辅酶Q10是细胞自然生成的抗氧化剂，可以加快细胞代谢速度，具备清除自由基，增强人体免疫能力，延缓衰老，抗氧化等多种功能，在临床领域应用广泛，可有效治疗癌症、糖尿病等多种病症，另外该物质同样应用在化妆产品生产加工方面。目前，国内市场流通的辅酶Q10大多来自国外，这类市场发展前景良好，受到业内企业高度重视。如今，辅酶Q10生产加工方法细分为化学制备、动植物提取等多种，而微生物更是其中典型代表，生物活性较高，打破原材料带来的限制，基于菌种增强发酵能力。
1影响辅酶Q10产量的因素
1.1碳﹑氮源对发酵的影响
菌株对碳、氮源的偏好不同,因此选择不同的碳,氮源可能会对辅酶Q10的产量有较大影响,对放射型根瘤菌研究发现,葡萄糖和蔗糖为碳源适合于生产辅酶Q10的最佳浓度分别为30g/L和40g/L。对黄色隐球酵母Cryptococcus luteolus的发酵条件进行优化,确定适宜碳源为蔗糖和葡萄糖,氮源为酵母膏和玉米浆,辅酶Q10产量为18.2mg/L。考察7种碳源和氮源对A.tumefaciens KCCM 10413产辅酶Q10的影响,发现最佳碳源为蔗糖,最佳氮源为玉米浆干粉,不同种类的氮源对细胞辅酶Q10的含量影响更显著。
1.2 pH对发酵的影响
初始pH值影响菌体对基质的利用速度和细胞的结构状态,以致影响菌体生长速度和代谢产物的变化,是发酵过程中极为重要的一个环境指标。研究酵母SY-3发酵产辅酶Q10时发现,酸性条件下有利于微生物胞内辅酶Q10的合成。
1.3通气量对发酵的影响
发酵过程中搅拌与通气,直接影响到发酵系统中的溶氧水平。考察了不同溶氧水平对Rhizobium radiobacter wSH2601代谢合成辅酶Q10的影响,发现溶氧浓度为40%时,有利辅酶Q10的生成。当发酵罐中溶氧水平控制在0%一10%水平,更有利于Agrobacterium tumefaciens KCCM 10413代谢合成辅酶Q10。此外当溶氧水平为0%时,有氧无光培养更有利于R．sphaeroides代谢合成辅酶Q10。
1.4光照对发酵的影响
光照条件有利于光合细菌体内辅酶Q10的代谢合成。在光照无氧条件下，光合细菌体内辅酶Q10的生物合成量较高;在无光照条件有氧条件下,辅酶Q10含量急剧下降。试验研究结果显示,光合细菌R.capsulatus MT1131在光照为1500 lx时,该菌体内辅酶Q10的含量最高。而对于R. sphaeroides发酵生产辅酶Q10中发现,厌氧光照培养要比有氧无光培养更有利于辅酶Q10的合成。
2材料及方法
2.1菌种
基因重组菌HBX-07，保存于华北制药新药研究开发有限公司生物资源室菌种库。
2.2设备
c 30 LC 100L德国贝朗发酵罐;上海市离心机械研究所SCS-24 SHAKER;哈尔滨东联电子技术开发有限公司全温震荡器HQ-Qx。
2.3样品检测方法
利用高效液相色谱法对样品进行检测，称取适量甲醇与乙醇作为检测流动相，控制两者用量以及比例，将检测波长设定为275nm，调整液体流动速度至1 mL/min，控制检测环境温度至25℃，准备Cis柱。精密称取10ml对照溶液，并将其与乙醇溶液混合。将环境温度设定为50℃，运用超声方式处理混合溶液，之后立即进行检测，操作过程中要避免光照因素带来的影响。处理中后期液体呈现粘稠状，需结合实际情况增添适当盐酸和双氧水。
3发酵条件的优化
