前体氨基酸对维生素B12发酵合成的影响

廖晓光

【摘 要】随着我国医药行业的不断发展，对维生素B12的需求越来越旺盛，维生素B12作为人体所需重要的维生素，成为了医药行业重要的发展项目。为了实现维生素B12的应用和发展，我国不断完善维生素B12发酵合成的流程，以期提高维生素B12的产量，降低维生素B12的成本，本文主要分析了前体氨基酸对维生素B12发酵合成的影响，根据不同的影响因素和影响结果实现维生素B12最优化的发酵合成效果。本文第一部分是对维生素B12发酵合成的概述，第二部分介绍了前体氨基酸对维生素B12发酵合成的不同影响，第三部分是对文章的总结和展望，以期通过探索前体氨基酸对维生素B12发酵合成的影响，实现维生素B12发酵合成技术的完善和发展，提高维生素B12发酵合成的效率。

【关键词】前体氨基酸;维生素B12;发酵;合成

一、维生素B12发酵合成概述

维生素B12的化学结构较为复杂，因此决定了其复杂的发酵合成流程，维生素B12的应用范围较广，不仅应用于人体的维生素的合成和补充，而且应用于动物的生长和健康发育，同时维生素B12还是许多微生物生长的促进药品。维生素B12在发酵过程中，常用的生长菌体主要为费氏丙酸杆菌、谢氏丙酸杆菌和脱氮假单胞杆菌，其中，脱氮假单胞杆菌是最近几年被发现的菌种，被应用于维生素B12发酵过程的时间并不长，通过不断的实验可得脱氮假单胞杆菌在进行应用时，最佳的温度是在三十二摄氏度左右，并且PH值应该控制在6-7之前，只有这样，才能够充分发挥脱氮假单胞杆菌的效果，提高维生素B12的发酵效率。同时在维生素B12的发酵和合成过程中，还需要增加一些必要的化合物，作为维生素B12咕啉环的重要前体，氨基乙酰丙酸（Aminolevulinic acid，ALA）的合成途径主要由两条，一个是通过C4途径，一个是通过C5途径，其中C4途径是由甘氨酸和琥珀酰辅酶A生成A LA;C5途径则是由谷氨酸经由谷氨酰-tRNA生成A LA。维生素B12中连接DMBI和中心钴离子的氨基丙醇则是由苏氨酸为前体生成。其中，甘氨酸、谷氨酸和苏氨酸是维生素B12在发酵合成过程中重要的原材料，对维生素B12整个发酵合成流程起到了重要的作用，同时也能够对其产生重要的影响，在维生素B12的发酵合成过程中同时伴随着大量的甲基化反应，这种反应的发生对于维生素B12的发酵合成过程有着重要的而影响，因此，甲硫氨酸对维生素B12的发酵过程也有重要的影响。本文主要研究的是甘氨酸、谷氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸对维生素B12发酵合成过程的影响，维生素B12的发酵过程是在其菌体进入后才能够稳定生长和产生的，因此应该在菌体进入培养基并且实现稳定增长后进行前体氨基酸的添加，通过观察前体氨基酸的对于整个发酵合成流程的影响，判断不同的前体氨基酸对于发酵合成的影响，判断最佳的添加时间和添加浓度，从而确定最佳的发酵合成计划，提高维生素B12的发酵合成效果。

二、前体氨基酸对维生素B12发酵合成的影响

2.1谷氨酸的影响

谷氨酸本质上是一种有机氮源，主要的作用是促进菌体的生长，促进菌体能够形成氨基酸和氮化物。在微生物的生长中，谷氨酸是必备的营养物质，无机氮源中的氨必须同化形成谷氨酸和谷氨酰胺，然后被菌体吸收后，才能够实现菌体的生长。通过观察可以知道在培养基中添加谷氨酸之后，菌体的生长速度明显加快，并且随着谷氨酸添加数量的增多，菌体的生长速度不断加快，并且在达到峰值是，菌体的成长速度不再继续加快。谷氨酸的峰值为0.40 g/L，此时菌体的生长强度为19.50 g/L谷氨酸是维生素B12合成过程中合成ALA的重要前体物质，维生素B12的发酵合成速度也是随着谷氨酸添加数量的增加而不断增加的。的比产率也是随着谷氨酸添加量的增加而逐渐增加的，当谷氨酸添加量达到0.40 g/L时，维生素B12合成量达到最大值63.90 mg/L。

2.2苏氨酸的影响

苏氨酸同样对菌体的生长起到正相关的作用，当添加苏氨酸后，菌体的生长效率明显加快，但是与谷氨酸不同的是，苏氨酸的添加数量对于菌体的生长速度并没有较大的影响，通过观察不同含量苏氨酸所在的培养基可得，苏氨酸含量不同的培养基中，菌体的生长效率都是相同或者是相差不大的。同时，苏氨酸对于维生素B12的合成也是有利的，苏氨酸添加量对于菌体的生长和维生素B12发酵的影响都是相同的。

2.3甘氨酸的影响

通过实验可以得到，甘氨酸对菌体的生长也是起到了一定的作用，但是菌体的生长速度和生长状态并不随着甘氨酸添加数量的上升而不断增加，而是通苏氨酸对于菌体生长的影响类似，只要是添加了定量的甘氨酸都能够促进菌体的生长，因此，在实际的添加过程中，就要严格控制好用量，节约甘氨酸和苏氨酸和使用成本。另外，甘氨酸对于维生素B12的发酵合成也起到了重要的最用，添加甘氨酸的培养基中，维生素B12的合成效果明显好于不添加甘氨酸的培养基。

2.4甲硫氨酸的影响

甲硫酸是唯一一个不利于菌体生长和维生素B12合成的前體氨基酸。通过不同的实验数据可以得到，甲硫酸的添加并不会对菌体的生长产生有利的影响，甚至会在一定程度上一直菌体的生长过程，但是通过实验我们可以看出，甲硫氨酸的添加对于维生素B12的合成是十分有利的，能够促进维生素B12的合成过程，增强过程中菌体的浓度，从而促进维生素B12的快速合成。

2.5氨基酸混合添加结果分析

根据以上氨基酸的单独添加实验对发酵的影响，选择对菌体生长和维生素B12合成有利的3种氨基酸———谷氨酸、苏氨酸和甘氨酸，同时以其最适水平为中间水平，进行三因素三水平的正交试验，由试验结果的直观分析出，3种氨基酸中谷氨酸对菌体生长和维生素B12合成的影响最大，在试验所涉及的质量浓度范围内，谷氨酸的质量浓度越高，越有利于菌体生长和维生素B12的合成。

总结

本文利用合成培养基考察了甘氨酸、谷氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸4种氨基酸对菌体生长和产物合成的影响。谷氨酸、苏氨酸、甘氨酸3种氨基酸的添加有利于菌体的生长，而甲硫氨酸的添加则不利于菌体的生长，且其质量浓度越高负作用越大。谷氨酸、苏氨酸和甘氨酸3种氨基酸的添加有利于产物的合成，谷氨酸和苏氨酸的添加效应尤为明显，谷氨酸和苏氨酸添加的质量浓度越高，产物维生素B12的合成量就越高;与前两种氨基酸不同，甘氨酸的添加对产物的合成似乎存在一个最适浓度，而甲硫氨酸的添加对产物合成是不利的。从维生素B12的比生产率来看，甲硫氨酸不利于维生素B12合成的主要原因是其不利于菌体生长。

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