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1、维生素B12生产工艺的进展,姓名：沈洁莹 学号：200821180140,目 录,维生素B12简介 维生素B12的产生方式 维生素B12菌种选育（原因&方法） 提高产率的其他方法 传统工艺 发酵工艺的改进 二步发酵工艺 膜反应器 单一膜反应器 与二步发酵工艺相结合的膜反应器 一体式膜反应器 膜反应器与其他技术的联用 结论,维生素B12简介,维生素B12(VB12)，又称钴胺素(cyanocobalamin)，是一种含有钴的咕啉类有机化合物，分子式C63H88CoN14O14P。是人体组织代谢过程中所必需的维生素，是人和其它哺乳动物维持生长和促进红细胞生长的重要因子，在临床上用于治疗恶性贫血和恢
2、复造血功能等。,维生素B12的产生方式,由各种细菌和放线菌中产生早期从抗生素，如链霉素、新霉素、氯霉素和庆大霉素等发酵废液中提取VB12。 从天然肥料或土壤中分离出能产生VB12的菌株。1992年Kojima等首次报道，从568份土壤样品中分离出500种能够消解异丙醇并产生VB12的微生物。 诺卡氏菌、棒状菌、芽孢杆菌、乙酸杆菌和丁酸杆菌属的细菌也能产生VB121991年Inoue等从海底沉积物中分离出一种新的厌氧型乙酸杆菌属菌株69，可以产生胞内VB12。,维生素B12菌种选育 原因,1991年，从海底沉积物中分离出一种新的厌氧型乙酸杆菌属菌株69从而产生胞内VB12的实验中，乙酸杆菌产生V
3、B12的同时也产生副产物类钴啉酶，它会抑制VB12的生成。根据卤代烷烃会与含钴化合物发生甲基化转移反应使钴原子发生烷基取代的性质，在培养液中加入卤代烷烃便可以抑制类钴啉酶的生成，从而可以提高VB12的产量。因此，选育出对卤代烷烃具有抗性的菌株极为关键。,维生素B12菌种选育 方法,在四氯甲烷(TCM)介质中，以甲磺酸乙酯作为诱变剂对菌株69进行诱变。结果表明，由此得到的突变菌株产生的VB12(76 mgL)是原来没有加卤代烷烃产生的VB12(34 mgL)的22倍。具有工业生产价值的VB12产生菌，如谢氏丙酸杆菌和菲氏丙酸杆菌产生VB12可达2325 mgL(厌气，30培养80132 h)。进
4、一步从各种产生菌中选择生长快、产量高的谢氏丙酸杆菌和脱氮假单孢杆菌，产生的VB12可达59 mgL，可作为工业生产用菌株。,提高产率的其他方法,为了提高VB12的产率，在生物合成VB12过程中除了加入前体，如谷氨酸、苏氨酸、 氨基乙酰丙酸和氨基丙醇外，还需要补充加入钴盐和5，6-二甲基苯并咪唑。甜菜碱(主要存在于糖、甜菜和糖蜜中)和胆碱对细菌产生VB12也具有刺激效果，主要是促进细胞表面对代谢产物的分泌。,传统工艺,一步厌氧发酵丙酸杆菌,发酵,VB12,胞外产物,丙酸、乙酸,抑制细胞增长,实际生产中发现这一工艺的VB12，产率并不理想，主要是因为在厌氧过程中，副产物丙酸会抑制细胞的生长。显然，
5、只有及时消除发酵体系中不断增多的丙酸，才能推动生物合成应的有效进行。然而，只有发酵体系处在有氧条件下，丙酸才会被分解掉。所以，目前的工业生产在传统的厌氧发酵上进一步改进，采用二步发酵工艺。,厌氧,有氧,分解,发酵工艺的改进,二步发酵工艺 膜反应器 单一膜反应器与二步发酵工艺相结合的膜反应器一体式膜反应器膜反应器与其他技术的联用,二步发酵工艺,第一步：先厌氧发酵，提高细胞生长速率 第二步：好氧发酵，以分解丙酸实验证实好氧阶段溶解氧的最佳浓度为1 ppm，最佳通氧时间为6 h。在生物合成过程中厌氧和好氧条件适时交替实施，可以充分利用两者各自的优点，得到的VB12浓度是纯厌氧发酵条件下所得VB12浓
