Вітаміни. Загальні відомості

Зміст

1. Вступ………………………………………………………………………….
2. Вітаміни. Загальні відомості………………………………………………..
3. Виробництво вітамінів із дріжджів………………………………………...
4. Питні дріжджі ……………………………………………………………….
5. Червоні дріжджі ……………………………………………………………..
6. Потреба дріжджів у вітамінах………………………………………………
7. Стандартні середовища для фізіологічних тестів…………………………
8. Виробництво кристалічного β-каротину з моркви………………………...
9. Лікарські форми вітамінів…………………………………………………..
10. Висновки…………………………………………………………………….
11. Список літератури…………………………………………………………..

 

Вступ

Каротин — жовто-жовтогарячий пігмент, неграничний вуглеводень із групи  каротиноїдів.

Емпірична формула С40H56. Не розчинний у воді, але розчиняється в органічних розчинниках. Утримується в листах усіх рослин, а також у корені моркви, плодах шипшини й ін. Є провітаміном вітаміну А. Зареєстрований у якості харчової добавки Е160a.

Розрізняють два ізомери каротину: α-каротин і β-каротин. β-каротин  зустрічається в жовтих, жовтогарячих і зелених листах фруктів і  овочів. Наприклад, у шпинаті, салаті, томатах й інших.

Незважаючи на те, що каротин може бути отриманий за допомогою хімічного  синтезу, його роблять переважно  із природної сировини.

У якості джерел каротину використовують рослини (наприклад, гарбуз, морква), бактерії (деякі штами стафілококів), водорості  й гриби з високим змістом  цільової речовини. 

 Вітаміни. Загальні відомості

 

Витамины (від лат. vita - життя), група органічних сполук різноманітної хімічної природи, необхідних для харчування людини, тварин і інших організмів у незначних кількостях у порівнянні з основними живильними речовинами (білками, жирами, вуглеводами й солями), але, що мають величезне значення для нормального обміну речовин і життєдіяльності.

Першоджерелом вітамінів служать головним чином  рослини. Людей і тварини одержують  вітамінів безпосередньо з рослинною  їжею або побічно - через продукти тваринного походження. Важлива роль в утворі вітамінів належить також  мікроорганізмам. Наприклад, мікрофлора, що живе в травному тракті жуйних тварин, забезпечує їхніми вітамінами групи  В. Вітаміни надходять в організм тварин і людину з їжею, через  стінку шлунково-кишкового тракту, і утворюють численні похідні (наприклад, ефірні, амидні, нуклеотидні й ін.), які, як правило, з'єднуються зі специфічними білками й утворюють багато ферментів, що ухвалюють участь в обміні речовин. Поряд з асиміляцією в організмі безупинно відбувається дисиміляція вітамінів, причому продукти їх розпаду (а іноді й малозмінені молекули ) виділяються назовні. Недостатність постачання організму вітамінами  веде до його ослаблення, їх різкий недолік - до порушення обміну речовин і захворюванням - авітамінозом, які можуть минутися загибеллю організму. Авітамінози можуть виникати не тільки від недостатнього вступу вітамінів, але й від порушення процесів їх засвоєння й використання в організмі. 
Основоположник вчення про вітаміни російський лікар Н. І. Лунін установив (1880), що при годівлі білих мишей тільки штучним молоком, що полягають із казеїну, жиру, молочного цукру й солей, тварини гинуть. Отже, у натуральному молоці втримуються й інші речовини, незамінні для харчування. В 1912 польський лікар К. Функ, що запропонував саму назву "Вітаміни", узагальнив накопичені на той час експериментальні й клінічні дані й дійшов висновку, що такі захворювання, як цинга, рахит, пеллагра, бери-бери, - хвороби харчової недостатності, або авітамінози. Із цього часу наука про вітаміни (вітамінологія) початку інтенсивно розбудовуватися, що пояснюється їхнім значенням не тільки для боротьби з багатьма захворюваннями, але й для пізнання сутності ряду життєвих явищ. Метод виявлення вітамінів, застосований Луніним (зміст тварин на спеціальній дієті - викликання експериментальних авітамінозів), був покладений в основу досліджень. Було з'ясовано, що не всі тварини потребують повного комплексу вітамінів, окремі види тварин можуть самостійно синтезувати ті або інші вітаміни. У той же час багато цвілеві й дріжджові гриби й різні бактерії розбудовуються на штучних живильних тільки середовищах при додаванні до цих середовищ витяжок з рослинних або тваринних тканин, що містять вітаміни. Таким чином, вітаміни необхідні для всіх живих організмів. Вивчення вітамінів не обмежується виявленням їх у природніх продуктах за допомогою біологічних тестів і іншими методами. Із цих продуктів одержують активні препарати вітамінів, вивчають їхня будова й, нарешті, одержують синтетично. Досліджена хімічна природа всіх відомих вітамінів. Виявилося, що багато хто з них зустрічаються групами по 3-5 і більш родинних сполук, що різняться деталями будови й ступенем фізіологічної активності. Була синтезована велика кількість штучних аналогів вітамінів з метою з'ясування ролі функціональних груп. Це сприяло розумінню дії вітамінів. Так, деякі похідні вітамінів із заміщеними функціональними групами виявляють на організм протилежна дія, у порівнянні з вітамінами, вступаючи з ними в конкурентні відносини за зв'язок зі специфічними білками при утворі ферментів або із субстратами впливу останніх.

