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中北大学2012年发酵工程课程设计说明书
1 绪论
维生素B12是一种水溶性维生素。只需少量即能产生效果， 为深红色结晶或结晶粉末又称为红色维生素（red vitamin）或氰钴胺。维生素 B12具有广泛的生理作用，它参与体内甲基转换及叶酸代谢，促进神经髓鞘中脂蛋白的形成，保持中枢神经和外周髓鞘神经纤维的功能完整，参与广泛的蛋白质及脂肪代谢等。
其计量单位为微克（mcg——microgram，即1/1000000克）。现在维生素B12 的发酵常用菌种为放线菌中的链霉菌。
1.1 链霉菌的简介
链霉菌 -链霉菌属（streptomyces)，其基内菌丝多分枝，一般横隔稀疏，很少断裂，常产生各种水溶性或脂溶性的色素；气生菌丝比基内菌丝稍粗，为外鞘所包，气生菌丝部分分化成直形、柔曲、钩环状至松敞或紧密螺旋形的孢子丝，时常含50个左右的孢子，短者含5～10个孢子。本属菌种数最多，分类鉴定比较困难，一般认为孢子丝的形状、孢子的表面结构、孢子的颜色和在有机培养基内是否产生类黑色素是最主要的分类指征。它们在土壤中分布极广，大多在人工培养基上生长茂盛，少数是植物致病菌。因许多种是抗生素的产生菌而且产生抗生素的种类最多而著名（如链霉素）。在维生素B12发酵中，我们采用国内比较常用的灰色链霉菌及其变种。灰色链霉素的孢子柄直而短，不呈螺旋。孢子量多，呈椭圆球形。气生菌丝和孢子都呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花形或馒头形，直径3-4mm。基质菌丝透明，在斜面背后产生淡棕色色素。菌种采用沙土管或冷冻干燥保藏。
1.2 维生素B12结构与性质
维生素B12（VB12）为钴胺素（Cobalamin）类化合物，它的分子中有4个还原性吡咯环联结在一起，这种构叫做咕啉，它与核苷酸（二甲基苯异咪唑）及核糖
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相联，另一方面与D-1-氨基-2-丙醇相连，钴与核苷酸之N相偶联。化学上称氰钴胺素为维生素B12，除CN后称钴胺至少。CN可为其他基团代替，成为不同类型的钴胺素。一般称对哺乳类有生理作用的为钴胺素，称对哺乳类及微生物都有作用的为维生素B12。本文中维生素B12泛称此类物。
氰钴胺至少自然界很少，为人工合成产品，可从其他类型转换而来。它是红色结晶，其活力为重金属及氧化还原剂所破坏，但在短期高压消毒（12℃）不被破坏，能溶解在1：80水中，溶液为中性，在pH4.5～5时最稳定。
辅酶B12（即5’-脱氧腺钳钴胺素）及甲基B12（甲基钴胺素）为哺乳类（人类）组织中最主要的辅酶形式。前者在线粒体内，后者在胞浆内，为合成蛋氨酸所必需者。它们对光不稳定，光解后形成水钴胺素。在氰存在下变成氰钴胺素，维生素B12、B12a、B12b、B12c都可治疗维生素B12的缺乏。
氰钴胺素分子式（CN可以其他基团代替 ）
1.2.1 维生素B12主要功能
1）提高叶酸利用率，与叶酸一起合成甲硫氨酸（由高半胱胺选合成）和胆碱，产生嘌呤和嘧啶的过程中合成氰钴胺申基先驱物质如甲基钴胺和辅酶B12，参与许多重要化合物的甲基化过程。维生素B12缺乏时，从甲基四氢叶酸上转移甲基基团的活动减少，使叶酸变成不能利用的形式，导致叶酸缺乏症。
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2）维护神经髓鞘的代谢与功能。缺乏维生素B12时，可引起神经障碍、脊髓变性，并可引起严重的精神症状。维生素B12缺乏可导致周围神经炎。小孩缺乏维生素B12的早期表现是情绪异常、表情呆滞、反应迟钝，最后导致贫血。
3）促进红细胞的发育和成熟。将甲基丙二酰辅酶A转化成琥珀酰辅酶A，参与三羧酸循环，其中琥珀酰辅酶A与血红素的合成有关。
4）参与脱氧核酸（DNA）的合成，脂肪、碳水化合物及蛋白质的代谢，增加核酸与蛋白质的合成。
1.2.2 维生素B12主要用途
（1）医疗方面
①用于治疗和预防维生素B12缺乏症。
②用于胃切除或吸收不良综合症，维生素B12缺乏造成贫血的预防。 ③用于补充因消耗性疾病，甲状腺机能亢进，妊娠，哺乳等造成的维生素B12需求增加。
④肝障碍贫血。
⑥放射性引起的白细胞减少。 ⑦神经疼，肌肉疼，关节疼。 ⑧末梢神经炎，末梢神经麻痹。 ⑨脊髓炎，脊髓变性。 （2）饲料添加剂
维生素B12对于机体生长是一种不可缺少的微量营养物质，大多数动物的植物性饲料中不含维生素B12，动物一方面靠胃肠中的微生物合成，一方面靠外界添加。为了满足动物维生素的需要就必须补充维生素添加剂。
猪和鸡等非反刍动物缺乏维生素B12主要表现是生长发育停滞，也有少数猪可出现轻度的正常红细胞性贫血。此外，还可使鸡的孵化率和猪的生殖率降低。缺乏症的临床症状包括食欲不振、生长停滞、单纯贫血，严重的也有神经症状。
饲料维生素B12能促进家禽，特别是幼禽幼畜的生长发育。 可用于：
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①维生素B12缺乏所引起的猪、鸡生长发育不良和贫血； ②缺钴地区牛、羊所出现的地方性消瘦病； ③神经炎、神经痛等的非特异性治疗； ④提高饲料蛋白的利用率； ⑤经济动物的饲养；
⑥用B12溶液处理鱼卵或鱼苗，可提高鱼对水中有毒物质如苯和重金属的耐受力。 （3）其它
①食品添加剂
②可作为仪器着色剂：如火腿，香肠，冰淇淋，鱼肉酱。
③用于化妆品，肥皂，牙膏等，也可用于厕所，冰箱，口腔等防臭，消除硫化物和醛的气味。
1.2.3 维生素B12的发酵生产
（一）抗生素废液中提取
早在1952年美国T.R.Wood等人就发现,当用加有钴化合物的培养基培养灰色链霉菌时,可大大提高维生素B12在整个培养液中的浓度,但是对于钴化合物的浓度要求要适量,过高的浓度会对菌体细胞产生毒性;另有研究表明,添加适量的氰化合物也同样可促进抗生素废液中B12类似物的含量,但需严格掌握其用量。
(二)放线菌发酵
自从人们发现可从抗生素废液中提取得到维生素B12后,许多科学家将目光转向了采用放线菌,其中主要是运用链霉菌属中的灰色链霉菌和橄榄色链霉菌来发酵产维生素B12,由于链霉素的生成,而始终未能使得维生素B12的产生处于主导地位,因此,我们应选出链霉素发酵支路的关键酶,并将其抑制,这样便可大大提高维生素B12的得率,使得大量产生维生素B12成为可能。
发酵法生产维生素B12的生产路线：
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