将已经冰冻的菌种置于常温环境下，待菌种完全解冻之后将其置于实验器皿内，依据菌种总量控制操作阶段接种量，摇床速度设定为200r/min，这种环境下对菌种进行培养，器皿环境温度设定为32℃，当培养菌种量达到总量5%之后，采取火焰接种法将菌种导入发酵罐中继续培养。实践阶段，实验器皿内菌种数量不宜过多，反之会降低器皿溶氧度，菌种代谢过程出现异常，干扰菌种发酵培养。准备适量蛋白胨、葡萄糖、硫酸镁等多种物质，设计菌种斜面培养基，环境温度设定为121℃，压力调整在1.0-1.2mpa范围内，对菌种持续灭菌。依据实验需求准备适量硫酸镁、酵母粉、硫酸亚铁等，完善器皿培养基，不对ph值做任何调整，环境温度设定为121℃，压力调节为1.0-1.2mpa，基于此对菌种进行持续灭菌操作。
3.1发酵培养基的筛选
微生物生长过程中代谢环节获得的营养成分主要来自培养基包含的物质，如碳源、氮源等。依据微生物类型选择适当培养基，满足微生物生长阶段需求。深究培养基组成，针对淀粉、蛋白胨等不同物质进行筛选。围绕无机盐磷酸二氢钾、氯化钠等成份进行均匀设计。对比优化前后发酵培养基组成，葡萄糖、蛋白胨、玉米浆等含量略有减少，硫酸铵、基于氨水调节的ph值略有上升，优化阶段环境温度设定为121℃，压力调节至1.0-1.2mpa，持续对菌种进行灭菌操作。发酵阶段还原糖和溶磷含量略有提升，操作过程可增加适量葡萄糖溶液和磷酸二氢钾饱和溶液可控制发酵液体中糖和磷元素的含量，控制两者在发酵液体中的占比。
3.2发酵罐通气比
一般情况下，微生物发酵通气比大多处于1-1.5m3/m3·h范围内，基于此进行实验，详情见下表。
3.3发酵罐搅拌转速
选择多组对象进行转速实验，基于不同批次样品重复进行发酵对照实验，详情见下图。
由上述图表中记载的内容可以看出，辅酶Q10发酵菌对培养基条件有较为严格的要求，尤其是溶氧条件，合理的溶氧条件可以加快微生物发酵速度，生成更多代谢产物，具有十分重要的作用。优化改进通气和搅拌阶段涉及的工艺条件，加强发酵液控制力度，调节溶氧度。注重发酵阶段控制，特别是发酵末端，溶氧度不得低于整体5%，如果溶氧条件不能达到这一标准，无疑会加快菌体老化速度，加快产物累积速度，然则溶氧度过高同样会促进菌种繁殖，致使菌种总量超过既定标准范围，初级代谢产物增多致使次级代谢产物减少，对辅酶Q10而言极为不利。
3.4发酵培养罐温
发酵温度会影响微生物繁衍速度，如果环境温度不适于菌种生存，菌体生长速度会受到不同程度影响，为使本产品完全发酵，需将操作环境温度设定为32土1℃，上下温差不得超过1摄氏度。日照带来的因素同样会影响辅酶Q10生成。因此，无论是检测还是存储都要避免光照元素带来的影响，首选深色器皿存储，以免光照条件下辅酶Q10分解。基于实验器皿进行接种时，接种量需控制在1%左右，经高精度仪器设备检测之后，菌体量约在10-20个范围u内，实验器皿盛载的菌体量不能过多。
4结语
由上述分析内容可以看出，采取科学有效的发酵工艺可以减少材料成本支出，而且具有较强稳定性，易于控制且方便大规模生产。最近几年，国内经济形势愈发复杂，市场对辅酶Q10供给提出了更高的要求，同时相关研究持续深入，并在具体实践中取得一系列突破性成果。在未来，市场依赖进口辅酶Q10的格局必然会被打破，工业生产规模定然会持续扩张，创造更多经济效益。
参考文献
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