Вітаміни  мають літерні позначення, хімічні  назви або назви, що характеризують їх по фізіологічній дії. В 1956 прийнята єдина класифікація вітамінів, яка  стала загальновживаною.

Наявність хімічно чистих вітамінів дала можливість підійти до з'ясування їх ролі в обміні речовин організму. Вітаміни або  входять до складу ферментів, або  є компонентами ферментативних реакцій. При відсутності вітамінів в  організмі порушується діяльність ферментних систем, у яких вони беруть участь, а отже, - і обмін речовин. Відомо кілька сот ферментів, до складу яких входять вітаміни, і величезна  кількість каталізуемих ними реакцій. Багато вітамінів - переважно учасники процесів розпаду харчових речовин і звільнення укладеної в них енергії (вітаміни B1, В2, PP і ін.). Беруть участь вони й у процесах синтезу: B6 і В12 - у синтезі амінокислот і білковому обміні, В3 (пантотенова кислота) - у синтезі жирних кислот і обміні жирів, Вс (фолієва кислота) - у синтезі пуринових і пиримідинових підстав і багатьох фізіологічно важливих сполук - ацетилхоліну, глутатиону, стероїдів і ін. Менш вивчена дія жиророзчинних вітамінів, однак безсумнівно їх участь у побудові структур організму, наприклад в утворі костей (вітамін D), розвитку покривних тканин (вітамін А), нормальному розвитку ембріона (вітамін Е и ін.). Таким чином, вітаміни мають величезне фізіологічне значення. З'ясування фізіологічної ролі вітамінів дозволило використовувати їх для вітамінізації продуктів харчування, у лікувальній практиці й у тваринництві. Особливо широко стали застосовуватися вітаміни після освоєння їх промислового синтезу.

Вітамінна промисловість, виробляє синтетичні витамины, коферменти у вигляді чистих кристалічних речовин і готових до застосування форм (драже, таблетки, ампули, капсули, гранули, концентрати) і в невеликих кількостях вітамінні препарати з рослинної й тваринної сировини. Вітаміни підвищують харчову цінність продуктів харчування, застосовуються в лікувальній практиці й для вітамінізації кормів з метою підвищення продуктивності тваринництва.

Виробництво вітамінів у нашій країні організоване на початку 30-х рр. Спочатку випускалися  вітамінні препарати з натуральної  сировини. Потім було освоєне виробництво  синтетичних вітамінів С и K₃. З 1949 за технологією, розробленої радянськими вченими, у промисловому масштабі став освоюватися синтез інших вітамінів, наприклад тіаміну (вітамін B1). В 1950 виробництво вітамінів у СРСР збільшилося в порівнянні з 1940 в 5, 6 рази. ДО 1955 у СРСР минулому розроблені схеми синтезу всіх відомих основних вітамінів. Подальший розвиток вітамінної промисловості зв'язане головним чином з розробкою й впровадженням синтетичних методів виробництва вітамінів. Ці методи по характеру технологічних процесів значно складніше, чим метод витягу вітамінів з натуральної сировини, але вони дозволяють одержувати продукцію в хімічно чистому виді, що має велике значення для їхнього лікувального застосування й точних дозувань при виготовленні кормових концентратів. Крім того, витрати на виробництво синтетичних вітамінів нижче витрат на одержання відповідних вітамінів з натуральної сировини. За 1959-65 у промисловому масштабі освоєний синтез усіх відомих вітамінів і вітамінних препаратів, уведені в лад великі вітамінні підприємства: Білгородський вітамінний і Болоховский (Тульська область) хімічні комбінати, а також значно збільшені потужності підприємств, що раніше діяли. В 1965 обсяг виробництва вітамінної продукції в СРСР збільшився в порівнянні з 1958 в 2, 8 рази, а в 1970 у порівнянні з 1965 в 2, 6 рази. В 1970 випуск синтетичних вітамінів і їх готових форм склав більш 99% усього обсягу виробництва вітамінної продукції.

