发酵维生素(共9页)

1、微生物发酵(f jio)维生素的研究进展摘要(zhiyo)：微生物是一类宝贵而又丰富的生物资源。它广泛应用于食品、发酵、制药、环保、冶金和农业等众多行业。这类资源如能进一步科学合理地开发，必将为人类创造出巨大的物质财富。微生物发酵技术(jsh)以现代发酵技术为核心，利用微生物的代谢活动过程，经生物转化而大规模地制造各种工业发酵产品。维生素是维持人体正常生命活动所必需的一类有机化合物。在体内含量极微，但在机体的代谢、生长发育等过程中其重要作用。本文针对维生素在现实生活中的一些研究进展展开分析，并对该产业的研究进展作出了讨论。关键词：微生物；发酵；制药；维生素Research progress o

2、f microbial fermentation of vitaminAbstract：Microorganism is a kind of precious and rich biological resources.It is widely used in food, fermentation, pharmaceutical, environmental protection, metallurgy and agriculture, and many other industries.This kind of resources scientifically and rationally

3、to further development, will create huge material wealth for human beings.Microbial fermentation technology with modern fermentation technology as the core, the use of microbial metabolic activity process, the biological transformation and manufacturing all kinds of industrial fermentation product o

4、n a large scale.Vitamins are necessary to maintain normal life activities of a class of organic compounds.Very micro levels in the body, but in the bodys metabolism, growth and development, its important role in the process.Vitamins in real life, the author of this paper analyzes some research progr

5、ess, and made a discussion on the research progress of the industry.Key words: microbes; The fermentation; Pharmaceutical; vitamin维生素是维持机体正常生长发育和生理功能所必须的一类低分子有机化合物，既是人体的营养物质，也是一类重要药物。临床上除了用于治疗和预防维生素缺乏症外，还用于某些急性严重疾病和长期慢性疾病的治疗。1生物发酵制维生素1.1微生物发酵利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢

6、过程来合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。随着细胞融合技术和基因工程的问世，为微生物制药来源菌的获得提供了一种有效的手段。工程菌和融合子经发酵后产生原来微生物所不能生产的药物或提高生产效率。同时近年来发酵工艺及其控制的研究也得到了发展，利用计算机在线控制以及固定化细胞技术为微生物发酵制药工业带来了新的发展空间。1.2维生素概述(i sh)维生素是六大生命要素(yo s)之一, 为整个生命活动所必需。这类物质在体内(t ni)既不是构成身体组织的原料，也不是能量的来源，而是一类调节物质，在物质代谢中其重要作用。这类物质由于体内不能合成或合成量不足，所以虽然

7、需要量很少，但必须经常由食物供给。-胡萝卜素、VC、VE是目前应用最为广泛，效果最为显著的三种维生素，它们的作用分别是：-胡萝卜素是强力抗氧化剂, 有抑制癌细胞增殖和提高机体免疫力等作用。1V C 和V E 均是抗氧化剂, 前者可阻止、破坏自由基形成，还具有激活免疫系统细胞的活力，刺激机体产生干扰素以抵御外来侵染因子。至于VE可产生抗体，增强机体免疫力。维生素在体内的含量很少，但不可或缺1.3维生素分类及作用1.3. 1脂溶性维生素维生素A：维持正常视力，预防夜盲症；维持上皮细胞组织健康；促进生长发育；增加对传染病的抵抗力；预防和治疗干眼病。 维生素D：调节人体内钙和磷的代谢，促进吸收利用，促

8、进骨骼成长。 维生素E：维持正常的生殖能力和肌肉正常代谢；维持中枢神经和血管系统的完整。 维生素K：止血。它不但是凝血酶原的主要成分，而且还能促使肝脏制造凝血酶原。小儿维生素K缺乏症2。1.3.2水溶性维生素维生素B1：保持循环、消化、神经和肌内正常功能；调整胃肠道的功能；构成脱羧酶的辅酶，参加糖的代谢；能预防脚气病。 维生素B2：又叫核黄素。核典素是体内许多重要辅酶类的组成成分，这些酶能在体内物质代谢过程中传递氢，它还是蛋白质、糖、脂肪酸代谢和能量利用与组成所必需的物质。能促进生长发育，保护眼睛、皮肤的健康。泛酸(fn sun)(维生素B5)：抗应激、抗寒冷、抗感染、防止某些抗生素的毒性，消

