維生素B12生產(chǎn)工藝的進(jìn)展課件

維生素B12生產(chǎn)工藝的進(jìn)展姓名：沈潔瑩學(xué)號：2目錄維生素B12簡介維生素B12的產(chǎn)生方式維生素B12菌種選育（原因&方法）提高產(chǎn)率的其他方法傳統(tǒng)工藝發(fā)酵工藝的改進(jìn)二步發(fā)酵工藝膜反應(yīng)器單一膜反應(yīng)器與二步發(fā)酵工藝相結(jié)合的膜反應(yīng)器一體式膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器與其他技術(shù)的聯(lián)用結(jié)論維生素B12簡介維生素B12(VB12)，又稱鈷胺素(cyanocoba—lamin)，是一種含有鈷的咕啉類有機(jī)化合物，分子式C63H88CoN14O14P。是人體組織代謝過程中所必需的維生素，是人和其它哺乳動物維持生長和促進(jìn)紅細(xì)胞生長的重要因子，在臨床上用于治療惡性貧血和恢復(fù)造血功能等。維生素B12菌種選育

——原因

1991年，從海底沉積物中分離出一種新的厭氧型乙酸桿菌屬菌株69從而產(chǎn)生胞內(nèi)VB12的實驗中，乙酸桿菌產(chǎn)生VB12的同時也產(chǎn)生副產(chǎn)物類鈷啉酶，它會抑制VB12的生成。根據(jù)鹵代烷烴會與含鈷化合物發(fā)生甲基化轉(zhuǎn)移反應(yīng)使鈷原子發(fā)生烷基取代的性質(zhì)，在培養(yǎng)液中加入鹵代烷烴便可以抑制類鈷啉酶的生成，從而可以提高VB12的產(chǎn)量。因此，選育出對鹵代烷烴具有抗性的菌株極為關(guān)鍵。維生素B12菌種選育

——方法

在四氯甲烷(TCM)介質(zhì)中，以甲磺酸乙酯作為誘變劑對菌株69進(jìn)行誘變。結(jié)果表明，由此得到的突變菌株產(chǎn)生的VB12(7．6mg／L)是原來沒有加鹵代烷烴產(chǎn)生的VB12(3．4mg／L)的2．2倍。具有工業(yè)生產(chǎn)價值的VB12產(chǎn)生菌，如謝氏丙酸桿菌和菲氏丙酸桿菌產(chǎn)生VB12可達(dá)23～25mg／L(厭氣，30℃培養(yǎng)80～132h)。進(jìn)一步從各種產(chǎn)生菌中選擇生長快、產(chǎn)量高的謝氏丙酸桿菌和脫氮假單孢桿菌，產(chǎn)生的VB12可達(dá)59mg／L，可作為工業(yè)生產(chǎn)用菌株。提高產(chǎn)率的其他方法

為了提高VB12的產(chǎn)率，在生物合成VB12過程中除了加入前體，如谷氨酸、蘇氨酸、氨基乙酰丙酸和氨基丙醇外，還需要補(bǔ)充加入鈷鹽和5，6-二甲基苯并咪唑。甜菜堿(主要存在于糖、甜菜和糖蜜中)和膽堿對細(xì)菌產(chǎn)生VB12也具有刺激效果，主要是促進(jìn)細(xì)胞表面對代謝產(chǎn)物的分泌。傳統(tǒng)工藝一步厭氧發(fā)酵

丙酸桿菌

發(fā)酵VB12胞外產(chǎn)物丙酸、乙酸抑制細(xì)胞增長

實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)這一工藝的VB12，產(chǎn)率并不理想，主要是因為在厭氧過程中，副產(chǎn)物丙酸會抑制細(xì)胞的生長。顯然，只有及時消除發(fā)酵體系中不斷增多的丙酸，才能推動生物合成應(yīng)的有效進(jìn)行。然而，只有發(fā)酵體系處在有氧條件下，丙酸才會被分解掉。所以，目前的工業(yè)生產(chǎn)在傳統(tǒng)的厭氧發(fā)酵上進(jìn)一步改進(jìn)，采用二步發(fā)酵工藝。厭氧有氧分解二步發(fā)酵工藝第一步：先厭氧發(fā)酵，提高細(xì)胞生長速率第二步：好氧發(fā)酵，以分解丙酸實驗證實好氧階段溶解氧的最佳濃度為1ppm，最佳通氧時間為6h。在生物合成過程中厭氧和好氧條件適時交替實施，可以充分利用兩者各自的優(yōu)點，得到的VB12濃度是純厭氧發(fā)酵條件下所得VB12濃度的2倍以上。

二步發(fā)酵工藝不僅提高了VB12的產(chǎn)量，還給出發(fā)酵生產(chǎn)工藝的新思路，對于其他發(fā)酵體系也有一定的啟發(fā)和指導(dǎo)意義。單一膜反應(yīng)器

其中，膜濾器可用于去除丙酸，減少其對體系的抑制作用。這套膜反應(yīng)器一方面移走有抑制作用的產(chǎn)物，另一方面通過料液的循環(huán)流動，避免了反應(yīng)罐中因細(xì)胞濃度劇增而導(dǎo)致料液粘度和操作壓力變大的情況，從而消除了不利于細(xì)胞再生長和體系操作的負(fù)面影響。一體式膜反應(yīng)器（UAFR）：升流式厭氧過濾反應(yīng)器

UAFR屬于一體式膜反應(yīng)器，在玻璃圓柱形反應(yīng)器內(nèi)裝填基質(zhì)支撐材料，乙酸桿菌的固定化活性細(xì)胞就固定在支撐材料上，形成生物膜。支撐材料裝填率為35～40。在該膜反應(yīng)器投入使用之前，為形成良好的生物膜，基質(zhì)支撐材料需用含125mmol／L的甲醇一甲酸甲酯和0．16mmol／LCoC16·6HO的溶液進(jìn)行預(yù)處理，然后將乙酸桿菌活性細(xì)胞固定在基質(zhì)材料上。處理后的膜反應(yīng)器可起到分離和催化兩重性能。膜反應(yīng)器與其他技術(shù)的聯(lián)用

膜反應(yīng)器能夠有效地去除丙酸，有時還兼具催化性能，又可以有效地維持反應(yīng)器中的細(xì)胞濃度，從而提高VB12的生產(chǎn)能力。但是由于營養(yǎng)介質(zhì)在超濾時會隨丙酸一同透過膜而流失，降低了碳源的利用率，因此需要補(bǔ)充大量的新鮮介質(zhì)。目前，這個問題已經(jīng)有了一些較好的解決方案，如Ye等在研究乳酸發(fā)酵時，采用錯流過濾和陰離子交換樹脂聯(lián)用的新型技術(shù)即可較好地解決這類問題。此項聯(lián)合技術(shù)也可借鑒應(yīng)用到其他終產(chǎn)物抑制反應(yīng)的體系中。結(jié)論

綜上所述，可通過菌株選育和改善發(fā)酵工藝提高VB12的收率。

在利用丙酸桿菌生產(chǎn)VB12的過程中，主要有3種方法可以降低體系中丙酸的濃度，提高VB12的產(chǎn)量：(1)使用堿性物質(zhì)中和丙酸；(2)控制溶解氧的濃度為0～1ppm交替變換，分解掉丙酸；(3)利用膜反應(yīng)器從體系中移除丙酸。

針對膜反應(yīng)器中原料流失多、利用率低的缺點，有多種方法可以改進(jìn)，如在混合