До специфічних  особливостей синтезу вітамінів  ставляться: багатостадійність процесів; значна матеріалоємність, що обумовлює необхідність розміщення підприємств вітамінних препаратів поблизу сировинних баз; застосування спеціальної апаратури, призначеної для роботи з агресивними середовищами; необхідність вироблення високочистої продукції. Вітамінні заводи - спеціалізовані підприємства. Переважає предметна спеціалізація - здійснення синтезу вітамінів на кожному підприємстві за повною схемою їх виробництва, включаючи й випуск усіх напівпродуктів. З кінця 60-х рр. розширюється більш ефективна - технологічна спеціалізація виробництва напівпродуктів.

Науково-технічні проблеми одержання вітамінів і  їх застосування розробляються в  СРСР в основному у Всесоюзному  науково-дослідному вітамінному інституті, а також у науково-дослідних  організаціях АМН СРСР, АН СРСР і  АН союзних республік, міністерств  і відомств. Питання вдосконалювання  діючих виробництв вирішуються центральними заводськими лабораторіями.

У найбільш розвинених країнах, особливо в США, Японії, Великобританії, Німеччини, Франції, Швейцарії, виробництво вітамінів  досяглося більших розмірів.

Як правило, воно зосереджене в руках хіміко-фармацевтичних фірм.

             

 

Виробництво вітамінів із дріжджів

 

У цей  час чисті препарати вітамінів  одержують головним чином синтетично, у деяких випадках окремі стадії їх утвори виконуються методами мікробіологічного  синтезу. Розповсюджене раніше виробництво  концентратів вітамінів із продуктів  рослинного або тваринного походження зараз майже повністю втратило своє значення.

 У  той же час, деякі вітаміни  одержують за допомогою екстракції  й очищення культуральної рідини або біомаси мікроорганізмів. Поряд з використанням безпосередньо дріжджової біомаси як джерела вітамінів у вигляді дріжджових гідролизатів і пивных дрожжей, деякі дріжджі використовуються для мікробіологічного виробництва чистих вітамінів.

Вітамін D2, кальциферол

Використання  дріжджів для виробництва чистих вітамінів почалося в 1930-х роках  з одержання вітаміну D. З використанням  спеціальних рас Saccharomyces cerevisiae одержують эргостерол, який після опромінення ультрафіолетом модифікується у вітамін D2 (кальциферол).

Існують штами сахаромицетів, що володіють здатністю до гіперсинтезу вітаміну B2 (рибофлавина),які можуть бути використані для одержання цього вітаміну.

 З  базидиомицетових дріжджів, що володіють здатністю до інтенсивного синтезу каротиноидов, одержують препарати β-каротину, що є попередником вітаміну A, і астаксантина.

Питні дріжджі

 

Дріжджовий  осад, що залишається після сбраживання пивного сусла, здавна використовують для одержання різних корисних речовин, зокрема дріжджових гідролізатів і автолизатів. Гідролізати дріжджів одержують, нагріваючи дріжджову біомасу при 100°C у кислому середовищі. Більша частина білків при цьому гідролізується до амінокислот. Потім препарат нейтралізують і концентрують у вигляді густої пасти або висушують. При одержанні дріжджових автолизатів руйнування клітинних компонентів відбувається під дією ферментів самої дріжджової клітки. Цей процес протікає у звичайних умовах в або при невеликому нагріванні дріжджового осаду без живильних речовин до 50°C і звичайно триває протягом 1-2 доб. За цей час близько половини всіх білків у дріжджових клітках розщеплюється до амінокислот.