9、除术后腹胀。 维生素B6：在蛋白质代谢中起重要作用。治疗神经衰弱(shnjngshuiru)、眩晕、动脉粥样硬化等。 维生素B12：抗脂肪肝，促进维生素A在肝中的贮存(zhcn)；促进细胞发育成熟和机体代谢；治疗恶性贫血。32维生素研究进展2.1维生素C维生素C（Vitamin C ，Ascorbic Acid）又叫L-抗坏血酸，是一种水溶性维生素。食物中的维生素C被人体小肠上段吸收。一旦吸收，就分布到体内所有的水溶性结构中，正常成人体内的维生素C代谢活性池中约有1500mg维生素C，最高储存峰值为3000mg维生素C。正常情况下，维生素C绝大部分在体内经代谢分解成草酸或与硫酸结合生成抗坏血酸

10、-2-硫酸由尿排出；另一部分可直接由尿排出体外4。维生素C又称抗坏血酸(ascorbic acid)，能参与人体内多种代谢过程，使组织产生胶原质，影响毛细血管的渗透性及血浆的凝固，刺激人体造血功能，增强机体的免疫力。另外，由于它具有较强的还原能力，可作为抗氧化剂，已在医药、食品工业等方面获得广泛应用5。2.1.1维生素C的功效治疗坏血病：血管壁的强度和VC有很大关系。微血管是所有血管中最细小的，管壁可能只有一个细胞的厚度，其强度、弹性是由负责连接细胞具有胶泥作用的胶原蛋白所决定。当体内VC不足，微血管容易破裂，血液流到邻近组织。这种情况在皮肤表面发生，则产生淤血、紫癍；在体内发生则引起疼痛和关

11、节涨痛。严重情况在胃、肠道、鼻、肾脏及骨膜下面均可有出血现象，乃至死亡。6预防动脉硬化：可促进胆固醇的排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积，甚至可以使沉积的粥样斑块溶解。治疗贫血(pnxu)：使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，促进肠道对铁的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血。防癌：丰富的胶原蛋白有助于防止癌细胞(xbo)的扩散；VC的抗氧化作用可以抵御自由基对细胞的伤害防止细胞的变异；阻断亚硝酸盐和仲胺形成强致癌物亚硝胺。曾有人对因癌症死亡(swng)病人解剖发现病人体内的VC含量几乎为零。提高人体的免疫力：白细胞含有丰富的VC，当机体感染时白细胞内的VC急剧减少。VC可增强中性粒细

12、胞的趋化性和变形能力，提高杀菌能力。72.1.2维生素C生产方式维生素C的化学合成方法一般指莱氏法，后来人们改用微生物脱氢代替化学合成中L一山梨糖中间产物的生成，使山梨糖的得率提高一倍，我国进一步利用另一种微生物将L一山梨糖转化为2一酮基L一古龙酸，再经化学转化生产维生素C，称为两步法发酵工艺。维生素C 一种水溶性维生素,在新鲜蔬菜和水果中含量丰富。可利用弱氧化葡糖酸杆菌、生黑葡糖酸杆菌和醋酸杆菌属的某些菌株进行由D-山梨醇到L-山梨糖的氧化(通称一步发酵法)。8被用作底物的D-山梨醇由D-葡萄糖媒促还原制备。L-山梨糖经化学氧化生成L-抗坏血酸，需先生产L-酮基-L-古洛糖酸，然后加酸处理,

13、才可转化为维生素C。1933年,化学家T.赖希施泰因首先提出这一方法，并用于工业生产。因反应过程长，并需要大量强氧化剂,所以污染严重,连续操作困难。20世纪60年代以来，美国、日本、法国和联邦德国以某些种的葡糖酸杆菌、假单胞菌、欧文氏菌、短杆菌和棒杆菌，分别利用D-葡萄糖、D-山梨醇或L-山梨糖作底物，发酵产生2-酮基-L-古洛糖酸，但至今还未用于工业生产。92.2维生素E维生素E（Vitamin E）是一种脂溶性维生素，其水解产物为生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。1 溶于脂肪和乙醇等有机溶剂中，不溶于水，对热、酸稳定，对碱不稳定，对氧敏感，对热不敏感，但油炸时维生素E活性明显降低。维生素E主

