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[摘 要]：辅酶Q10是一种脂溶性醌类化合物，广泛用于各类心脏病、高血压、肝炎等疾病的治疗。利用微生物发酵生产辅酶Q10成为目前研究热点。本文综述了微生物菌种选育及影响辅酶Q10产量的一些重要因素，如碳、氮源，pH值，通气量等，对其发酵工艺进行优化，最后对其前景及应用作出展望。
[关键词]：辅酶Q10 发酵工艺 进展研究
辅酶Q10，又名泛醌，一种脂溶性醌类化合物，是呼吸链中一种重要的递氢体。辅酶Q10是有效的抗氧化剂和自由基清除剂，在体内主要有两个作用，一是在线粒体内转化为能量的过程中起重要的作用，二是有明显的抗脂质过氧化作用，与人体抗衰老有关。涂擦含辅酶Q10的护肤品，提高细胞辅酶Q10的含量，能有效减少皱纹的形成。此外，辅酶Q10有抗肿瘤功能，临床对于晚期转移性癌症有一定疗效。辅酶Q10的合成工艺包括生物提取法、植物细胞培养法、动植物组织提取法以及微生物发酵法。前三种方法饱受原料、成本太高、工艺难度大等限制，而微生物发酵法具有原料廉价丰富，产物分离过程相对简单，能实现工业化生产等优点，成为国际研究热点。
1、 产辅酶Q10菌种及其诱变选育
自然界生产辅酶Q10的微生物种类很多，包括光合细菌、土壤杆菌、红假单胞菌、裂殖酵母等。其中光合细菌菌体中辅酶Q10的含量普遍较高。在分类地位上，属于原核生物界细菌门真细菌纲红螺菌目，该目分为红螺菌和绿硫菌亚目，前者分为红硫菌科和红螺菌科。此外根瘤土壤杆菌目前也成为重要的研究对象。
为获得较高目的产物产量，须根据辅酶Q10的合成途径：芳香环合成和异戊二烯基侧链合成，从遗传的角度解除微生物正常代谢控制机制的突变株。结合辅酶Q10的代谢调控机制，应用营养缺陷型菌株、选育抗反馈调节突变株、利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法，解除终产物对关键酶的调节，使胞内代谢尽可能地流向合成辅酶Q10的方向进行。[1]
根据芳香环合成途径，筛选不能合成色氨酸、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸或其结构类似物的营养缺陷菌株，使之代谢途径能得到更多的代谢物质，消除由芳香环氨基酸积累导致的反馈抑制。根据异戊二烯基侧链合成途径，江南大学潘春梅等[2]以抗放射线菌素（ActD）为指标，反复筛选诱变得到产量提高16%的放射型根瘤菌（Rhizobium radiobacte）突变株，辅酶Q10产量达到11±0.2mg/L。
2、 影响辅酶Q10产量的因素
2.1 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。吴组芳等[3]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。沈阳农大刘玲等[4]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。
2.2 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。许激扬[5]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。中性条件更有利于A. tumefaciens KCCM 10413体内辅酶Q10的合成。吴祖芳[6]发现初始pH值在7. 0左右时放射型根瘤菌WSH2601生长最好，此时细胞内辅酶Q10含量最高。
2.3 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。吴祖芳等[3]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%-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。
2.4 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。袁静[7]等试验研究结果显示，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。
2.5 前体添加物及金属离子对发酵的影响
张延静等[8]在研究B. seudoalba辅酶Q10发酵时发现，向培养基中添加一定浓度的胡萝卜汁，可以显著提高辅酶Q10产量，结果显示，添加后辅酶Q10产量提高32倍。利用全因子中心组合试验研究茄尼醇、对羟基苯甲酸、以及蛋氨酸对菌株R. palustris产辅酶Q10的影响，在最适参数下，辅酶Q10产量提高109.8%。袁静等[7]发现：Fe2+、Mg2+、Mn2+对辅酶Q10产量有显著的正相关影响，Co2+也对辅酶Q10产量有显著的正效应。
结语
微生物发酵法生产辅酶Q10具有化学合成法等方法所没有的独特优点，成为最具有发展潜力的生产方法。目前国内生产企业的生产规模和产品质量都远不能满足市场需求，因此应用代谢控制理论诱变选育辅酶Q10的高产菌株，并以所得突变株为生产菌株，考察辅酶Q10发酵生产过程中的影响因素，寻找关键的代谢控制步骤，优化工艺参数，以期大幅度提高辅酶Q10产量，为实现工业化生产辅酶Q10提供一定的理论依据和技术支持。
参考文献：
[1] 吴祖芳， 翁佩芳， 李寅等. 辅酶Q10发酵生产的育种思路及发酵条件优化策略[J]. 食品与发酵工业， 2001， （7）：49-53.
