リコピンパウダーの製造方法に関する研究

リコピンは重要なカロテノイドであるテルペンの仲間です主にトマト、トマト製品、スイカやグレープフルーツなどの果物に含まれています。熟したトマトの主な色素である。リコピンは強力な抗酸化物質で、抗酸化、抗がん、血中脂質の低下などの生理機能を持っています。健康食品、医薬品、化粧品などの分野で広く使用されている[1-2]。現在、リコピンは多くの国で栄養補助食品や着色剤として広く使用されています[3]。リコピン原料の世界累計販売量は年々増加しており、市場の見通しは広い。

リコピン粉生産主に、植物抽出と化学合成の2つの方法に依存しています。植物の抽出方法は季節によって制限され、長い植物の成長サイクルと低い製品含有量は、製品の集中的かつ大規模な生産を保証することはできません。化学合成法には、試薬残渣、多型異性体、環境汚染などの問題があります。バイオ合成法は、低コスト、短周期、安定供給、環境にやさしい持続可能な開発などのメリットがある。近年、研究者の注目を集めています。

現時点では、研究リコピン粉末のバイオ合成微生物宿主細胞の選択の多様化、代謝工学による変換経路の研究と革新、発酵プロセスと増幅技術の探求など、バイオテクノロジーによって合成されたリコピンの歩留まりを大幅に向上させた。しかし、ほとんどの研究は単一の技術分野におけるブレークスルーに焦点を当てており、リコピンのバイオ技術合成に関する体系的な研究や概要は比較的少ない。

そのため,本論文では物理的なandを検討するリコピンの化学的性質と現在の生産技術、合成生物学に代表されるバイオテクノロジーを利用したリコピンの生合成に関する研究を体系的にまとめ、異なる系統の発酵方法とリコピンの正確な定量方法の比較に焦点を当て、バイオテクノロジーを利用したリコピン生産上の問題点と今後の研究の方向性を提示する。バイオテクノロジーを利用したリコピンの工業生産や、バイオテクノロジーを利用した他の高付加価値天然物の生合成のための参考資料を提供することを目的としています。

1。 リコピン粉末の物理的および化学的性質と応用

リコペンはテトラテルペンの化合物で不飽和アルケニル化合物と酸素原子を含まないカロテノイドリコピンの分子式はc40h56で、相対分子量は536.85である。分子構造は11の共役二重結合と2の非共役二重結合を持ち、しばしばcis-トランス異性体に存在する。自然界では、天然リコピンは主にオールトランスであり、cisの量は非常に少ない。

リコペンパウダーは脂溶性の色素で水には溶けませんしかし、脂質および非極性有機溶媒に可溶。その分子構造は発色団を含み、これは紫外-可視吸収スペクトルにおける固有の吸収領域に対応する。色の深さはリコピンの濃度によって橙黄色から暗赤色まで変化し、溶媒によってわずかに変化する。例えば、ヒマワリ油に溶けたリコピンの結晶は暗赤色に見え、石油エーテルに溶けたリコピンは黄色に見える。分子中の二重結合の数が比較的多いため、リコピンは非常に反応性が高く、光、酸素、高温条件下で酸化や構造異性化反応を起こしやすく、生理活性を低下させることがある[4]。したがって、リコペンを抽出する際には、ビタミンc、ビタミンe、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(bht)、tert-ブチルヒドロキノン(tbhq)などの抗酸化物質がしばしば添加されます[5]。

と違ってβ-carotene、トマトの红素ビタミンaの活性化特性を持たないため、初期の段階では評価されていませんでした。しかし近年、リコピンの生理機能が徐々に知られるようになり、その応用範囲が広がってきています。リコピンは人体の酸素フリーラジカルを除去し、一重項酸素を消すことができる強力な抗酸化物質です。抗酸化力はビタミンeの約100倍、β-カロチンの約2倍である[6-9]。また、抗腫瘍作用があり、前立腺疾患を予防し、心血管疾患のリスクを低下させることが示されています[10-11]。化粧品、健康製品、食品に広く使用されています。リコペンは現在、欧州連合(eu)から「新規食品」の承認を受けており、米国では「gras」の認証を受けている。people&の改善で#39の生活水準と健康への重点の増加、米国は、リコピンの売上高が年間35%の割合で成長すると予測しています。したがって、リコピンの効率的な生合成技術は大きな市場応用価値を持っています。

2 .リコピンパウダーの製造方法

2.1リコペン粉末製造方法の比較

現在、リコピンを製造する3つの方法:植物抽出化学合成生合成です植物の抽出法は、主にトマトなどの熟した植物果実からリコピンを抽出・精製する。しかし、この方法は、地域、季節、トマトの品種、成熟度など様々な要因に影響され、不安定である。中国では、主に新疆ウイグル自治区(日照時間の長い地域)で栽培されたトマトからリコピンが抽出されます。しかし、トマトのリコピンの含有量は非常に低く、一般的に20 mg/kgに過ぎず、トマトの皮に含まれるリコピンの含有量が多い場合でも0.4 g/kg以下です[12]。

