前體氨基酸對維生素B12發酵合成的影響

廖曉光

【摘 要】隨著我國醫藥行業的不斷發展，對維生素B12的需求越來越旺盛，維生素B12作為人體所需重要的維生素，成為了醫藥行業重要的發展項目。為了實現維生素B12的應用和發展，我國不斷完善維生素B12發酵合成的流程，以期提高維生素B12的產量，降低維生素B12的成本，本文主要分析了前體氨基酸對維生素B12發酵合成的影響，根據不同的影響因素和影響結果實現維生素B12最優化的發酵合成效果。本文第一部分是對維生素B12發酵合成的概述，第二部分介紹了前體氨基酸對維生素B12發酵合成的不同影響，第三部分是對文章的總結和展望，以期通過探索前體氨基酸對維生素B12發酵合成的影響，實現維生素B12發酵合成技術的完善和發展，提高維生素B12發酵合成的效率。

【關鍵詞】前體氨基酸;維生素B12;發酵;合成

一、維生素B12發酵合成概述

維生素B12的化學結構較為復雜，因此決定了其復雜的發酵合成流程，維生素B12的應用范圍較廣，不僅應用于人體的維生素的合成和補充，而且應用于動物的生長和健康發育，同時維生素B12還是許多微生物生長的促進藥品。維生素B12在發酵過程中，常用的生長菌體主要為費氏丙酸桿菌、謝氏丙酸桿菌和脫氮假單胞桿菌，其中，脫氮假單胞桿菌是最近幾年被發現的菌種，被應用于維生素B12發酵過程的時間并不長，通過不斷的實驗可得脫氮假單胞桿菌在進行應用時，最佳的溫度是在三十二攝氏度左右，并且PH值應該控制在6-7之前，只有這樣，才能夠充分發揮脫氮假單胞桿菌的效果，提高維生素B12的發酵效率。同時在維生素B12的發酵和合成過程中，還需要增加一些必要的化合物，作為維生素B12咕啉環的重要前體，氨基乙酰丙酸（Aminolevulinic acid，ALA）的合成途徑主要由兩條，一個是通過C4途徑，一個是通過C5途徑，其中C4途徑是由甘氨酸和琥珀酰輔酶A生成A LA;C5途徑則是由谷氨酸經由谷氨酰-tRNA生成A LA。維生素B12中連接DMBI和中心鈷離子的氨基丙醇則是由蘇氨酸為前體生成。其中，甘氨酸、谷氨酸和蘇氨酸是維生素B12在發酵合成過程中重要的原材料，對維生素B12整個發酵合成流程起到了重要的作用，同時也能夠對其產生重要的影響，在維生素B12的發酵合成過程中同時伴隨著大量的甲基化反應，這種反應的發生對于維生素B12的發酵合成過程有著重要的而影響，因此，甲硫氨酸對維生素B12的發酵過程也有重要的影響。本文主要研究的是甘氨酸、谷氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸對維生素B12發酵合成過程的影響，維生素B12的發酵過程是在其菌體進入后才能夠穩定生長和產生的，因此應該在菌體進入培養基并且實現穩定增長后進行前體氨基酸的添加，通過觀察前體氨基酸的對于整個發酵合成流程的影響，判斷不同的前體氨基酸對于發酵合成的影響，判斷最佳的添加時間和添加濃度，從而確定最佳的發酵合成計劃，提高維生素B12的發酵合成效果。

二、前體氨基酸對維生素B12發酵合成的影響

2.1谷氨酸的影響

谷氨酸本質上是一種有機氮源，主要的作用是促進菌體的生長，促進菌體能夠形成氨基酸和氮化物。在微生物的生長中，谷氨酸是必備的營養物質，無機氮源中的氨必須同化形成谷氨酸和谷氨酰胺，然后被菌體吸收后，才能夠實現菌體的生長。通過觀察可以知道在培養基中添加谷氨酸之后，菌體的生長速度明顯加快，并且隨著谷氨酸添加數量的增多，菌體的生長速度不斷加快，并且在達到峰值是，菌體的成長速度不再繼續加快。谷氨酸的峰值為0.40 g/L，此時菌體的生長強度為19.50 g/L谷氨酸是維生素B12合成過程中合成ALA的重要前體物質，維生素B12的發酵合成速度也是隨著谷氨酸添加數量的增加而不斷增加的。的比產率也是隨著谷氨酸添加量的增加而逐漸增加的，當谷氨酸添加量達到0.40 g/L時，維生素B12合成量達到最大值63.90 mg/L。

2.2蘇氨酸的影響

蘇氨酸同樣對菌體的生長起到正相關的作用，當添加蘇氨酸后，菌體的生長效率明顯加快，但是與谷氨酸不同的是，蘇氨酸的添加數量對于菌體的生長速度并沒有較大的影響，通過觀察不同含量蘇氨酸所在的培養基可得，蘇氨酸含量不同的培養基中，菌體的生長效率都是相同或者是相差不大的。同時，蘇氨酸對于維生素B12的合成也是有利的，蘇氨酸添加量對于菌體的生長和維生素B12發酵的影響都是相同的。

2.3甘氨酸的影響

通過實驗可以得到，甘氨酸對菌體的生長也是起到了一定的作用，但是菌體的生長速度和生長狀態并不隨著甘氨酸添加數量的上升而不斷增加，而是通蘇氨酸對于菌體生長的影響類似，只要是添加了定量的甘氨酸都能夠促進菌體的生長，因此，在實際的添加過程中，就要嚴格控制好用量，節約甘氨酸和蘇氨酸和使用成本。另外，甘氨酸對于維生素B12的發酵合成也起到了重要的最用，添加甘氨酸的培養基中，維生素B12的合成效果明顯好于不添加甘氨酸的培養基。

2.4甲硫氨酸的影響

甲硫酸是唯一一個不利于菌體生長和維生素B12合成的前體氨基酸。通過不同的實驗數據可以得到，甲硫酸的添加并不會對菌體的生長產生有利的影響，甚至會在一定程度上一直菌體的生長過程，但是通過實驗我們可以看出，甲硫氨酸的添加對于維生素B12的合成是十分有利的，能夠促進維生素B12的合成過程，增強過程中菌體的濃度，從而促進維生素B12的快速合成。

2.5氨基酸混合添加結果分析

根據以上氨基酸的單獨添加實驗對發酵的影響，選擇對菌體生長和維生素B12合成有利的3種氨基酸———谷氨酸、蘇氨酸和甘氨酸，同時以其最適水平為中間水平，進行三因素三水平的正交試驗，由試驗結果的直觀分析出，3種氨基酸中谷氨酸對菌體生長和維生素B12合成的影響最大，在試驗所涉及的質量濃度范圍內，谷氨酸的質量濃度越高，越有利于菌體生長和維生素B12的合成。

總結

本文利用合成培養基考察了甘氨酸、谷氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸4種氨基酸對菌體生長和產物合成的影響。谷氨酸、蘇氨酸、甘氨酸3種氨基酸的添加有利于菌體的生長，而甲硫氨酸的添加則不利于菌體的生長，且其質量濃度越高負作用越大。谷氨酸、蘇氨酸和甘氨酸3種氨基酸的添加有利于產物的合成，谷氨酸和蘇氨酸的添加效應尤為明顯，谷氨酸和蘇氨酸添加的質量濃度越高，產物維生素B12的合成量就越高;與前兩種氨基酸不同，甘氨酸的添加對產物的合成似乎存在一個最適濃度，而甲硫氨酸的添加對產物合成是不利的。從維生素B12的比生產率來看，甲硫氨酸不利于維生素B12合成的主要原因是其不利于菌體生長。

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