6、度的2倍以上。二步发酵工艺不仅提高了VB12的产量，还给出发酵生产工艺的新思路，对于其他发酵体系也有一定的启发和指导意义。,膜反应器,这是最新发展起来的一种发酵与分离耦合的体系，利用分离膜的优良分离性能，在反应的过程中选择性地及时脱除某些产物，突破反应平衡的限制或减少生化反应中这些产物对反应的抑制作用，提高目的产物的转化率和选择性(有的膜反应器中的分离膜还兼具催化反应的性能)； 因为膜对酶和细胞组织不具破坏性，使得酶和细胞可以重复使用，从而使反应体系维持较高的酶浓度和细胞浓度。因此膜过滤系统被认为是实现细胞循环利用的最有前景性的方法。 可以实现发酵与分离一体化组合的膜反应器发酵系统是可将影响V
7、B12产量的丙酸从反应体系分离出去的最好工艺。,单一膜反应器,其中，膜滤器可用于去除丙酸，减少其对体系的抑制作用。这套膜反应器一方面移走有抑制作用的产物，另一方面通过料液的循环流动，避免了反应罐中因细胞浓度剧增而导致料液粘度和操作压力变大的情况，从而消除了不利于细胞再生长和体系操作的负面影响。,与二步发酵相结合的膜反应器,第一步在37下进行厌氧发酵，调整料液pH。在该阶段应用超滤膜设备的目的是保持发酵罐中细胞浓度的平衡以及料液体积的稳定，并且将生成的丙酸排除，另作收集。第二步厌氧发酵，得到VB12。,一体式膜反应器,（UAFR）：升流式厌氧过滤反应器,UAFR属于一体式膜反应器，在玻璃圆柱形反
8、应器内装填基质支撑材料，乙酸杆菌的固定化活性细胞就固定在支撑材料上，形成生物膜。支撑材料装填率为35 40 。在该膜反应器投入使用之前，为形成良好的生物膜，基质支撑材料需用含125mmolL的甲醇一甲酸甲酯和016 mmolL CoC166H O 的溶液进行预处理，然后将乙酸杆菌活性细胞固定在基质材料上。处理后的膜反应器可起到分离和催化两重性能。,膜反应器与其他技术的联用,膜反应器能够有效地去除丙酸，有时还兼具催化性能，又可以有效地维持反应器中的细胞浓度，从而提高VB12的生产能力。但是由于营养介质在超滤时会随丙酸一同透过膜而流失，降低了碳源的利用率，因此需要补充大量的新鲜介质。目前，这个问题
9、已经有了一些较好的解决方案，如Ye等在研究乳酸发酵时，采用错流过滤和阴离子交换树脂联用的新型技术即可较好地解决这类问题。此项联合技术也可借鉴应用到其他终产物抑制反应的体系中。,结论,综上所述，可通过菌株选育和改善发酵工艺提高VB12的收率。在利用丙酸杆菌生产VB12的过程中，主要有3种方法可以降低体系中丙酸的浓度，提高VB12的产量：(1)使用碱性物质中和丙酸；(2)控制溶解氧的浓度为0 1 ppm 交替变换，分解掉丙酸；(3)利用膜反应器从体系中移除丙酸。针对膜反应器中原料流失多、利用率低的缺点，有多种方法可以改进，如在混合发酵体系中加入可吞噬或消耗丙酸的微生物，直接减弱或消除丙酸的抑制作用 ；采取联合处理技术，如膜一树脂联用、膜一活性炭联用进行有效物质的回收和重复利用。这些技术行之有效，可借鉴应用到其他终产物抑制反应的发酵体系中，具有良好的发展前景。,