抽出コストが高く、抽出物には多くの場合、製品の純度に影響を与える他のカロテノイドが含まれています。また、抽出工程では含有量が少ないため、有機溶剤を大量に消費し、環境汚染への影響が大きくなります。化学合成法は、主にオクタトリエンジールと塩化トリフェニルホスフィンまたは硫化トリフェニルホスフィンのウィッティグ反応を用いてリコピンを合成する[13]。化学合成法は、高収率(65%以上)、安価でリサイクル可能な原料、穏やかな反応条件などの特徴を持つ。この化学合成法は、高収率・低コストであるが、リコピン構造に多くの二重結合があるため異性化しやすく、生成物に溶媒残基が含まれている可能性があるため、安全性へのリスクがある。生合成法とは、微生物が発酵する過程を指します豊富に使用してリコピンを生産します砂糖、コーンシロップ、無機塩などの容易に入手可能な原料。微生物発酵法は、植物抽出法の安全性(いずれも生物の代謝に由来する自然由来であり、人為的に合成されない)だけでなく、化学合成法を低コストで大量生産できるというメリットがある。将来のリコピン製造のための理想的な方法と考えられています。

2.2リコピンパウダーの生合成経路

リコペン(lycopene)は、他のテルペノイドと同様のテトラテルペノイド化合物である。生合成の共通の前駆体は、互いに異性体である2つのイソペンテニル単位ipp(イソペンテニル二リン酸)とdmapp(ジメチルアリル二リン酸)である[14]。現在、自然界でippとdmappを合成するには、原核生物や植物のmep(2-メチル-エリトリトール-4-リン酸)経路と真核生物のmva(メバロン酸)経路の2つの方法があります。

原核生物と植物ではmep(2-メチル-エリトリトール-4-リン酸)経路、真核生物ではmva(メバロン酸)経路である。

mep経路はピルビン酸と3-ホスホグリセリン酸を出発基質としてippとdmappを合成する[15]が、mva経路はアセチル補酵素aを出発基質として7段階の酵素反応を経てippとdmappを合成する[16]。mep経路と比較して、mva経路の研究は先行しており、その反応機構はより詳細である。リコピンの生合成経路は2つのモジュールに分けられる。上流のモジュールはippとdmappの前駆物質を合成するプロセスであり、下流のモジュールはippとdmappからリコピンを合成するプロセスです(概要は図1参照)。ippとdmappはイソペンテニルトランスフェラーゼの作用により段階的に縮合反応を起こしてggppを生成し、その後ggpp(ゲラニルゲラニルピロリン酸)に変換されるoctahydro-lycopeneオクタヒドロリコピンシンターゼ(crtb)の作用により、そしてオクタヒドロリコピンデヒドロゲナーゼ(crti)の作用によりリコピンへと変化する。

2.3リコピンを合成する微生物

現在知られている微生物は発酵して生産しますリコピンリコペン自体を合成できるパントア、blakeslea trispora、代謝操作された酵母、yarrowia lipolytica、およびescherichia coliが含まれています。このうち、Blakeslea trisporaさらに〔17〕や収纳のはも研究されてきの産業生産の減少、なんとなく緊張こそβ-carotene。リコピン、中間製品。を合成するのにβ-carotene、蓄積されたできるリコピンcyclase攻撃開始発酵過程を加えようとしています。いくつかの研究によると、blakeslea trisporaによるリコピンの生産は継続的に改善されており、最も高いリコピン生産量は3.4 g/ lである[18]。しかし、トリコテセンのカビはサブカルチャー中に退化しやすく、収量が不安定になる。さらに、長い成長サイクルは生産性を低下させ、生産中に阻害剤を追加する必要もまた、リコピンをトリコテセンカビで発酵させるプロセスを大幅に制限する[19]。

3リコピンのバイオ合成に関する研究

3.1リコピンを合成するための主要な微生物の工学的改変

大腸菌は、テルペノイドの異種合成のために最も一般的に使用される微生物宿主の1つである。明確な遺伝的背景、急速な細胞成長、豊富な遺伝子操作ツールなどの利点により、大腸菌は工業製品開発のための理想的なホストプラットフォームとなっています。いくつかの研究者は、大腸菌を異種の生産のために操作することに成功しているハイリスク・ハイリターンカロチノイド色素代謝工学や合成生物学の技術を通じて[20-21]。しかし、大腸菌はファージ感染症にかかりやすく、エンドトキシンが存在するというリスクがあるため[22]、リコピンを生産するために大腸菌を使用することは、現在一定の食品安全上のリスクをもたらすため、その工業的応用は限られている。

saccharomyces cerevisiaeは、ゲノムが解読され、細胞生物学がよく特徴付けられ、成熟した遺伝子操作ツールと方法がある真核生物のモデル生物である。saccharomyces cerevisiaeの大規模発酵ではファージ汚染のリスクはなく、一般的には大腸菌よりも安全とされている。そのため、リコペンの異種生産を目的としたsaccharomyces cerevisiaeの代謝工学への応用が期待されています。escherichia coliと同様に、saccharomyces cerevisiaeはできない合成カロチノイド色素関連する合成遺伝子を導入する必要があります[23-26]。

yarrowia lipolyticaは、大量の脂質を生産し、安全と考えられている非在来型微生物ホストです。カロテノイドを直接合成することはできないが、前駆体であるアセチル補酵素aを大量に生成することができ、外因性のキー酵素を導入することでカロテノイドの合成を達成することができる。研究者らは、将来有望な宿主と考えられているリポマイセス酵母を作製するための多くの遺伝学的ツールを開発してきましたmva経路を介したカロテノイドの生産[] 27 ~ 28。