14、要是通过天然的植物提取或精炼植物油生产，该工艺已经成熟，维生素E的产量也是众多维生素中发展最快的，1997年，世界天然维生素E的产量约为3500t，2000年约为5300t7。由于高等植物作为维生素E总含量低，高活性形式的-生育酚比例也低，近年来，许多科学家把目光投向微生物生产生育酚。微生物是天然生育酚很好的来源，然而只有微藻等光合藻类能合成生育酚。在目前检测的56属285个微藻品种中，裸藻中生育酚含量最高，达1.127.35 mg/L以干重计，仅一生育酚可达生育酚总量的97%以上8 且裸藻无细胞壁，因此生育酚提取相对容易； 9等用光能异养的方法培养裸藻，6 d内细胞浓度可达197g/L，生育

15、酚含量可达1.19 mg/L。2.2.1维生素E的功效(gngxio)有效减少皱纹的产生，保持(boch)青春的容貌。减少细胞耗氧量，使人更有耐久力，有助减轻腿抽筋和手足(shuz)僵硬的状况。抗衰老和抗癌，预防器质性衰退疾病的佳品强化肝细胞膜、保护肺泡细胞，降低肺部及呼吸系统遭受感染的几率。可有效对抗自由基，抑制过氧化脂质生成，祛除黄褐斑；抑制酪氨酸酶的活性，从而减少黑色素生成促进性激素分泌，使男子精子活力和数量增加;使女子雌性激素浓度增高，提高生育能力，预防流产。2.2.2维生素E的生产现状世界合成VE的生产主要集中在西欧和日本。长期以来,世界VE市场基本被德国巴斯夫公司、瑞士的罗氏公司、

16、法国罗纳普朗克公司和日本高砂香料公司所垄断。长期以来,由于合成VE的中间体国内没有生产技术,因而不能生产,主要依赖进口,产品成本高,VE产量较低,限制了VE的应用。因此合成VE中间体的生产成为制约我国VE发展的“瓶颈”。11近年来我国合成VE的两个关键性原料三甲基氢醌和异植物醇的生产技术取得了一定的突破,合成VE得以迅速发展。由于合成VE具有良好的市场前景,目前三甲基氢醌和异植物醇在技术、产量和规模上均远远不能满足日益发展的VE生产的需求。由于我国目前的合成VE生产主要依赖于中间体三甲基氢醌和异植物醇的发展水平,因此本文着重介绍这两种中间体的生产工艺进展及生产现状。122.3-胡萝卜素(h l

17、u bo s)-胡萝卜素(h lu bo s)主要是由三孢布拉霉菌生产，在1998年，陈涛等1已经(y jing)针对三孢布拉霉菌的特点，优化发酵工艺，在3M3的发酵罐中发酵120h，生产的-胡萝卜素产量已达到1146.5mg/L。虽然，传统的工艺生产-胡萝卜素的产量高，生产周期比较短，但是传统的工艺复杂，成本过高，不利于大规模工业化生产。故,目前许多课题组专注于开发新的生产-胡萝卜素的菌种或改进传统工艺。据近年所发表的期刊文献，目前，采用红酵母发酵生产-胡萝卜素是一种工艺简单，成本低廉的方法，虽然在产量方面较传统方法的低很多，但是该方法仍具有很大的发展潜力。132.3.1-胡萝卜素的功效维持

18、皮肤粘膜层的完整性，防止皮肤干燥，粗糙；促进生长发育，有效促进健康及细胞发育，预防先天不足。促进骨骼及牙齿健康成长；维持和促进免疫功能。数据介绍，胡萝卜具有预防和抑制肺癌的作用。胡萝卜所含的胡萝卜素进入人体后，会转化成维生素A。每一个胡萝卜分子可以转化成2 个维生素A 分子；预防癌症，降低口腔癌、乳癌、子宫颈癌、肺癌等几率；增强生殖系统和泌尿系统机能，提高精子活力，预防前列腺疾病。142.3.2-胡萝卜素的生产现状近十年来胡萝卜素受到医学界空前的关注，原因是很多流行病学的调查说明：在膳食中经常摄取丰富胡萝卜素的人群，患动脉硬化、某些癌肿以及退行性眼疾等疾病的机会都明显低于摄取较少胡萝卜素的人群

