веществ и витаминов.
Заболевания органов пищеварения влекут нарушение микрофлоры кишечника, что сказывается на синтезе и усвоении витаминов группы В.
Однако помните, что эти витамины плохо усваиваются при одновременном употреблении не только алкоголя, сахара, но и любых витаминов другой группы, антибиотиков, противотуберкулезного препарата изониазида, противосудорожных препаратов, а также сорбентов.
В1-авитаминоз (бери-бери) формируется при длительном употреблении пищи с недостатком витаминов В. В прошлом, из-за питания исключительно полированным рисом, в страны Южной и Восточной Азии, очень часто встречалось недостаточность витаминов В. При алкоголизме, беременности, хронических и острых заболеваний тонкой кишки, возможны нарушения усваивания витаминов В.
Лечение проводится в стационаре с помощью постельного режима и больших доз витамина В1 и других витаминов группы В. Положительный эффект имеет пища с большим количеством протеинов.
Для избежания гиповитаминоза, рекомендуется сбалансированное питание, пища с высоким содержанием витаминов В, в частности В1 (хлеб, бобы, крупы), и витаминные препараты. Рекомендуются уколы растворов витамина В1 при нарушении поглощения витамина В1 в желудочно-кишечном тракте.
Гиповитаминоз В2. Начальными симптомами считаются трещины в углах рта, глоссит, хейлит, себорейный дерматит (на шее, лице, ушах). При тяжелых формах, заметно проявляются выпадение волос, мышечная слабость, поражения роговицы.
Гиповитаминоз В12. Из-за нехватки витамина В12 развиваются злокачественная макроцитарная мегалобластическая анемия, нарушения кроветворная функции, неврит, глоссит, гастрит. При характерной анемии гиповитаминоза В12 обязательно надо исключить инвазии гельминтами (они потребляют большое количество витамина В12). Похожая анемия обнаруживается при нехватки фолиевой кислоты.
ПРОМЫШЛЕННЫЙ БИОСИНТЕЗ ВИТАМИНОВ
ВВЕДЕНИЕ. Витамины используются как лекарственные препараты, а также как пищевые и кормовые добавки. Мировой объем рынка витаминов составляет около 3 млрд долл. США в год. Большинство витаминов получают путем химического синтеза или экстракции из растительного материала. Биотехнологическим путем производятся витамины В2, В12 и С.
ВИТАМИН В2 (РИБОФЛАВИН). Рибофлавин в форме ФМН или ФАД – важнейший кофермент в окислительно-восстановительных процессах. В свободном виде рибофлавин присутствует только в молоке. Недостаток этого витамина в пище приводит к кожным патологиям, нарушению роста и глазным болезням. У животных рибофлавин образуется в сложной многостадийной реакции из гуанозинтрифосфата. В промышленности витамин В2 получают одним из трех способов: химическим синтезом, ферментацией или химико-ферментативным методом. В последние годы по экологическим и экономическим соображениям стали использовать ферментативные технологии. Рибофлавин производят путем ферментации штаммами-суперпродуцентами Ashbya gossypii. В биореактор в качестве источника углерода добавляют мелассу, а в качестве источника азота – соевая мука; выход рибофлавина составляет до 15 г/л за 72 ч. После удаления клеток продукт очищают хроматографически. При химико-ферментативном методе получения витамина В2 аллоксазиновое кольцо синтезируют химическим способом, а затем также путем химической реакции соединяют его с остатком D-рибозы, которую в свою очередь получают из D-глюкозы в клетках мутантных штаммов Bacillus pumilus. Такой метод пока не нашел широкого применения в промышленности.
ВИТАМИН В12 (ЦИАНОКОБАЛАМИН). В качестве кофермента производное витамина В12 (5′-дезоксиаденозилкобаламин) участвует в чрезвычайно важных реакциях метилирования и изомеризации. Этот витамин является необходимым компонентом пищи человека и большинства животных. При недостатке витамина В12 в пище может развиться так называемая злокачественная (пернициозная) анемия. Около половины производимого в мире витамина В12 используется в качестве кормовых добавок при разведении сельскохозяйственных животных. Биосинтез из почти 30 реакций включает стадию образования 5′-дезоксиаденозилкобаламина через 5-амино-4-оксовалериа новую (δ-аминолевулиновую) кислоту при конденсации сукцинил-КоА и глицина. Промышленное производство витамина В12 осуществляется исключительно ферментацией с использованием Propionibacterium shermanii или Pseudomonas denitrificans. В биореакторы в качестве сырья добавляют мелассу и аммонийные соли, а также вещества-предшественники – соли кобальта и 5,6-диметил-бензимидазол. Через 120 ч после начала ферментации содержание витамина В12 в среде может достигать 150 мг/л. К настоящему времени клонированы все гены Propionibacterium shermanii, продукты которых участвуют в биосинтезе витамина В12, а методами метаболической инженерии ведутся работы по созданию новых штаммов-суперпродуцентов.