[2] 潘春梅， 堵国成， 陈坚. 辅酶Q10高产菌的选育及发酵条件优化[J]. 过程工程学报 ISTIC PKU， 2004， 4（5）.
[3] 吴祖芳， 堵国成， 陈坚. 营养条件和流加发酵对放射型根瘤菌产辅酶Q10的影响[J]. 生物工程学报 ISTIC PKU， 2003， 19（2）.
[4] 刘玲， 李革. 用黄色隐球酵母发酵生产辅酶Q10最佳条件的选择[J]. 大连水产学院学报， 2004， （3）.
[5] 许激扬， 岳小飞， 肖海蓉. 辅酶Q10高产酵母菌SY-3发酵工艺的研究[J]. 中国现代应用药学， 2006.
[6] 吴祖芳， 堵国成， 陈坚. 放射型根瘤菌WSH2601生产辅酶Q10的摇瓶发酵条件[J]. 无锡轻工大学学报， 2003， （1）.
[7] 袁静， 魏泓. 光合细菌产辅酶Q10发酵条件的研究[J]. 氨基酸和生物资源， 2003， 25（2）：24～26
[8] 张延静， 袁其朋， 梁浩. 产辅酶Q10酵母的发酵条件研究[J]. 微生物学通报， 2003， （2）：65-69.
[关键词]：辅酶Q10 发酵工艺 进展研究
辅酶Q10，又名泛醌，一种脂溶性醌类化合物，是呼吸链中一种重要的递氢体。辅酶Q10是有效的抗氧化剂和自由基清除剂，在体内主要有两个作用，一是在线粒体内转化为能量的过程中起重要的作用，二是有明显的抗脂质过氧化作用，与人体抗衰老有关。涂擦含辅酶Q10的护肤品，提高细胞辅酶Q10的含量，能有效减少皱纹的形成。此外，辅酶Q10有抗肿瘤功能，临床对于晚期转移性癌症有一定疗效。辅酶Q10的合成工艺包括生物提取法、植物细胞培养法、动植物组织提取法以及微生物发酵法。前三种方法饱受原料、成本太高、工艺难度大等限制，而微生物发酵法具有原料廉价丰富，产物分离过程相对简单，能实现工业化生产等优点，成为国际研究热点。
1、 产辅酶Q10菌种及其诱变选育
自然界生产辅酶Q10的微生物种类很多，包括光合细菌、土壤杆菌、红假单胞菌、裂殖酵母等。其中光合细菌菌体中辅酶Q10的含量普遍较高。在分类地位上，属于原核生物界细菌门真细菌纲红螺菌目，该目分为红螺菌和绿硫菌亚目，前者分为红硫菌科和红螺菌科。此外根瘤土壤杆菌目前也成为重要的研究对象。
为获得较高目的产物产量，须根据辅酶Q10的合成途径：芳香环合成和异戊二烯基侧链合成，从遗传的角度解除微生物正常代谢控制机制的突变株。结合辅酶Q10的代谢调控机制，应用营养缺陷型菌株、选育抗反馈调节突变株、利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法，解除终产物对关键酶的调节，使胞内代谢尽可能地流向合成辅酶Q10的方向进行。[1]
根据芳香环合成途径，筛选不能合成色氨酸、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸或其结构类似物的营养缺陷菌株，使之代谢途径能得到更多的代谢物质，消除由芳香环氨基酸积累导致的反馈抑制。根据异戊二烯基侧链合成途径，江南大学潘春梅等[2]以抗放射线菌素（ActD）为指标，反复筛选诱变得到产量提高16%的放射型根瘤菌（Rhizobium radiobacte）突变株，辅酶Q10产量达到11±0.2mg/L。
2、 影响辅酶Q10产量的因素
2.1 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。吴组芳等[3]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。沈阳农大刘玲等[4]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。