真核生物の微細藻類は、独立栄養微生物として、バイオマスを生産するために光エネルギーと二酸化炭素を利用することができ、したがって、テルペノイドの持続的生産のための大きな代謝ポテンシャルを有する。しかし、現在行われている高レベル藻類の代謝工学研究は、他の宿主に比べて大きく遅れており、その応用がある程度制限されている[29]。

赤色酵母rhodosporidium toruloidesはこのような色素を生産することができるβ-caroteneとγ-carotene内生。研究者らは、培養条件の最適化と変異誘発によりカロテノイド生産能力を向上させた。しかし、赤酵母の研究は現在非常に限られている[30]。これは、利用可能なゲノムデータの限界や、重要な遺伝子の機能的なアノテーションの欠如が原因と考えられ、高収量のカロテノイドの代謝工学を大きく妨げている。エタノールを蓄積せずに高密度で生育できるピヒア・パストなどの他の非カロテノイド酵母も、カロテノイドを合成するように操作されているが、収量は低く、研究が必要である[31]。

3.2微生物工学によるリコピン合成の戦略

1)上流モジュール(前駆ipp / dmappの供給)強化

リコペンのようなカロテノイドの高収率を達成するためには、一般的な前駆体ippおよびdmappの合成を増やすことが有効な戦略である。ippとdmappの合成には、mep経路とmva経路という2つの自然経路がある。(a) mep経路は主に原核生物に見られる。dxsおよびidiは、一般的にこの経路における主要なレート制限酵素であると考えられており、イソプレノイド合成を強化するために過剰発現されている[32]。liらは[33]、ispa、isphおよびispeがdxsおよびidi過剰発現系統で経路の流路をさらに増加させることを明らかにした。ispgの過剰発現は、細胞内のmecの流出を効果的に減少させ、下流のイソプレノイド産生を有意に増加させることができる[34]。これに基づいて、liら[35]は正常に増加したリコピンの生産は77%減少しましたispgとisphを活性化してmep中間体の蓄積を除去する。(b) mva経路は主に真核生物に存在する。hmg-coaレダクターゼは、mva経路を介したイソプレノイド化合物の生合成の最初のステップである[36]。saccharomyces cerevisiaeにおけるhmg-coa還元酵素触媒領域(thmg1)の過剰発現は、リコピンの産生を増加させる[24]。さらに、mep経路の最適化によるカロテノイドの生成にはいくつかの進歩が見られますが、mep経路における天然宿主の制御機構は、その適用を制限しています[37]。zhu fayinらは、この経路を迂回するために、完全なmva経路と外来遺伝子を大腸菌に導入し、バッチ給餌と発酵の最適化により、1.44 g/ lのリコピン収量を得た[20]。

(2) ダウンストリームモジュール(downstream modules)の研究シクロクロスの合成に用いられる)。一般的な戦略は、非カロテノイド宿主に異種経路遺伝子を導入してカロテノイドを生産し、テルペン合成の前駆体であるippとdmappをカロテノイドに変換することである。verwaalら[38]は、大腸菌でゲラニルゲラニルピロリン酸合成酵素およびオクタヒドロ-リコペン合成酵素をコードする遺伝子、ならびにリコペンのデサチュラーゼをコードするcdnaを含むプラスミドを発現させ、最終的にリコペンの蓄積を観察した。導入のコピーをCrtI carotenoid-synthesizing酵母細胞にtHMG1に増加させ、β-carotene内容だ。異種経路遺伝子の高レベルかつ遺伝的に安定した発現を達成するために、tyoらは、化学的に誘導された染色体進化のためのプラスミドフリーで高遺伝子コピー発現システムを確立した。このシステムは、遺伝子操作された大腸菌で使用され、最終的にプラスミド発現システムと比較してリコピン産生量を60%増加させた。研究によると、リコピンの合成経路を最適化することは、異種の高収量リコピンにとって非常に重要である。

3)バイパス経路のダウンレギュレーション

4)リコピン合成の前駆体fppはまた、多くの酵母代謝物(ユビキノン、テルペンアルコール、スクアレンなど)の一般的な前駆体でもある。しかし、これらの前駆体競合経路遺伝子(スクアレン合成遺伝子など)の直接ノックアウトは、細胞の成長に大きな影響を与える。そのため、多くの研究者はこれらの競合経路を抑制してリコピンの合成を促進することに取り組んでいる。置換downregulateへのプロモーターは天然のプロモーターは弱い競合スクアレンシンターゼ遺伝子のsqs1のβのtitratable収益を増進させることが出来るから-carotene(453.9±20.2)mg / L(797.1±572)mg / L Yarrowiaでlipolytica(40)。謝Wenpingら[41]プロモーターから弾圧高ブドウ糖誘導/低ブドウ糖使わpHXT1制御を達成するSaccharomyces属cerevisiaeは順次におけるerg9遺伝子や遺伝子カロテノイド通路作り表現ブドウ糖濃度の変化に応じて文化による酵母のリコピン生産の大幅に増加。hongら[42]は、ファレネゾール産生の競合経路を抑制するために出芽酵母saccharomyces cerevisiaeのdpp1およびlpp1遺伝子をノックアウトし、erg9の発現を低下させることによってエルゴステロール産生を抑制した。上記の研究は、競合経路を抑制することがリコピンの生産を増加させる効果的な戦略であることを十分に実証しています。

