医学维生素生产工艺的进展.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,维生素生产工艺的进展,目 录,维生素B,12,简介,维生素B,12,的产生方式,维生素B,12,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,B,12,简介,维生素B,12,(VB,12,)，又称钴胺素(cyanocobalamin)，是一种含有钴的咕啉类有机化合物，分子式C,63,H,88,CoN,14,O,14,P。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复造血功能等。,维生素,B,12,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,VB,12,。,从天然肥料或土壤中分离出能产生,VB,12,的菌株。,1,992,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,VB,12,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,VB,12,1991,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,VB,12,。,维生素,B,12,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VB,12,的实验中，乙酸杆菌产生VB,12,的同时也产生,副产物,类钴啉酶，它会,抑制,VB,12,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VB,12,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,B,12,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,VB,12,(,7,6 mg,L),是原来没有加卤代烷烃产生的,VB,12,(3,4 mg,L),的,2,2,倍。,具有工业生产价值的,VB,12,产生菌，如谢氏丙酸杆菌和菲氏丙酸杆菌产生,VB,12,可达,23,25 mg,L(,厌气，,30,培养,80,132 h),。进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,VB,12,可达,59 mg,L,，可作为工业生产用菌株。,提高产率的其他方法,为了提高,VB,12,的产率，在生物合成,VB,12,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,VB,12,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,VB,12,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,VB,12,，,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，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VB,12,浓度是纯厌氧发酵条件下所得VB,12,浓度的,2倍以上,。,二步发酵工艺不仅,提高了VB,12,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VB,12,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VB,12,。,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VB,12,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VB,12,的收率。,在利用丙酸杆菌生产VB,12,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VB,12,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。,