19、，很多动物实验也证明了这一观点。对于以“五谷为养、五果为助、五畜为益、五菜为充”作为传统膳食结构的中国人而言，多摄取胡萝卜素特别是-胡萝卜素就显得更为重要。在国外,C、E等族中知名度最高，几乎是无人不晓，正如中国人都知道人参的滋补作用。国内外大量科研资料都证实-胡萝卜素防治癌症有确切疗效。机体内氧自由基泛滥不但会损害正常细胞，且常引起(ynq)畸变而形成癌症，-胡萝卜素恰恰是氧自由基最强的“克星”。科研证实，癌症病人血中-胡萝卜素远远低于正常人。152.4维生素D维生素D（vitamin D ）为固醇类衍生物，具抗佝偻病作用，又称抗佝偻病维生素。1 目前认为维生素D也是一种类固醇激素，维生素D

20、家族成员中最重要的成员是VD2（麦角钙化醇）和VD3（胆钙化醇)。维生素D均为不同的维生素D原经紫外照射后的衍生物。植物不含维生素D，但维生素D原在动、植物体内都存在。维生素D是一种脂溶性维生素，有五种化合物，对健康关系(gun x)较密切的是维生素D2和维生素D3。16下三点特性：它存在于部分天然食物中；人体皮下储存有从胆固醇生成的7-脱氢胆固醇，受紫外线的照射后，可转变为维生素D3。适当的日光浴足以满足(mnz)人体对维生素D的需要。2.4.1维生素D功效可以促进肠道钙和磷的吸收以及代谢功能，并维持适当的血清钙和磷浓度，使得骨骼得以正常矿化，防止低血钙痉挛；通过抑制肾素血管紧张素系统的活性

21、直接调节人体的血压；在免疫功能中也有重要的作用维生素D在膀胱癌、乳腺癌、结肠癌、卵巢 癌、前列腺癌和直肠癌中有预防的作用。2.4.2维生素D临床应用维生素d除防治维生素d3缺乏病外1，25-（OH）2-VD3可防治下列病症：性骨病，肾功能不全缺少1位羟基化酶，体内不能合成1，25（oh）2d3必须从体外摄取；难治疗抗维生素d3佝偻病，由于遗传因素，磷从肾排出过多；甲状旁腺素缺少症，患者不能在低血浆(xujing)ca时产生1，25（oh）2d3；抗维生素d的佝偻病，维生素d供应正常但仍有佝偻病，由于代谢(dixi)上的缺陷，不能1位羧基化；癫痫病人使用苯巴比妥可能(knng)导致骨病。173展

22、望维生素在生产生活中应用广泛，预测生物制药的研究进展，它将广泛用于治疗癌症、艾滋病、冠心病、贫血、发育不良、糖尿病等多种疾病。要加大科研投入，组织科研单位与企业联合攻关，提高发酵水平，提高收率、提高产品质量，降低成本，增加经济效益。目前我国维生素的需求正迅速增加,而且出口形势看好,发展前景光明,加之原料异植物醇和三甲基氢醌生产技术成熟,正是我们大力发展维生素及其原料极好的机遇。4参考文献1.徐诗伟.微生物转化在药物合成中的应用前景J.中国医药工业杂志,1996,27(9)422-430.2宋友礼.水溶性维生素微生物合成法进展J.中国医药工业杂志,1995,26(6)278-282.3李候根.饲

23、料抗氧剂的现状与发展趋势J.精细与专 用化学品,2000,8(8):3254林爱光,蒋维钧,余立新.双极性膜电渗析技术在维生素生产中的应用研究J.膜科学与技术,1998,18(5)24-27.5严荣庆,李一通,马承继,等.超滤应用于维生素C提取工艺J.中国医药工业杂志,1990,21(1)1-3.6 徐克勋.精细有机化工原料及中间体手册M.北京: 化学工业出版社,1998,32-140;7 范荣香.合成VE消费现状及发展趋势J.精细与专用 化学品,2000,8(5):6298AndersonS,MarksC,LazaricsR,etal.Productionof2-keChineseJournalofPharmaceuticals2001,32(1)9GrindleyJF,PaytonMA,VandePolH,etal.Conversionofglucoseto2-keto-L-gulonate,anrecombinantstrainofEr-winiacitreusJ.ApplEnvironMicrobiol,1988,54:770.10CantornaMT,ZhuY,FruicuM,etal.VitaminDstatus,1,252dihydroxyvitaminD3,andtheimm