4)シャシーセルの変形

ほかにリコピンの異型合成経路を最適化しますまた、宿主のシャーシ細胞の形質転換も異種間の経路に適合するようにする必要がある。シャーシ細胞の修飾には、アセチルcoa前駆体のフラックスの増強[43]、atpやnadphなどの補因子の供給の強化、特定の非必須遺伝子のノックアウト、および株の適応的進化が含まれる。アセチルcoaはカロテノイド生合成の基質である。chen yanらは[24]、saccharomyces cerevisiaeにおいてypl062w遺伝子の作用機序を詳細に研究した。ypl062wを欠損させると、アセチル補酵素aのフラックスが増加し、最終的にリコピンの産生量が1.65 g/ lまで増加する。zhouら[26]は、saccharomyces cerevisiaeの適応進化と代謝工学技術を組み合わせて、8.15 g/ lリコペンのバッチ発酵収率を達成した。エネルギーとしてのatpと還元力としてのnadphの供給は、カロテノイド合成に影響を与える重要な要因である。中央代謝モジュールを修正して炭素ソースアドレス同化によって(电磁パルスに送り経路PPP)が続き、ATP供給NADPH強化が図ら大腸菌人工染色体を2.1 g / Lβ-caroteneバッチ発酵[44]。sucab遺伝子とsdhabcd遺伝子の発現を調節すると、tcaサイクルの炭素流束が増加し、atpの供給が増加する。さらに、talb遺伝子を調節するとnadphの供給量が増加し、大腸菌によるリコピン合成量が3.52 g/ lに増加する[45]。

(5) saccharomyces cerevisiaeの系統的代謝工学により高収量リコピンを生産する。その概要を図2と図3に示します。

shi binら[25]は、saccharomyces cerevisiaeを効率的に系統的に操作した代謝工学によりリコペンを生合成する(a)二次代謝物の蓄積と宿主細胞の成長のバランスが必要;(b)酵母では、リコペンの異種合成経路が強化される必要がある。(c)酵母のシャーシ細胞は、より多くの前駆物質を提供し、電力を低減するために変更する必要があります;(d)酵母発酵技術の最適化が必要である。、提案し対応策を有する。系のギャル(a)上映グループの発起人は、合理的制御リコピンheterologous合成路を切り離せ酵母細胞増殖トマトの红素製品タイミングの蓄積で発起人の力もの制定強いプロモーター(gdp)に匹敌する合成時代(b)リコピン異種合成経路の主要な3つの遺伝子源を網羅的にスクリーニングし、saccharomyces cerevisiaeで効率的に機能するpacrte、pagcrtb、btcrtiの新しい最適な組み合わせを得た。(c)リコピン合成のための十分な前駆体、アセチルコエンザイマaと還元力nadph(還元コエンザイマii)を提供するためにsaccharomyces cerevisiaeシャーシ細胞にも一連の修飾が行われ、さらにリコピンの生産を増加させるためにリコピン蓄積に影響を与える特定の内因性の非必須遺伝子をノックアウトした;(d)これらのシステムを介して代謝工学的手法を組み合わせて、効率的にリコピンを生合成するためにsaccharomyces cerevisiae発酵プロセスの変換。

(a)二次代謝物の蓄積と宿主細胞の成長のバランスをとる必要がある。(b)シクロクロスの合成に用いられる酵母では強化される必要があります(c)酵母のシャーシ細胞は、より多くの前駆物質を提供し、電力を低減するために変更する必要があります;(d)酵母発酵技術の最適化が求められる。、提案し対応策を有する。系のギャル(a)上映グループの発起人は、合理的制御リコピンheterologous合成路を切り離せ酵母細胞増殖トマトの红素製品タイミングの蓄積で発起人の力もの制定強いプロモーター(gdp)に匹敌する合成時代(b) 3つの主要な遺伝子源を網羅的にスクリーニングするシクロクロスの合成に用いられるsaccharomyces cerevisiaeで効率的に機能するpacrte、pagcrtb、btcrtiの新しい最適な組み合わせを得る。(c)リコピン合成のための十分な前駆体を提供するために、saccharomyces cerevisiaeシャーシ細胞にも一連の修飾が行われました。例えば、アセチル補酵素aや還元力nadph(還元コエンザイムii)などです。(d)これらのシステムの代謝工学的手法と、saccharomyces cerevisiaeによる合成培地の発酵の最適化を組み合わせることにより、リコペンの生産量は3.28 g/ lに達し、当初の産業レベルに達した。現在、漢詩文の規模発酵が滞りなく行われ、量産化に成功したのlまた、6000工学Saccharomyces属cerevisiae開発戦略代謝biotechnological合成ヵ所の他の事にも成功いたしておりテルペン化合物などβ-farnesene (46) bergapten(47)などsesquiterpenesβ-caryophyllene。このうち、deng xiaominらは、このシステム工学的手法を用いて、saccharomyces cerevisiae株の代謝工学によって生産されたbergaptenの収量を34.6 g/ lまで増加させた[47]。

