維生素B12生產(chǎn)工藝的進展課件

維生素B12生產(chǎn)工藝的進展姓名：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)酵上進一步改進，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。膜反應(yīng)器

這是最新發(fā)展起來的一種發(fā)酵與分離耦合的體系，利用分離膜的優(yōu)良分離性能，在反應(yīng)的過程中選擇性地及時脫除某些產(chǎn)物，突破反應(yīng)平衡的限制或減少生化反應(yīng)中這些產(chǎn)物對反應(yīng)的抑制作用，提高目的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率和選擇性(有的膜反應(yīng)器中的分離膜還兼具催化反應(yīng)的性能)；

因為膜對酶和細(xì)胞組織不具破壞性，使得酶和細(xì)胞可以重復(fù)使用，從而使反應(yīng)體系維持較高的酶濃度和細(xì)胞濃度。

因此膜過濾系統(tǒng)被認(rèn)為是實現(xiàn)細(xì)胞循環(huán)利用的最有前景性的方法。

可以實現(xiàn)發(fā)酵與分離一體化組合的膜反應(yīng)器發(fā)酵系統(tǒng)是可將影響VB12產(chǎn)量的丙酸從反應(yīng)體系分離出去的最好工藝。

與二步發(fā)酵相結(jié)合的膜反應(yīng)器

第一步在37℃下進行厭氧發(fā)酵，調(diào)整料液pH。在該階段應(yīng)用超濾膜設(shè)備的目的是保持發(fā)酵罐中細(xì)胞濃度的平衡以及料液體積的穩(wěn)定，并且將生成的丙酸排除，另作收集。

第二步厭氧發(fā)酵，得到VB12。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