Секреты производства витаминов

В природе существует класс органических соединений, не служащих источниками энергии или составными частями клеточных структур, но необходимых для жизнедеятельности организма. Речь идет о витаминах — сложных веществах различного химического строения, объединенных в одну группу из-за биологических свойств и их незаменимости для жизни человека. Основная функция витаминных комплексов — быть составными действующими частями молекул биоактивных комплексов (ферментов) и служить внешними гормонами в физиологических процессах. Природа распорядилась таким образом, что гетеротрофы (к ним относятся и люди) почти не производят собственные витамины  и вынуждены получать их извне вместе с пищей. Несмотря на минимальные суточные потребности, их дефицит вызывает тяжелые патологии.

Немного истории

Труды древних целителей описывают разнообразные болезни, симптоматика которых совпадает с авитаминозами, в них же прописаны способы их лечения, свидетельствующие о том, что уже тогда существовало понимание важности сбалансированного питания. Гиппократ, отталкиваясь от трудов лекарей из Египта, советовал больным «куриной слепотой» дважды в неделю есть сырую печень вместе с медом. А в Китае в 1325 году был напечатан огромный трактат, в котором были систематизированы практики лечебных эффектов при правильном и разнообразном питании.  Однако, эти знания не были широко распространены, поэтому морские путешествия и военные походы веками были омрачены многочисленными смертями людей, погибавших от различных форм авитаминоза. 

Первые шаги по преодолению болезней начались в 17-18 веках, когда Роберт Кук и Джеймс Линдон стали вводить в рационы моряков свежие фрукты для предотвращения смертности от цинги, косившей экипажи их кораблей. Но это были лишь эмпирические догадки и не было понятно, какие факторы противодействуют заболеваниям, и на что они действуют. Прорывные научные открытия начались к концу 19-го века, когда русским педиатром Н. И. Луниным было продемонстрировано в экспериментах, что чистые белки, жиры, углеводы, соли и вода не способны длительно поддерживать жизнь животных. В своей диссертации он доказывал, что необходимы дополнительные компоненты для поддержания здоровья живых систем.

В 1912 году Казимир Функ (Casimir Funk), польский биохимик, предложил термин «vitamine» (от латинских слов «vita» — жизнь и «amine» — органическое соединение) для обозначения питательных веществ, которые он считал необходимыми для жизнедеятельности. Ему впервые удалось выделить кристаллическую форму тиамина. Далее открытия следовали одно за другим. В 1913 году ученые Эванс и Берг изолировали жирорастворимый фактор, способствующий росту животных, и назвали его «фактором А» — названный позже витамином А. Всем известная кристаллическая аскорбинка была впервые получена из растительного и животного сырья в 1928—1933 годах.

Искусственные vs натуральные

Разделение на синтетические и натуральные витамины имеет условный характер, но оставляет возможность «знатокам» порассуждать о сильных и слабых сторонах каждых из них. Ценители говорят о естественности поступающих витаминных комплексов, содержащихся в свежих фруктах и овощах. Правы они только в одном — усвоение их выше за счет сбалансированного состава растительного источника и высокой степени биоактивности.

Во всем остальном мы говорим об одних и тех же веществах с идентичными химическими структурами и свойствами. И даже то, как и где производят витамины не имеет особого значения из-за схожести процессов, протекающих в природе и на производстве. Ведь фармацевтическая промышленность в витаминном синтезе использует до 95 % нативного сырья, и этот процент растет в связи с усиливающимися требованиями по эко-безопасности. Сокращение количества чисто химических методов продиктовано как экономическими соображениями, так и низкими показателями рентабельности.  

Сторонникам натуральных источников надо помнить, что селекция в сельскохозяйственном секторе шла по пути увеличения сборов урожая, сроков хранения, сопротивлению вредителям. Селекционеров мало заботила полезность, поддержание витаминно-минерального баланса, его удержание при длительном хранении и переработке. Это стоит учитывать, если разговор не идет о собственном саде или огороде. Отсюда можно сделать два важных вывода: то, из чего производят витамины имеет почти на 100 % естественное происхождение и что все они, нативные или искусственные, имеют синтетическую природу.

Производство

Природными фабриками по синтезированию витаминов является микрофлора и царство растений. Фармацевтическая промышленность использует для их синтеза две основные технологии — химическую и микробную. Сейчас лидирующие позиции занимают химикотехнологические методы (8 из 13 витаминов). Но с разработкой новых штаммов микроорганизмов дистанция между ними сокращается, в том числе в связи с требованиями по эко-безопасности. 

Однако, синтезирование эргостерина, каротина, рибофлавина (В2), В12 и аскорбинки проходит только с помощью микроорганизмов-продуцентов. Разработаны новые технологии, которые начинают интенсивно внедряться по производству витаминных комплексов кефирными грибками (В1, В2, В6, В12, С), бифидобактериями (В-группа, РР, Н). β-каротин стали получать при помощи микроводоросли Dunalieiia viridis и т. д.

В промышленности используется уникальное свойство обитателей микромира — адаптацию среды обитания под свои нужды. Популяция колонии отвечает на дефицит тех или иных веществ их синтезом из доступных материалов — в данном случае витаминов.

Бактерии, микрогрибы, дрожжи в огромных биореакторах делают то, что ежедневно происходит в наших организмах — разбирают сложные компоненты поступающей пищи на микроблоки, и из этих блоков строят новые белки и  биоактивные комплексы. Их используют как сырье для витаминов.

