纤维床反应器固定化细胞发酵核黄素的研究文献综述

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文献综述

纤维床反应器固定化细胞发酵核黄素的研究

1、物化性质

核黄素是水溶性维生素，但微溶于水，在27.5℃下，溶解度为12mg/100mL。可溶于氯化钠溶液，易溶于稀的氢氧化钠溶液，在碱性溶液中容易溶解，在强酸溶液中稳定。耐热、耐氧化。光照及紫外照射引起不可逆的分解。

生物体内核黄素是体内黄酶类辅基的组成部分（黄酶在生物氧化还原中发挥递氢作用），当缺乏时，就影响机体的生物氧化，使代谢发生障碍。其病变多表现为口、眼和外生殖器部位的炎症，如口角炎、唇炎、舌炎、眼结膜炎和阴囊炎等，故本品可用于上述疾病的防治。体内维生素B2的储存是很有限的，因此每天都要由饮食提供。维生素B2的两个性质是造成其损失的主要原因：（1）可被光破坏；（2）在碱溶液中加热可被破坏。

2、生理功能

主要是与维生素B2分子中异咯嗪上1,5位N存在的活泼共轭双键有关，既可作氢供体，又可作氢递体。在人体内以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和黄素单核苷酸（FMN）两种形式参与氧化还原反应，起到递氢的作用，是机体中一些重要的氧化还原酶的辅基，如：琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶及NADH脱氢酶等。

主要参与的生化反应有呼吸链能量产生，氨基酸、脂类氧化，嘌呤碱转化为尿酸，芳香族化合物的羟化，蛋白质与某些激素的合成，铁的转运、储存及动员，参与叶酸、吡多醛、尼克酸的代谢等。

维生素B2在各类食品中广泛存在，但通常动物性食品中的含量高于植物性食物，如各种动物的肝脏、肾脏、心脏、蛋黄、鳝鱼以及奶类等。许多绿叶蔬菜和豆类含量也多，谷类和一般蔬菜含量较少。因此，为了充分满足机体的要求，除了尽可能利用动物肝脏、蛋、奶等动物性食品外，应该多吃新鲜绿叶蔬菜、各种豆类和粗米粗面，并采用各种措施，尽量减少维生素B2在食物烹调、储藏过程之中的损失[1-3]。

3、作用机理

维生素B2的主要生理功用是作为辅酶促进代谢。核黄素和磷酸及一分子蛋白质结合成为黄色酶。这一类酶又叫脱氢酶，重要的是要非常介导的氢原子转移对糖、脂和氨基酸的代谢都很重要。它是许多动物和微生物生长的必需因素。

维生素B2与特定的蛋白质结合生成黄酶。黄酶在物质代谢中起传递氢的作用，参与组织的呼吸过程。

本课题采用纤维床生物反应器（fibrousbedbioreactor，FBB）固定化发展生物发酵法生产核黄素的新工艺。

4、发酵工艺

目前,主要有4种核黄素生产工艺:植物体提取法、化学合成法、微生物发酵法和半微生物发酵合成法，其中微生物发酵法是近数年来发展起来的一种经济有效的方法,生产核黄素具有成本低、生产周期短、产品纯度较高等优点,是国内外工业生产核黄素的发展趋势。广济药业目前是国内主要的一家使用一步发酵法生产核黄素的生产商，生产成本远低于其它使用半发酵/半合成方法的生产商。除了从自然界筛选核黄素高产菌株外,核黄素生产厂商还十分重视抗反馈抑制突变株的选育和诱变育种。以60Co辐射的γ射线为诱变剂,以核黄素合成代谢的中间产物的结构类似物为拮抗物,从结构类似物抗性突变株中筛选到数株高产核黄素的突变株,其中杀结核菌素抗性突变株T30，核黄素产量比出发菌株提高40%以上。近年来,随着分子生物学技术的发展,基因工程等先进手段已经应用于核黄素生产菌种育种中。

研究微生物细胞生理学和生物学行为最常用的发酵模式主要包括批次（batch)、补料分批（fed-batch)、连续（continues)以及细胞循环发酵（cell-recycle)。

5、细胞固定化

固定化细胞技术（cell-immobilizationtechnology)是指釆用物理或化学手段将具有一定生理功能的游离细胞（可以是植物细胞、微生物细胞或动物细胞等）定位在限定的空间区域。细胞固定化不仅可以提高发酵液单位体积细胞密度，减少细胞迟缓期，加快反应速度，还可提高生物质转化效率，为细胞生长代谢提供较适宜的微环境（即细胞与细胞间以及细胞与发酵液之间的相互接触、营养物和产物的浓度梯度、pH梯度等），提高菌体对环境的耐受性；对于部分细胞而言，固定化还可以保护其免受剪切力损伤；有效简化分离纯化过程中菌体的分离操作；细胞生物量可以反复使用，减少了发酵闲置时间，进而获得更高的生产速率。细胞固定化方法主要包括载体结合法、包埋法、交联法。

6、纤维床生物反应器

纤维床生物反应器（Fibrous-BedBioreactor,简称FBB)是由美国俄亥俄州立大学的杨尚天教授等人在改进传统的填充床反应器（packedbedreactor，PBR）性能的基础上设计出的一种简单、高效的生物反应器，并首先应用于丙酸发酵[4].