ВИТАМИН С (L-АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА). Аскорбиновая кислота является «физиологическим восстановителем» и участвует во многих реакциях как кофактор, а также служит в качестве антиоксиданта, восстанавливающего кислородные радикалы. Дефицит витамина С приводит к возникновению цинги (скорбута) – заболевания соединительной ткани. Аскорбиновая кислота продается в аптеках, ее также добавляют в продукты питания в качестве антиоксиданта. Годовое производство витамина С достигает 95 000 т. Промышленный способ получения аскорбиновой кислоты из D-глюкозы основан на комбинации химического синтеза и ферментации. По методу Рейхштейна–Грюсснера реакция окисления D-сорбита в L-сорбозу осуществляется в непрерывном режиме с помощью иммобилизованных клеток Acetobacter suboxydans в две стадии. При этом необходима интенсивная и постоянная подача воздуха в реактор. Через 24 ч ферментации выход продукта практически количественный. По методу Соноя мы происходит окисление D-глюкозы клетками Erwinia sp. до 2,5-диокси-D-глюкозы с последующим восстановлением до 2-оксо-L-гулоновой кислоты с помощью Corynebacterium sp.; эффективность переработки сырья на первой стадии составляет 94% через 24 ч, а на второй – 92% через 66 ч. Затем образовавшаяся 2-оксо-L-гулоновая кислота легко превращается в кислых условиях в L-аскорбиновую. Гены ферментов, которые осуществляют две указанные реакции, в настоящее время клонированы, и специалистами фирмы Genentech получен рекомбинантный штамм Erwinia herbicola, который осуществляет весь процесс превращения D-глюкозы в 2-оксо-L-гулоновую кислоту с последующим окислением в L-аскорбиновую кислоту. Однако рост клеток полученного рекомбинантного штамма Erwinia herbicola значительно замедляется в присутствии D-глюкозы, поэтому пока этот метод получения витамина С экономически невыгоден.
Будьте здоровы!
ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ
Что такое синтез витаминов
По химической природе витамины представляет собой сборную группу органических веществ, которые объединяются по признаку абсолютной необходимости их в качестве составной части пищи.
Витамины содержатся в пищевых продуктах в очень малых количествах и относятся к микронутриентам.
Не относят к витаминам микроэлементы, незаменимые аминокислоты и незаменимые жиры.
Из-за отсутствия точного определения к витаминам в разное время причислялись различные вещества.
В настоящее время известно 13 витаминов
Уже более века ученые всего мира стараются решить вопрос сохранения макро- и микроэлементов в переработанных продуктах питания.
Фактически, усилия по решению этой самой проблемы в начале 1900-х годов, привели к разработке современных популярных биологически активных добавок к пище – поливитаминов и минеральных добавок.
Но до того, естественно, необходимо было обнаружить вещества, которые теперь мы называем витаминами.
В начале 20 века в продуктах питания были выявлены лишь макроэлементы – белки, жиры и углеводы.
Основной причиной различных заболеваний считались плохое санитарное состояние и отсутствие достаточных гигиенических навыков.
Именно поэтому в отношении отдельных пищевых продуктов применялись методы обработки, включающие в себя обработку стерилизующими растворами для избавления от бактерий и плесени, а также полировку зерна и лущение (обдирка) – удаление наружных оболочек зерна. Таким образом добивались продления сроков годности отдельных видов пищевой продукции, однако при этом не учитывались отрицательные последствия, о которых просто не знали в то время.
Так, полировка и лущение зерна уничтожали витамин В и приводили к повышению заболеваемости такими тяжелыми болезнями, как пеллагра (заболевание, связанное с дефицитом ниацина) и бери-бери (болезнь, связанная с дефицитом витамина B1/тиамина).
В результате стерилизации разрушался витамин С, содержащийся в молоке, что привело к повышению заболеваемости цингой среди детей в богатых семьях.
Следует отметить, что такие проблемы возникали в группах достаточно обеспеченных людей, имеющих доступ к «лучшей, более качественной и безопасной», как они думали, пище.
Открытие витаминов
Конечно, такие изменения в структуре заболеваемости не могли не привлечь внимание ученых.
