发酵工艺:维生素K2发酵生产工艺及其应用

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一、维生素K2的简介

维生素K并非单一物质,而是一类具有醌类结构的脂溶性化合物。自然界中的维生素K主要有两种类型, 第一种是维生素K1,也称为叶绿醌,主要来自于植物;第二种是维生素K2,也称为甲萘醌,主要由微生物代谢产生, 最初是从纳豆中分离得到。人工合成的有维生素K3、K4、K5和K7等。

纯品维生素K2为黄色粉末,其结构是由一个甲基萘醌母环和一条位于母环C3位置上的异戊二烯侧链组成,根据侧链上异戊二烯单元个数差异,维生素K2共分为14种,以MK-n表示(如下图),MK-7即表示侧链上含有7个异戊二烯单元的维生素K2,在纳豆中所含的维生素K2中绝大部分即是MK-7,大约占98%,剩下的还有少量的MK-4。

二、维生素K2的生理功能

维生素K2有助于血液凝固:

在体内,维生素K作为一个辅因子参与某些蛋白质中谷氨酸残基转移后的y-羧化作用。这些蛋白质包括维生素依赖性的凝血因子II(凝血素)、VII(前转化素)、IX(克雷斯马斯因子)、X(斯图亚特因子)、蛋白质C、蛋白质S、蛋白质Zv和生长抑制专一因子(Gas6)。

维生素K2可能直接参与骨骼代谢:

研究人员已经在人体骨骼中发现两种维生素依赖性蛋白--骨钙素,也被称之为Y羧基谷氨酸(骨Gla蛋白或者BGP)和基质Gla蛋白(MGP),Y-羧化作用的发生即是由维生素K依赖性的y-羧化酶催化的。

三、发酵法生产维生素K2的工艺流程

3.1实验材料

3.1.1 实验菌株与质粒

筛选获得的解淀粉芽孢杆菌Y-2,质粒根据需求选择。

3.1.2 主要实验试剂

酵母提取物、蛋白胨、聚合酶、内切酶、试剂盒等。

3.1.3 主要实验仪器

灭菌锅、恒温干燥箱、摇瓶柜、离心机等。

3.1.4 华体会体育最新地址

种子华体会体育最新地址 、发酵华体会体育最新地址 、菌种传代保藏华体会体育最新地址 、LB华体会体育最新地址 、枯草芽孢杆菌转化华体会体育最新地址 、重组质粒表达华体会体育最新地址 。

3.2实验方法

3.2.1平板与斜面培养方法

将平板或斜面在37±1℃条件下培养8-12h。

3.2.2 种子培养方法

从平板上挑取一环菌种接入种子华体会体育最新地址 中,在37±1℃条件下的往复式摇床上培养8 h,振荡频率为100±2次/min,振幅为8cm。

3.2.3 摇瓶发酵培养方法

将对数生长期的种子液按2%接种量(体积比)转接于发酵华体会体育最新地址 中,在37+1℃条件下的往复式摇床上培养24h。

3.3样品中维生素K2的提取方法

发酵结束后,将发酵液在5000r/min条件下离心5min,分别收集上清液和菌体。在上清液中按4体积的发酵液加入1体积的萃取液,漩涡振荡10min,5000r/min离心5min后取上清,对下层发酵液重复萃取一次,合并萃取液。在对菌体的萃取过程中,萃取液的使用量与萃取发酵液时的使用量相同,同样萃取两次,合并萃取液。于40℃减压旋转浓缩,得到淡黄色油状物。加入4mL正己烷溶解,转移到10mL离心管中,并用少量正己烷润洗后合并加入,通N2吹干,加入1mL上机液溶解,022μm微孔滤膜过滤后用于HPLC分析。在提取过程中需要尽量避光。

四、维生素K2的应用方向

4.1维生素K2可维持正常的凝血时间

可以治疗维生素K缺乏性出血症,促进凝血酶原的形成,加速凝血,维持正常的凝血时间。在动物体内具有生物活性的是维生素K2,而维生素K1和维生素K3都要转化为维生素K2才能起作用。三种维生素K的形式都在肝中转化成维生素K2,并和胃肠微生物合成的维生素K2一起被吸收利用。

4.2维生素K2可预防肝硬化进展为肝癌

日本研究人员在7月21日的《美国医学会杂志》上报告,病毒性肝硬化女病人每天增补维生素K2可能帮助预防发展为肝细胞癌。该初步结论尚需得到大规模临床研究的证实,维生素K2对男性患者是否有同样疗效也需进一步研究。

4.3维生素K2可治疗和预防骨质疏松症

维生素K2可促进生成骨蛋白质,再与钙共同生成骨质,增加骨密度,防止骨折。研究确认,维生素K可作用于成骨细胞,促进骨组织钙化,同时还能抑制破骨细胞引起骨吸收,从而增加骨密度,不仅可防还可治骨疏松。

4.4 具有利尿、强化肝脏的解毒功能,并能降低血压

维生素K2己经被证实对心血管健康有益,原因在于维生素K2能协助调控钙离子的利用与促进martxi Gla-protein活性,此蛋白质能抑制血管钙化。

4.5 促进以神经生长因子为媒介的PC12D细胞的轴突生长

神经生长因子是神经的生长载体,是神经轴突再生以及生长的一个重要亲神经因子。PC12D细胞在神经生长因子的存在下经维生素K1和K2处理,结果发现大大增加了神经细胞的比例以及乙酰胆碱酯酶的活动。

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