3.3リコピン加工細菌の発酵過程

現時点では、発酵に関する研究ハイリスク・ハイリターントマトの红素微生物によっても大きな進歩を遂げました。菌株によって使用される発酵原料、工程、スケールは異なり(表1に要約)、発酵過程で使用される基質マトリックスは微生物の種類によって異なります。より成熟したリコペンの異種合成を伴う発酵宿主は、一般にescherichia coliとsaccharomyces cerevisiaeである。一般的に、大腸菌発酵はグリセリンを炭素源として利用します[20,45]が、saccharomyces cerevisiaeは主にグルコースを炭素源として利用します[23-26]。

zhu fayinら[20]は、遺伝子操作された大腸菌の炭素源としてグリセロールを用い、aを得たリコピンの収量は1.44 g/ lである5 l発酵機で完全合成培地を使用。その後、発酵スケールを150 lに拡張し、1.32 g/ lを得て、この菌株が生産のためにスケールアップできることを示した。sunら[45]は、大腸菌を操作し、グリセロールを炭素源とする7 l発酵槽でバッチ給餌し、最終的に3.52 g/ lのリコピンを得た。chen yanら[24]は、バッチ給餌を用いて、グルコースとエタノールを炭素源として、酵母エキスとペプトンを窒素源として5 l発酵機で発酵させるために、設計されたsaccharomyces cerevisiaeを用いた。

彼らはリコピンの力価は1.65 g/ lである。shi binら[25]は、グルコースとエタノールを炭素源とし、硫酸アンモニウムを窒素源とする7リットルの発酵槽で二段階fed-batch発酵を行った。発酵培養液中のグルコース残渣とエタノール残渣を厳密に管理し、最終的なリコピン価3.28 g/ lを得た。saccharomyces cerevisiaeは、大腸菌に比べて食品の安全性が高く、ファージ感染に強いなど多くの利点を有しているため、リコペン発酵の研究が期待されている。現在、ペプトンと酵母エキスを酵母発酵の窒素源としてよく使用する天然ypd培地[24,26]、混合窒素源として硫酸アンモニウム、酵母エキス、ペプトンを使用した半合成培地[23]、窒素源として硫酸アンモニウムを使用した完全合成培地[25]があります。完全合成媒体には、安価で繰り返し発酵してスケールアップすることが容易で、後の最適化に便利な明確な組成を有するという利点がある。将来的には、合成酵母培地の発酵について、より多くの研究が行われ、リコピン生産の高安定性、再現性、拡張性を実現し、その後の産業応用のための強固な基盤を築く必要があります。

3.4微生物によって合成されたリコピンの抽出と定量

カロチノイド色素などリコピンには強い抗酸化作用がありますまた、抽出過程では酸化や異性化のリスクを最小限に抑える必要がある[49]。例えば、光で保護された条件下で動作することを選択した研究[20,45]や、抽出剤に抗酸化物質bhtを添加した研究[24-25,27]があります。一般的に使用される抽出溶媒は、アセトン、石油エーテル、クロロホルム、ヘキサン、酢酸エチルなどです[49]。リコピンは細胞内生成物であるため、細胞壁の破壊が必要であり、その方法は宿主細胞壁の厚さによって異なります。例えば、大腸菌の細胞壁は比較的薄く、アセトン蘇生法が一般的に使用され、55°cの水浴中に細胞壁を破壊する[20,45];脂質可溶性酵母やsaccharomyces cerevisiaeなどの真核生物の細胞壁は厚く、通常、ガラスビーズや抽出試薬を添加して細胞を振動させて破壊する[25,27];酵母の細胞壁は、塩酸を加えた水浴で煮沸することでも破られる[23-24]。

検出するために使用される方法とリコピンなどのカロテノイドを定量化するまた、既存の研究で異なる。多くの研究で高性能液体宇宙(HPLC)を使ってカロチノイド色素リコピンなどβ-carotene(23 - 26、45、)を使うのは極一握りながらultraviolet-spectrophotometry[20、27】。紫外線分光光度計の検出は同じ吸収波長の不純物に干渉されるため、hplc法ではまず異なる物質を分離して吸収値を検出する。相対的に言えば、hplcによるリコペンなどのカロテノイドの正確な定量がより正確である一方、uv分光光度計の検出は、発酵中の収量変化の傾向を最初に評価するための補助手段として使用することができます。