Так, в 1905 году англичанин Уильям Флетчер, исследуя причины возникновения болезни бери-бери, сделал открытие, что употребление неочищенного риса препятствует развитию данного заболевания.
У. Флетчер предположил, что в процессе полировки риса были удалены особые питательные вещества, содержащиеся в лузге риса, которые могут предотвратить бери-бери.
В 1906 году английский биохимик сэр Фредерик Гоуленд Хопкинс также обнаружил, что определенные факторы питания (белки, углеводы, жиры и минералы) имеют важное значение для роста и развития человека. Его работа была удостоена вместе с Кристианом Эйкманом Нобелевской премии в 1929 году.
Вместе Фредерик Гоуленд Хопкинс и Казимир Фанк сформулировали гипотезу о витальной недостаточности, в соответствии с которой недостаток витаминов может вызвать различные заболевания.
Первые витамины
Открытие витаминов породило новое направление в фармацевтической индустрии – производство витаминных продуктов, которые обычно содержали витамин B из дрожжевых культур (в тот момент отдельные витамины группы В еще не были идентифицированы), концентраты железа и другие ингредиенты.
Чрезвычайно популярны были таблетки Vitamon, содержащие витамины A, B и C, железо, кальций, и Nux vomica, гомеопатическое средство от изжоги. На этикетке данного средства была представлена следующая информация: «Этот препарат содержит витамины вместе с другими ингредиентами, которые помогут улучшить аппетит, пищеварение, очистят кожу от прыщей и фурункулов, предотвратят нервное и физическое истощение, очистят организм, повысят энергию и помогут в наборе веса при недоедании».
Медицинское сообщество крайне скептически относилось к таким заявлениям, считая, что такая информация о свойствах поливитаминов вводит потребителя в заблуждение.
Несмотря на критику, в 1922 году в медицинском журнале появилась статья, рекламирующая поливитамин Metagen, произведенный ведущей фармацевтической компанией «Parke, Davis & Co.» (теперь входит в состав фармацевтической компании Pfizer, США).
Продукт Metagen содержал витамины А, В и С и, согласно обзору журнала «Американский семейный врач», положительно влиял на здоровье всей семьи, включая младенцев и людей с серьезными заболеваниями.
Примерно в то же время Американская медицинская ассоциация одобрила витаминный препарат Oscodal, созданный К. Фанком. Человек, открывший витамины, изобрел процесс получения витаминов А и Д из рыбьего жира.
В 30-е годы были обнаружены новые витамины, а также началась разработка новые поливитаминных продуктов.
Изначально витаминные ингредиенты извлекались из пищевых продуктов, однако уже в конце 30-х годов были разработаны методы синтеза их в лаборатории, что привело к сокращению затрат и созданию условий для более широкого использования витаминов.
В 1941 году в США была организована Национальная конференция по вопросам питания для обороны, результатом которой стал первый список рекомендованных правительством микроэлементов (RDA), включающий в себя 6 витаминов и 2 минеральных вещества.
Разнообразие поливитаминов в наше время
С течением времени в состав поливитаминов включались все новые и новые микроэлементы, были разработаны строгие правила, регламентирующие качество и безопасность таких продуктов.
Сегодня у нас есть огромное количество разнообразных поливитаминов: из натуральных ингредиентов и синтетические, из растительного и животного сырья, не содержащие ГМО, сои и глютена и прочие.
Поливитамины теперь разделяются не только по возрастным группам, начиная от младенческого возраста, но также существуют поливитамины для разных этапов жизни (беременность, менопауза и др.), при различных патологических состояниях и заболеваниях.
Формы выпуска поливитаминов также разнообразны: таблетки, капсулы, порошки, жидкости, сиропы и пр.
У нас больше нет проблем?
Несмотря на более чем столетние исследования и инновации население планеты продолжает страдать от несбалансированного рациона и дефицита макро- и микронутриентов.
И хотя в настоящее время дефицит может быть недостаточно серьезным, чтобы проявляться в виде таких тяжелых заболеваний как бери-бери или пеллагра, он все равно влияет на наше здоровье.
К сожалению, большинство людей просто не получают в достаточном количестве питательные вещества, в которых они нуждаются, даже если они считают, что придерживаются здорового питания.
В 2016 году было проведено исследование, в котором участвовало более 10000 человек, продемонстрировавшее, что люди, принимающие поливитамины, имеют значительно меньший дефицит витаминов и минералов, чем люди, придерживающиеся обычного питания, без применения БАД к пище.
Люди, принимающие поливитамины и минеральные добавки не менее 25 дней в месяц