FBB选择棉纤维织物等纤维材料作为固定细胞的载体，具有以下优点：

（1）材料化学惰性，对细胞不具毒害作用，也不会被细胞降解，不影响微生物的生长代谢；

（2）具有较高的孔隙率（95%）和比表面积（40m2/m3），因此具有良好的传质性能；

（3）具有较高的载体活性，即固定化细胞的活性回收率高；

（4）单位体积固定的细胞数多（细胞密度最高可达70g/L）；

（5）容易获得，价格便宜，固定化成本低；

（6）制备方法简单，固定化过程温和，适于大规模生产；

（7）有较高的机械强度（不锈钢丝加以支撑能进一步强化其机械强度），能较长时间使用；

（8）生物、化学及热力学稳定，因此成为一种理想的细胞固定载体.传统的固定化发酵存在着周期较短、产物产率在发酵一段时间后急剧下降的缺点，这主要是由于固定化载体上死细胞的积累和高密度发酵后期传质较差。而FBB中的固定化细胞则可以不断更新，死细胞会随着培养基的流动而自动脱落，附着空间被新生细胞替代，固定化载体上一直保持较高的活细胞比例；同时，由于采用了高孔隙率和高比表面积的纤维材料作为固定化载体，与传统的固定化方式相比，FBB的传质效率更高。FBB可以连续运行六个月至一年而没有任何产率损失，同时也能有效地避免污染和堵塞等固定化发酵中的常见问题[5,6,7]。与其它类型的固定化反应器相比，以纤维材料为吸附载体的FBB具有许多优点，包括高传质效率、低压降、制作简便、操作稳定性好、工作周期长、产物收率高、底物耐受性高、可耐轻度污染、易于工业放大以及成本低廉等。目前，FBB反应系统已经成功应用于有机酸[8-10]、酶制剂[11,12]、还原胶[13]等化学品的生产，以及抗血管新生药物Del-1（developmentalendotheliallocus-1）[14]、胚胎干细胞[15]、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）[16]、肝细胞[17]、单克隆抗体[6]、可溶性人Fas配体[18]等药物和细胞的培养。

参考文献

[1].陈辉．现代营养学．北京：化学工业出版社，2005：71-72．

[2].中国就业培训技术指导中心.公共营养师（基础知识）．北京：中国劳动社会保障出版社，2007：122-123．

[3].刘志皋．食品营养学．北京：中国轻工业出版社，2013：112-114．

[4].LewisV.P.,YangS.T.ContinuouspropionicacidfermentationbyimmobilizedPropionibacteriumacidipropioniciinanovelpacked-bedbioreactor[J].Biotechnol.Bioeng.1992.40(4):465-474

[5].ShenG.J.,AnnousB.A.,LovittR.W.,etal.BiochemicalrouteandcontrolofbutyratesynthesisinButyribacteriummethylotrophicum[J].Appl.Microbiol.Biotechnol.1996,45:355-362

[6].ZhuH.,YangS.T.Long-termcontinuousproductionofmonoclonalantibodybyhybridomacellsimmobilizedinafibrous-bedbioreactor[J].Cytotechnology2004,44:1-14

[7].LiuX.,ChungY.K.,YangS.T.,etal.,ContinuousnisinproductioninlaboratorymediaandwheypermeatebyimmobilizedLactococcuslactis[J].ProcessBiochem.2005,40(1):13-24

[8].HuangY.L.,MannK.,NovakJ.M.,etal.AceticacidproductionfromfructosebyClostridiumformicoaceticumimmobilizedinafibrous-bedbioreactor[J].Biotechnol.

Prog.1998,14:800-806

[9].TayA.,YangS.T.ProductionofL( )-lacticacidfromglucoseandstarchbyimmobilizedcellsofRhizopusoryzaeinarotatingfibrousbedbioreactor[J].Biotechnol.Bioeng.2002,80:1-12

[10].ZhangA.YangS.T.EngineeringPropionibacteriumacidipropioniciforenhancedpropionicacidtoleranceandfermentation[J].Biotechnol.Bioeng.2009,104:766-773

[11].BaiY.L.,YangS.T.BiotransformationofR-2-hydroxy-4-phenylbutyricacidbyD-lactatedehydrogenaseandCandidaboidiniicellscontainingformatedehydrogenasecoimmobilizedinafibrousbedbioreactor[J].Biotechnol.Bioeng.2005,92:137-146

[12].KilonzoP.,MargaritisA.,BergougnouM.Airlift-drivenfibrous-bedbioreactorforcontinuousproductionofglucoamylaseusingimmobilizedrecombinantyeastcells[J].J.Biotechnol.2009,143:60-68

[13].YangS.T..,LoY.M.,MinD.B.XanthangumfermentationbyXanthomonascampestrisimmobilizedinanovelcentrifugalfibrous-bedbioreactor[J].Biotechnol.Prog.1998,12:630-637

[14].ChenC.N.,HuangY.L.,YangS.T.Afibrous-bedbioreactorforcontinuousproductionofdevelopmentalendotheliallocus-1byosteosarcomacells[J].J.Biotechnol.2002,97:23-39

[15].OuyangA.,YangS.T.Atwo-stageperfusionfibrousbedbioreactorsystemformassproductionofembryonicstemcells[J].Expert.Opin.Biol.Th.2008,8:895-909

[16].YangS.T.,ShuC.H.KineticsandstabilityofGM-CSFproductionbyrecombinantyeastcellsimmobilizedinafibrous-bedbioreactor[J].Biotechnol.Prog.1996,12:449-456

[17].ChenJ.P.,LinT.C.High-densitycultureofhepatocytesinapacked-bedbioreactorusingafibrousscaffoldfromplant[J].Biochem.Eng.J.2006,30:192-198

[18].ChenJ.,ChenH.M.,ZhuX.C.,etal.Long-termproductionofsolublehumanFasligandthroughimmobilizationofDictyosteliumdiscoideuminafibrousbedbioreactor[J].Appl.Microbiol.Biot.2009,82:241-248