過去の最も研究は発信器付きの標準的対応するリコピン曲線β-carotene基準[23 - 26、45、]に収量を算出すると、購入であるかを示したりせずリコピン/β-carotene基準が砕けた標準曲線を描く前に、標準溶液の濃度が調整されていると明言した研究者はわずかしかいなかった[25]。準備理由濃度標準次善策を講じなければならに較正されるは正確体重が難しい少量のリコピンやβ-carotene基準は容易ではない性格を正確にで保管しているか否かをトマトの红素結晶であり,有機溶剤の完全に溶損だなまた、保管方法や時間によっては、購入した規格の純度も変わる場合があります。これらの客観的な要因によって、リコペンの標準曲線の描画に大きな誤差が生じる可能性があり、計算された歩留まりはあまり正確ではない。を解消するためようなことの干渉し、共通の方法は第一の分光カメラを使って措置準備absorbanceトマトの红素などカロテノイド標準液絶対カロチノイド色素の内容を算出する解決策の絶滅に応じ、係数[25、50-51]される。この方法では、不正確な計量やサンプルの不完全な溶解によるエラーを排除できます。要約すると、サンプル中のリコピンを正確に検出するためにhplcを使用し、校正された標準溶液を使用して標準曲線をプロットし、定量的な結果はより正確になります。

4まとめと展望

リコピンは強力な抗酸化剤として多くの優れた生理機能を持っており、広い市場の見通しを持っています。この論文は、物理化学的性質、生理学的機能および詳細なレビューを提供するリコピンの製造方法また、微生物宿主細胞の多様性選択、最新の代謝工学戦略、発酵法、リコピン抽出法、正確な定量法など、バイオテクノロジーによるリコピン生産に関する最新の研究成果をまとめています。

リコピンの生物学的合成にはある程度の進歩が見られますが、まだ多くの問題が残っていますリコピン生過程それは多くの影響要因を持つ複雑な工学研究プロジェクトであるため。今後の研究の方向性は以下の通りです。

(1) 発酵生産のスケールアップと安定した複製。現在、リコピンのバイオ技術合成に関する研究は、まだ小規模な発酵タンクの実験室で行われているが、産業研究は、多くの場合、トンまたは数十トンの大規模な発酵生産に基づいている。小規模生産からパイロット生産への発酵スケールアップは、単にタンク容積を直線的に増やすだけでなく、不均一な熱移動、物質移動、酸素移動、株の成長モデルの変更など、多くの課題があります。^原作では「&」#39の実用的な経験は、操作された株の発酵増幅の過程で、このような早期の株老化、株の表現型劣化、供給戦略の変化、および不安定な発酵収量などの問題が発生する可能性があります。研究者は、発酵プロセス増幅のパラメータと条件を個別に調整する必要があります。発酵生産規模の増幅に関する今後の研究は、産業界の課題解決の鍵となるバイオ技術を用いたリコピンの製造.

(2)抽出処理およびリコピンの精製プロセス微生物で得た。リコピンは細胞内生成物であり、抽出・精製工程には細胞破壊、不純物除去、リコピンの結晶化など多くの工程が含まれます。この過程でリコピンは酸化されやすくなり、構造変化を起こします。そのため、抽出速度を確保することは困難であり、微生物源からのリコピンの抽出と精製プロセスについて詳細な研究が必要である。

(3)研究微生物リコピンの品質検査。微生物由来のリコペンも酵素反応の産物であるが、天然トマトに由来するものではなく、遺伝子組み換えのような問題がある可能性がある。したがって、微生物性リコピンは、天然トマトソースとの整合性を確保するために、まず構造的に同定されなければなりません。次に、重金属残渣や微生物含有量などの製品品質の品質試験が必要です。製品の構造と品質を確保することも、微生物リコピンの市場用途に影響を与える重要な要因です。

(4)生産原価管理:市場で競争する場合自然リコピン抽出バイオ技術で合成されたリコピンは、コスト面で大きな優位性を持つはずです。リコピンを生産するための生物発酵の主なコストには、発酵原料、設備の減価償却費、抽出と精製、人件費、マーケティング費などが含まれる。生産プロセス条件を設計し最適化する際には、コスト要因を考慮する必要があります。例えば、安価な完全に合成された発酵媒体を使用したり、発酵をスケールアップしてコストを分散したり、酵素細胞を破壊してリコピンを抽出して生産コストを削減するなどのより高度な方法を使用したりします。

これらの問題を解決することの工業化を促進するための偉大な理論と実践的な意義ですバイオ技術によるリコピン生産また、他の高付加価値天然物のバイオテクノロジー生産に関する研究の参考にもなる。

参照

[1]模擬胃液中のカロット状ふくらみ物質の酸化に対するmk-4の保護作用[j]。日本の音楽レーベル、j-popの楽曲 2020年氏(39)は、大学(2):ギター102-111 ( 中国 抽象英語ですが)。

[2]劉 柳KY X = Yの王 Q et アル最適化 主要 成分 比率 の 化合物 果物 と 野菜 d-最適混合設計によるリコピンを豊富に含むワイン[j]。22年中国brew⁃ing 41 (2): 164-169

[3] zardini a a, mohebbi m, farhoosh r,et al. production と 特性化 の ナノ 脂質 食物のためのリコピンを含むキャリアと固体脂質ナノ粒子[j]。 誌 食品 科学 と 技術、2018年55(1):287-298。

