講述了維生素的作用和目前僅有維生素C、維生素B2、維生素B12、維生素D、β-胡蘿蔔素等少數幾種維生素可完全或部分地利用微生物進行工業生產。
基本介紹
- 中文名：維生素髮酵微生物
- 外文名：weishengsu fajiao weishengwu
- 類別：工藝
- 生物：微生物
- 維生素：合成
- 研究單位：中國科學院微生物研究所等
簡介,英文名,作用,發酵工藝,
簡介
英文名
weishengsu fajiao weishengwu
維生素髮酵微生物
microorganisms of vitamin fermentation
用於發酵合成及其前體的微生物。
作用
生命活動必需的要素
維生素是人體生命活動必需的要素，主要以輔酶或輔基的形式參與生物體各種化合反應。維生素在醫療中發揮了重要作用，如維生素B族用於治療神經炎、角膜炎等多種炎症，維生素D是治療侗僂病的重要藥物等等。維生素還套用於畜牧業及飼料工業中。
維生素的生產多採用化學合成法，後來人們發現某些微生物可以完成維生素合成中的某些重要步驟；在此基礎上，化學合成與生物轉化相結合的半合成法在維生素生產中得到了廣泛套用。目前可以用發酵法或半合成法生產的維生素有維生素C、B2。B12、D、以及β一胡蘿蔔素等。
維生素C又稱抗壞血
維生素C又稱抗壞血酸(ascorbic acid)，能參與人體內多種代謝過程，使組織產生膠原質，影響毛細血管的滲透性及血漿的凝固，刺激人體造血功能，增強機體的免疫力。另外，由於它具有較強的還原能力，可作為抗氧化劑，已在醫藥、食品工業等方面獲得廣泛套用。維生素C的化學合成方法一般指萊氏法，後來人們改用微生物脫氫代替化學合成中L一山梨糖中間產物的生成，使山梨糖的得率提高一倍，我國進一步利用另一種微生物將L一山梨糖轉化為2一酮基L一古龍酸，再經化學轉化生產維生素C，稱為兩步法發酵工藝。
維生素C
維生素C 一種水溶性維生素,在新鮮蔬菜和水果中含量豐富。可利用弱氧化葡糖酸桿菌、生黑葡糖酸桿菌和醋酸桿菌屬的某些菌株進行由D-山梨醇到L-山梨糖的氧化（通稱一步發酵法）。被用作底物的D-山梨醇由D-葡萄糖媒促還原製備。L-山梨糖經化學氧化生成L-抗壞血酸，需先生產L-酮基-L-古洛糖酸，然後加酸處理,才可轉化為維生素C。1933年,化學家T.賴希施泰因首先提出這一方法，並用於工業生產。因反應過程長，並需要大量強氧化劑,所以污染嚴重,連續操作困難。20世紀60年代以來，美國、日本、法國和聯邦德國以某些種的葡糖酸桿菌、假單胞菌、歐文氏菌、短桿菌和棒桿菌，分別利用D-葡萄糖、D-山梨醇或L-山梨糖作底物，發酵產生2-酮基-L-古洛糖酸，但至今還未用於工業生產。
發酵工藝
中國科學院微生物研究所和北京製藥廠協作，曾於1970年篩選到可將 L-山梨糖氧化成2-酮基-L-古洛糖酸的、由兩種細菌組成的自然組合共棲菌株N1197A。兩種細菌是條紋假單胞桿菌和氧化葡糖酸桿菌，在單獨培養時,前者不產酸,後者產酸微弱。採用上述的氧化葡糖酸桿菌與芽孢桿菌屬或假單胞桿菌屬的菌株混合培養，可以產生維生素C的前體，即2-酮基-L-古洛糖酸。這是維生素C的二步發酵法。
維生素C一步和二步發酵法
第一步發酵是生黑葡糖桿菌（或弱氧化醋桿菌）經過二級種子擴大培養，種子液質量達到轉種液標準時，將其轉移至含有山梨醇、玉米粉、磷酸鹽、碳酸鈣等組分的發酵培養基中，在28～34℃下進行發酵培養。在發酵過程中可採用流加山梨醇的方式，其發酵收率達95%，培養基山梨醇濃度達到25%時也能繼續發酵。發酵結束，發酵液經低溫滅菌，得到無菌的含有山梨糖的發酵液，作為第二步發酵的原料。