Дріжджові гідролизати широко застосовуються в якості джерела вітамінів і амінокислот у медицині, у мікробіології при складанні живильних. середовищ Дріжджові гідролизати й автолизати мають здатність надавати харчовим продуктам присмак м'яса, або підсилювати такий смак, тому вони широко використовуються в харчовій промисловості для готування різних приправ, у якості смакових добавок у готові продукти (наприклад, у картопляні чіпси).

Великою популярністю користуються пивні (питні) дріжджі, що приготовляемые на основі частково гідролизованої дріжджової біомаси. Вони використовуються як джерело витаминов (вітамінівчерга В1 і В2, а також РР, В3, В4, В6, Н), незамінних амінокислот і жирних кислот і широко застосовуються в медицині, ветеринарії, косметології, диєтології.

Червоні дріжджі

 

 Багато  дріжджів синтезують велика кількість  каротиноїдів, що надають їхнім колоніям червону, рожеву, жовтогарячу або жовте фарбування. Здатність до утвору каротиноїдів і формування пофарбованих колоній зустрічається тільки серед базидиомицетових дріжджів, тобто ставиться до признакам аффинитета.  Найбільш характерний утвір каротиноїдів для пологів Rhodosporidium, Cystofilobasidium, Sporidiobolus, і їх анаморф Rhodotorula, Cryptococcus, Sporobolomyces. До найпоширеніших каротиноїдів ставиться β-каротин.

β-каротин

Це широко розповсюджена сполука, що зустрічаються  також у багатьох рослинах і грибах.β-каротин  є попередником вітаміну A і його промислове одержання становить  інтерес для медицини й деяких інших областей. Розроблені й застосовуються біотехнологічні процеси одержання β-каротину з використанням червоних дріжджів, наприклад Rhodotorula glutinis.

У базидиомицетових дріжджів зустрічаються й інші види каротиноїдів. Наприклад, червоні дріжджі Phaffia rhodozyma утворюють каротиноїд астаксантин.

 

 

 

Астаксантин

Астаксантин - широко розповсюджений у природі  каротиноїдний пігмент яскраво-червоного фарбування. На відміну від β-β-каротинамає два додаткові атоми кисню на кожному з кілець. Уперше був виділений з омарів в 1938 році, зараз виявлено в тканинах багатьох рослин і тварин. Особливо у великій кількості втримується в тканинах креветок, крабів, лососевих риб, надаючи їм червоний колір.

Астаксантин є одним з найбільш активних антиоксидантів і використовується в медицині для  лікування ряду захворювань. Препарати  астаксантина широко використовуються в якості кормової добавки в рибництві, особливо при вирощуванні лососів.

Основним  джерелом для одержання астаксантина служить водорість Haematococcus инцистированные  клітки якої містять до 4% каротиноїду. Астаксантин був виявлений також у дріжджах Phaffia rhodozyma (телеоморфа Xanthophyllomyces dendrorhous). Генетично модифіковані штами Phaffia містять до 1-2% астаксантина й можуть також використовуватися для промислового одержання цього каротиноїду.

Клітки  овальні або круглі, іноді подовжені. Брунькування дійсне, многостороннее. Може формуватися примітивний псевдомицелий, але истинного мицелия не утворюють. Диплоідизація відбувається в результаті злиття двох гаплоїдних кліток (гологамия).Вегетативно розмножуються в основному диплоїдні клітки. Аски утворюються переважно з вегетативних диплоидных кліток. Аски круглі або овальні, при дозріванні спор не розкриваються. Аскоспори круглі або слабоовальні, безбарвні, гладкі, 1-4 в аске. Усі види активно сбраживають цукор. Дріжджі цього роду з давніх часів поширені в кустарному виноробстві й широко використовуються в різних галузях бродильної промисловості, у зв'язку із чим вони більш усіх інших дріжджів вивчені в різних аспектах. Їхня систематика, однак, багаторазово переглядалася. Центральний вид - Saccharomyces cerevisiae відомий у десятках синонімів, які в цей час розглядаються як виробничі раси, але не самостійні види.

             

 

Потреба дріжджів у вітамінах

 

Одна  з характеристик, використовуваних для таксономического опису дріжджів - потреба у вітамінах. Більш 80% усіх відомих видів дріжджів не здатні до росту на середовищі, що не містить  вітаміни (ауксотрофні). Найбільше число видів ( близько 65%) потребує біотину й тіаміні. З інших вітамінів у таксономії дріжджів використовується визначення потреби в рибофлавіні, пантотеновій кислоті, піридоксині, інозиті й нікотиновій кислоті.