[4] lee m t, chen b h .加熱中のリコピンの安定性 モデルシステムにおける照明[j]。食品化学、2002年、78(4):425-432。

[5] wang x w, xia y b, wang k q .天然リコピンの安定性[j]。日本農業学会誌,2002,28(1):57-60 (でchinese with english abstract)。

[6] ma t g .生理学的機能と応用 リコピンか[J]。穀類&2008年油、21(1):46-48(⁃で 英語ではアブストラクト(abstract)。

[7] li j, yan w, liu y h,et al.リコピンの健康機能と応用に関する研究[j]。農業と技術,2016,36(15):5-6(中国語)。

[8] jiang l h, liu h f, hao g f,et al アスタキサンチン[J]。食品産業科学,2019,40(10):350-354。

[9] peng y j, lu h p, wang s n,et al.現在の研究と自然の見通し アスタキサンチン[J]。中国 食品 2017年添加物(4):193-197。

[10] ASSAR E、VIDALLE MCマイクル・チョプラM, et al.Lycopene行為を通じて抑制を抑えκBキナーゼNF -κB信号⁃ing乳ガン細胞を人间の前立腺か[J]。2016年腫瘍biolo⁃コンユ37(7):9375-9385。

[11]羅宇 の V AGARWAL s役割 抗酸化作用がある リコピン 癌と心臓病で[j]^ a b c d e f g h『日本教育史』第19巻、569 -569頁。

[12] huo s x, yang q s, yue x h,et al トマトの中肌か[J]。のfood industry,2019,40(6):263-265 (でchinese with english abstract)。

[13] karl m .カロチノイドおよび新規中間体の製造法:us5208381 [p].1993-05-04。

[14] kirによってj, keasling j d .植物イソプレノイドの生合成:展望 ため 微生物 工学[J]。年間 審査 の 植物生物09年には60:335-355。

[15] rohmer m, knani m, simonin p,et al.イソプレノイド細菌におけるバイオ合成:初期段階のための新たな経路は、宝箱を導く に isopentenylリン酸[J]。の 1993年生化学誌295 (Pt 2): 517-524。

[16] bloch k, chaykin s, phillips a h,et al.メバロン酸二リン酸およびイソペンテニル二リン酸[j]。1959年生物化学の雑誌234(10):2595-2604。

〔17〕CHOUDHARI S M, ANANTHANARAYAN L,⁃歌う hal r . s .では、代謝刺激剤と阻害剤を使用する hanced生産β-caroteneとリコピンBlakeslea tri⁃ spora nrrl 2895および2896[j]。」。bioresource technology,2008(8):3166-3173。

[18] anates t m r, de castrotes a e, pereztes J c .改善 方法 の 生産 リコピン、仕込み ため 取得 リコピン、 アプリケーション インプリメントされることができる:CN1617934A [P] .2005-05-18。

[19] wang j f, liu x j, liu r s,et al エド 発酵 過程 ため の 生産 の リコピン によって Blakeslea trispora NRRL 2895(+)とNRRLの2896です (−) [J]。Bioprocess と ね 2012年工学、35(4):553-564。

[20] zhu f y, lu l, fu s,et al。2015年プロセス生化学、50(3):341-346。

[21] park s y, binkley r m, kim w j,et al 高レベルのアスタキサンチンproducを求めるescherichia coliのニーリング 生産性の高いtion[j]。代謝 工学、2018年、49:105-115。

[22] ray b l, raetz c r .グラム陰性エンドトキシンの生合成。4&を組み込んだ大腸菌膜の新規キナーゼ#リピドaのリン酸[j]。journal のbiologi cal chemistry,1987,262(3):1122-1128。

[23] xie w p, lv x m, ye l d,et al.リコペンの構築-直接の結晶進化と代謝工学を組み合わせたsaccharomyces cerevisiaeの過剰生産[j]。^『週刊ファミ通』2015年10月号、66 - 69頁。

[24] chen y, xiao w h, wang y,et al パスウェイ工学とホスト工学を組み合わせる[j / ol]。microbial cell facto ries,2016,15(1):113[2023-03-13]https://microbialcellfac⁃保守党。    biomedcentral。    com/articles/10.1186/s12934-016- 0509-4。

[25] shi b, mat, ye z l,et al. systematic metabolic engineering のSaccharomyces属 cerevisiae ため リコピン 翻译好? [J]。journal のagricultural とfood chemistry,2019,67(40): 11148-11157。

[26]周 K、 C、ヤン N et アル適応 進化 また、代謝工学は、前駆体の供給と利用を強化することにより、糖質の原料であるリコピンの生産を促進する[j]。農食品化学会雑誌』2023 71(8):3821-3831。

[27]高s l, tong y y, zhu l,et al.反復統合 ヤロウィア・リポリチカ(yarrowia lipolytica)は、ヤロウィア・リポリチカの学名 ologous β-carotene 生産か[J]。代謝 エンジニアリング、41:192-201、2017年

[28] larroude m, celinska e, back a,et al.変換への合成生物学的アプローチ Yarrowia lipolytica comに⁃petitive biotechnologicalプロデューサーβ-caroteneか[J]。^「biotechnol ogy とbioengineering,2018,115(2):464-472。