Знания о микро-физиологии и генетике микрофлоры непрерывно расширяются, и это позволяет создавать биотехнологические методы синтезирования всех витаминов. Однако, законы рентабельности заставляют использовать продуценты только для синтеза особо сложных молекул, а простые вещества вырабатывать традиционными методиками из природного сырья, либо на базе безопасных соединений.

Как получают аскорбинку

Выпуск аскорбиновой кислоты в мире достигает 95000 тонн в год и непрерывно растет. В промышленности используется комбинированная технология Рейхштайна-Грюсснера, включающая химикотехнологический синтез и ферментацию (разложение органики ферментами выделяемыми микроорганизмами). В этом процессе одна из форм глюкозы через ряд промежуточных стадий превращается в аскорбиновую кислоту.

Все начинается с зерна, содержащегося в нем крахмала и первоочередной задачи, стоящей перед бактериями — разрушение крахмальных молекул, их размельчение и сборка новой структуры (спирта сорбитола). Но маленькие труженики на этом не останавливаются и немедленно начинают преобразовывать готовый сорбитол в другое соединение, называемое сорбозой. Условия ферментации требуют непрерывной подачи воздуха, ускоряющего ее течение. По ее завершению за сорбозу принимаются другие «микро-специалисты», которые через две промежуточные стадии получают загрязненную примесями аскорбиновую кислоту. После фильтрации и многоступенчатой очистки она превращается в белую пудру, готовую войти в состав консервов, БАДов, шипучих таблеток и т. д. Сейчас выведены и активно внедряются в новые штаммы, способные сократить количество промежуточных стадий и увеличить выход продукта. 

Рибофлавин (В2)

Для промышленного получения B2 применяют чисто химический синтез, микробиологический и комбинированный способы трансформации рибозы (один из видов сахаров) микробами в рибофлавин. При этом существует различие в технологических методиках, исходя из целевого назначения препарата. В медицинских целях применяют плесневой грибок Aspergillus niger, а для кормов — бактериальные и дрожжевые продуценты (Brevibacterium ammoniagenes, Micrococcus glutamaticus и др.). 

Ужесточившиеся требования экологической безопасности и экономические соображения привели к введению новшеств, и фирмы, производящих витамины (Солгар Swanson, NOW, HUM Nutrition и др.) стали заменять старые технологии. Им на смену пришла ферментация с применением штамма-суперпродуцента Ashbya gossypii, выведенного методами генной инженерии. В качестве сырья для синтетических реакций используют соевую муку, мелассу и другие растительные компоненты, а выход B2 достигает впечатлительных 15 г/л в течение 72 часов. Перед расфасовкой проводится тщательная многоступенчатая очистка и контроль качества.

Цианокобаламин или B12

Фармацевтическая промышленность производит до 11 тонн B12, из которых больше половины идет на выпуск различных лекарств и БАДов, а остальные служат кормовой добавкой скоту.

Цианокобаламин — один из препаратов, чье производство полностью зависит от бактериальной флоры и построено на комплексе ферментативных реакций, протекающих в биореакторах. Сырьем для специально выведенных бактерий (P. shermanii или Pseudomonas denitrificans) служит меласса, соевая или рыбная мука, микроэлементы и соли кобальта, которые микробы включают в состав витаминной молекулы. В России и СНГ витамин В12 производится бактериями Propionibacterium shermanii на средах из кукурузного экстракта, глюкозы и микроэлементов. Цикл продолжается 120 часов и приводит к образованию 150 мг/л готового вещества. Пропионовокислые бактерии полностью удовлетворяют спрос на медицинские нужды и спортивные добавки. Однако, на этом их применение не ограничивается — они часто используются в кисломолочном производстве в виде концентратов или  сывороток для йогуртов, кефиров и других молочных продуктов.

Получение β-Каротина

β-Каротин (каротиноид) в большом количестве содержит морковь, тыква, облепиха, люцерна и другие окрашенные в оранжевые цвета плоды и фрукты. Его активно производят пигментные микроорганизмы из различных родов, причем содержание каротина в них очень велико. Рекордсменом является грибок Blaneslea trispora, содержащий в 1 г биомассы 3-8 тысяч мкг каротиноидов, для сравнения обычная морковь может «похвастаться» только 60 мкг. 

Такие соотношения делают неэффективным получение β-каротина из растительного сырья напрямую и заставляет привлекать супер-продуцентов, которые способны синтезировать необходимые элементы в максимальных объемах и с большей эффективностью. Основными производителями в ферментативных реакциях становятся бактериальная и дрожжевая флора, мицелиальные грибки, которые поглощают дешевые среды (кукурузно-соевую муку, растительное масло, витамины и спецстимуляторы). Технологический цикл длится 6-7 дней с усиленной подачей воздуха и выходом каротиноида — 3-4 г на литр средовой массы. Дальше судьба β-каротина зависит от заказчика. Его могут отгрузить в качестве готовой формы или подвергнуть дальнейшей переработке для получения витамина А. 

Рекомендованные препараты

Учитывая хронический авитаминоз многих жителей России, мы рекомендуем следующие витамины:

• Solgar VM-Prime Мультивитаминный и минеральный комплекс 50+;
• Solgar Бета-каротин из океанической водоросли D.Salina, капсулы, 60 шт.;
• Solgar мультивитаминный и минеральный комплекс для женщин, таблетки, 60 шт.;
• Витамины группы В таблетки шипучие;
• Супрадин Мультивитамины Актив, таблетки шипучие.