[发明专利]基于尾气中CO2浓度的维生素B12发酵生产控制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及发酵领域，更具体地涉及一种基于尾气中CO₂浓度的维生素B12发酵生产控制工艺。

背景技术

维生素B12(VB₁₂)是一种生物催化活性物质，是哺乳动物不可缺少的维生素。

维生素B₁₂在临床上主要用于治疗恶性贫血，亦与叶酸合用于治疗各种巨幼细胞贫血、抗叶酸药引起的贫血及脂肪泻等；其也用于治疗神经系统疾病如神经炎、神经萎缩等；还用于治疗肝脏疾病如肝炎、肝硬化等^[1]。另外，VB₁₂还与其他维生素一起构成复合维生素产品，作为OTC药物、保健食品广泛销售。VB₁₂除了用于医药方面，还大量应用于动物饲料、营养补充剂和食品加工，如维生素强化面粉、再制食品、婴儿食品等。

1961年Hodgkin利用X-射线技术首先鉴定出了VB₁₂的三维结构^[2]。1978年，Barker等系统地阐明了VB₁₂的生物学功能及作为辅酶参加体内的代谢反应^[3]。

VB₁₂又名钴胺素，是一类含咕啉环化合物；分子中三价钴位于类似卟啉的咕啉环平面的中心，与Co连接的基团X可以为脱氧腺苷(5′-deoxyadenosyl)、甲基(-CH3)、氰基(-CN)所取代，从而形成腺苷钴胺素、甲基钴胺素和氰钴胺素^[4]。维生素B₁₂的化学结构如图1所示。

微生物生物合成的VB₁₂为腺苷钴胺素、甲基钴胺素和羟钴胺素，但是由于它们的性状不太稳定，因此在工业提纯过程中需要加入氰化钠，使天然形式的VB₁₂转化为性质更为稳定的氰钴胺素^[5，6]。

1974年Eschenmoser完成了VB12的全化学合成^[7]，由于VB₁₂的化学结构式极其复杂，化学合成需要70多步反应且成本十分昂贵，因此开始寻找能够合成VB₁₂的微生物，利用深层液体发酵技术直接生产。

现在国内和国外商品化的维生素B₁₂几乎都是通过微生物发酵来生产的。能够合成维生素B₁₂的微生物根据其耗氧情况分为两类：(1)厌氧菌或间性厌氧菌如：费氏丙酸杆菌(Propionibacterium freudenreichii)、谢氏丙酸杆菌(Propionibacterium shermanii)和鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)等，这些菌在合成VB₁₂时不需要氧。(2)好氧菌：比如脱氮假单胞杆菌(Pseudomonas denitrificans)，钴胺素根瘤菌(Rhizobium cobalaminogenum FERM BP-4429)等，这些菌在VB₁₂的生物合成过程中需要氧的参与。

以脱氮假单胞杆菌(Pseudomonas denitrificans)为生产菌株的好氧发酵工艺是目前工业化生产VB₁₂的主要工艺，培养基采用甜菜糖蜜或麦芽糖为主要碳源，玉米浆或酵母膏为氮源，补加无机盐、钴离子以及5，6-二甲基苯并咪唑(DMBI)。

在脱氮假单胞菌的育种方面，随着P.denitrificans VB₁₂的合成途径及相应基因被详细阐明，利用基因工程技术有目的地改造VB₁₂生产菌株成为研究的热点^[8，9，10]。

在脱氮假单胞菌的发酵生产工艺方面，Marwaha等报道了甜菜碱对发酵的促进作用，阐明了外源前体和产物促进剂对菌体生长和VB₁₂合成的影响^[11]。李昆太等对Zn²⁺、Co²⁺和DMBI在VB₁₂发酵中的作用进行了研究，并通过补料工艺的改进提高了发酵生产单位^[12-14]。由于该菌好氧工艺条件下的发酵单位是P.freudenreichii厌氧工艺的三倍，所以被国内外众多厂家所应用。