第二步發酵是氧化葡糖桿菌（或假單胞桿菌）經過二級種子擴大培養，種子液達到標準後，轉移至含有第一步發酵液的發酵培養基中，在28～34℃下培養60～72h。最後發酵液濃縮，經化學轉化和精製獲得維生素C。
在用維生素C一步和二步發酵法生產中,起主要氧化作用的葡糖酸桿菌對作用底物(D-山梨醇或L-山梨糖)的分子結構進行特異性改變，是典型的微生物轉化：
[ 1737-01][1737-02]葡糖酸桿菌革蘭氏陰性,細胞呈長或短桿狀,極生鞭毛或不具鞭毛，能在pH4.5時生長,可氧化葡糖生成葡糖酸並具有多元醇生酮作用。最適生長溫度30～35℃（弱氧化葡糖酸桿菌）或18～21℃（氧化葡糖酸桿菌）。
中國首先使用二步發酵法進行維生素 C的工業生產，生成的2-酮基-L-古洛糖酸轉化率為80%，維生素C總收率在45%以上。
維生素 又名核黃素，為水溶性維生素，是一種咯嗪衍生物，奶、雞蛋、禾本科植物胚芽以及動物肝、腎、心臟中大量存在。很多微生物可生成維生素，用於工業生產主要是棉阿舒囊霉和阿舒假囊酵母。此外，許多種的假絲酵母，多種黴菌和細菌也能少量形成維生素。
棉病囊菌又稱棉針孢酵母，是一種子囊菌，在它的生活史中，先由營養細胞生成營養菌絲，到達具有孢子囊的階段，孢子囊成熟後釋放出孢子。而孢子囊是同宗配合形成的，與異宗配合的阿舒假囊酵母不同。這兩種子囊菌在核黃素製備中都有重要價值。
核黃素髮酵所用碳源除碳水化合物外，還有液體的油脂。美、日、英、蘇、德國已用微生物發酵法生產核黃素。中國1960年開始用阿舒假囊酵母固體發酵法製造核黃素，作為奶糕的營養添加物。使用深層培養法，核黃素的最高產量可達7000微克/毫升以上。
生素 又稱鈷胺素，是具有抗惡性貧血特殊效應的化合物。很多種細菌都能合成維生素。最初採用的生產菌株是從糞便中分離到的黃桿菌和諾卡爾氏菌等。某些酵母菌和絲狀真菌也都具有合成維生素的能力。在工業生產中，採用巨大芽孢桿菌、費氏丙酸桿菌、舒氏丙酸桿菌、橄欖色鏈黴菌以及某些種的節桿菌合成維生素。鈷是維生素合成的必要元素，在基質中最適濃度的鈷能提高的產量。
維生素也可從生產抗生素的多種鏈黴菌發酵菌線中提取。在污水、活性污泥中維生素的含量很多。
β-胡蘿蔔素 即維生素A原,它在人的腸黏膜中轉變成維生素 A。接合霉、好食脈孢菌以及菌核青黴等都能合成 β-胡蘿蔔素。目前適合於工業生產的只有三孢布拉氏霉的正、負菌株。此外，某些綠藻中合成類胡蘿蔔素的量也很高,可用於生產葉黃素。β-胡蘿蔔素還可以由銅綠假單孢菌在pH7.0時轉變成維生素A。
麥角甾醇 維生素的原維生素，它大量存在於各種高等真菌的子實體、青黴、麴黴和各種菌絲以及多種酵母的細胞中。先使細胞質壁分離再抽提脂肪，從中即可獲得麥角甾醇。此法已用於工業生產。
其他如生物素 即維生素H,可由棒桿菌、分枝桿菌及毛霉等許多屬的微生物合成，白喉桿菌和黑麴黴可利用庚二酸合成生物素，酵母和脈孢菌則可利用脫硫生物素合成。對氨基苯甲酸可由某些金黃色葡萄球菌製備。有許多細菌可用於合成另一種重要的維生素──葉酸。另外，硫胺素（維生素）可由大腸桿菌和酵母菌合成，硫胺素作為工業酒精發酵的副產物和某些腸道細菌具有合成維生素K（萘醌化合物）的能力;某些假絲酵母、根霉通過外消旋縮合反應，可以分離得到-生育酚（維生素E）的異構體。