2.2 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。许激扬[5]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。中性条件更有利于A. tumefaciens KCCM 10413体内辅酶Q10的合成。吴祖芳[6]发现初始pH值在7. 0左右时放射型根瘤菌WSH2601生长最好，此时细胞内辅酶Q10含量最高。
2.3 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。吴祖芳等[3]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%-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。
2.4 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。袁静[7]等试验研究结果显示，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。
2.5 前体添加物及金属离子对发酵的影响
张延静等[8]在研究B. seudoalba辅酶Q10发酵时发现，向培养基中添加一定浓度的胡萝卜汁，可以显著提高辅酶Q10产量，结果显示，添加后辅酶Q10产量提高32倍。利用全因子中心组合试验研究茄尼醇、对羟基苯甲酸、以及蛋氨酸对菌株R. palustris产辅酶Q10的影响，在最适参数下，辅酶Q10产量提高109.8%。袁静等[7]发现：Fe2+、Mg2+、Mn2+对辅酶Q10产量有显著的正相关影响，Co2+也对辅酶Q10产量有显著的正效应。
结语
微生物发酵法生产辅酶Q10具有化学合成法等方法所没有的独特优点，成为最具有发展潜力的生产方法。目前国内生产企业的生产规模和产品质量都远不能满足市场需求，因此应用代谢控制理论诱变选育辅酶Q10的高产菌株，并以所得突变株为生产菌株，考察辅酶Q10发酵生产过程中的影响因素，寻找关键的代谢控制步骤，优化工艺参数，以期大幅度提高辅酶Q10产量，为实现工业化生产辅酶Q10提供一定的理论依据和技术支持。
参考文献：
[1] 吴祖芳， 翁佩芳， 李寅等. 辅酶Q10发酵生产的育种思路及发酵条件优化策略[J]. 食品与发酵工业， 2001， （7）：49-53.
[2] 潘春梅， 堵国成， 陈坚. 辅酶Q10高产菌的选育及发酵条件优化[J]. 过程工程学报 ISTIC PKU， 2004， 4（5）.
[3] 吴祖芳， 堵国成， 陈坚. 营养条件和流加发酵对放射型根瘤菌产辅酶Q10的影响[J]. 生物工程学报 ISTIC PKU， 2003， 19（2）.
[4] 刘玲， 李革. 用黄色隐球酵母发酵生产辅酶Q10最佳条件的选择[J]. 大连水产学院学报， 2004， （3）.
[5] 许激扬， 岳小飞， 肖海蓉. 辅酶Q10高产酵母菌SY-3发酵工艺的研究[J]. 中国现代应用药学， 2006.
[6] 吴祖芳， 堵国成， 陈坚. 放射型根瘤菌WSH2601生产辅酶Q10的摇瓶发酵条件[J]. 无锡轻工大学学报， 2003， （1）.
[7] 袁静， 魏泓. 光合细菌产辅酶Q10发酵条件的研究[J]. 氨基酸和生物资源， 2003， 25（2）：24～26
[8] 张延静， 袁其朋， 梁浩. 产辅酶Q10酵母的发酵条件研究[J]. 微生物学通报， 2003， （2）：65-69.