[29] guerin m, huntley m e, olaizola m . haematococ astaxanthin:applications for human health とnutrition[j]。^ a b c d e『人事興信録』2003年(平成15年)、210-216頁。

[30] dias c, silva c, freitas c,et al. rhodosporidium toruloides ncyc 921カロテノイドおよび口紅包質に対する中程度のphの影響 生産 評価 によって フロー cd8、[J]。適用 ^ bio chemistry とbiotechnology,2016,179(5):776-787。

[31] bhataya a, schmidt-dannert c, lee p c .メタリコピンのためのピヒア・パストリスx-33のボリックエンジニアリング[j]。2009年プロセス生化学、44(10):1095-1102。

[32] yang j m, guo l z .生合成 βの-caroteneで engiは、mepおよびmva経路を用いて大腸菌に感染した[j]。^『週刊ファミ通』ファミ通文庫、2014年、13:16。

[33] li y f, lin z q, huang c,et al. crispr-cas9を用いた大腸菌の代謝工学meditated genome edit ing[j]。2015代謝工学と31:13-21下位です。

[34] zhou k, zou r y, stephanopoulos g,et al methylerythritol識別される cyclodiphosphate 微生物イソプレノイドの生産における制限ステップとしてefはフラックス[j]。2012年『PLoS One、7(11日):e47513。

[35] li q y, fan f y, gao x,et al. ispgとisphをバランスよく活性化してmep中間体の蓄積を除去し、imは大腸菌におけるイソプレノイドの産生を証明する[j]。代謝を切る44:13-21、2017年。

[36] DIMSTER-DENK D、THORSNESS M  KRINE j . feedは、saccharomyces cerevisiaeにおける3-hydroxy-3-methylglutaryl補酵素の制御を戻す[j]。the molecular 生物学のthe cell,1994,5(6): 665 -665。

[37] martin v j j j, pitera d j, withers s t,et al 大腸菌のメバロン酸経路を探る tion  の テルペノイドでか[J]。自然 2003年バイオテクノロジー21(7):796-802。

[38] verwaal r, wang j, meijnen j p,et 高度アル of  -カロテン in  Saccharomyces  cerevisiae xan thophyllomycesからのカロテノゲン遺伝子との連続的な変換によって dendrorhous [J]。適用 and  2007年環境微生物学73(13):4342-4350。

[39] tyo k e j, ajikumar p k, stephanopoulos g安定 遺伝子 重複 、 長期 selection-freeheterologous 経路 表情か[J]。自然 2009年バイオテクノロジー、27(8):760-765。

[40] KILDEGAARD K  R, ADIEGO-PEREZ b, domenech belda d,et al. engineering of yarrowia lipolytica for pro of astaxanthin[j]。2017年合成繊維とシステムbiotechnolo⁃コンユ、2(4):287-294。

[41] xie w p, ye l d, lu x m,et al. saccharomyces cerevisiaeにおける代謝中間体のバランスのとれた利用のための生合成経路の逐次的制御[j]。^ ab c d e f g h日本コロムビア、2015年、28 -18頁。

[42] hong j, park s h, kim s,et al in  Saccharomyces  cerevisiae by  酵素 工学 増えている膜 柔軟性 NAPDH生産 [J]。応用微生物学とバイオテクノロジー,2019,103(1):211-223。

[43] li j r, lin j y, li z y,et al recombinant saccharomyces cerevisiae[j / ol]の論文。ミクロ⁃ biology  中国、2023:1-24[2023-03-13]。

[44]趙J李Q Y、孫T, et al.Engineering中央代謝用モジュール大腸菌のβ改善-carotene produc⁃tionか[J]。2013年代謝工学、17:42-50。

[45] sun t, miao l t, li q y,et al グルカンスクラーゼ 大肠菌を[J]。バイオテクノロジー手紙、2014年、36(7):1515-1522。

[46] ye z l, shi b, huang y l,et al.微生物発酵ファネセンからイソフィトールへのビタミンe生産革命[j / ol]。the innovation,2022,3(3):100228[2023- 03-13].https://doi.org/10.1016/j.xinn .2022.100228。

[47] deng x m, shi b, ye z l,et al. engineered yeastにおけるocimum sanctum sesquiterpenoid synthaseおよび(-)-eremophilene過剰生産の系統的同定[j]。代謝縁起⁃neering、2022年、69:122-133。

[48] luo z s, liu n, lazar z,et al。イソペンテノールの利用を表現することによるヤロウィア・リポリチカにおけるイソプレノイドのsyn発現能力の増強 経路 and  変調 細胞脱出 hydrophobicity [J]。代謝を切る61:344-351、2020。

[49] choksi p m, joshi v y . a review on lycopene:extraction, purification,stability and applications[j]。国際学術誌「ネイチャ・フォトニックス ^ a b c d e f g h i(2007年)、289-298頁。

[50] bian g k, ma t, liu t g . in vivoテルペノイド過剰生産用プラットフォーム and  the  生成 of  化学 多様性[J]。2018年方法こうそ学、608:97-129。

[51]スコット K  j検出 and  測定 of  カロチノイド色素 UV /、「VIS観察し[J]。現在の食品に使用されるプロトコルana⁃lytical化学、01 F2 .2(1): 1。