维生素D发酵.ppt

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1、酵母发酵生产维生素D2的研究2010310100 赵麟涛 1、维生素D2的简介 2、维生素D2的作用 3、维生素D2国内外生产概况 4、发酵维生素D2的菌种筛选 5、发酵工艺条件的控制 6、光化学合成维生素D2 7、我国维生素D2发展与建议 维生素D2又称抗佝偻维生素、麦角钙化固醇，是一种由固醇衍生而来的脂溶性维生素，它的化学名称为9、10-开环麦角甾-5、7、10（19），22-四烯-3-醇，分子式：C28H44O，其分子机构为维生素维生素D的发现的发现1645年 惠斯勒首先记录了软骨病1824年 有人发现服用鱼肝油可以对佝偻病起到很好的 治疗作1890年 帕尔姆提出了软骨病与缺乏阳光照射有

2、关并在 1919年讨论了用紫外线治疗软骨病1913年 美国科学家在鱼肝油里发现了一种物质，起名 叫“维生素A”1918年 英国的梅兰比爵士证实了佝偻病是一种营养素 缺乏导致的疾病，但当时他却误认为是缺乏维生 素A造成的 1922年 麦克勒姆等从脂溶性维生素中分离出维生素D1923年 Elmer McCollum使用破坏掉鱼肝油中维生素A 做实验得出了佝偻病与维生素A没有关系1923年 人们发现7-脱氢胆固醇经紫外线照射可以形成 一种脂溶性维生素（即维生素D3）1924年 steenbock教授提出紫外线具有促进维生素D合 成的作用 1926年 温道斯用紫外线照射麦角固醇取得与维生素D 有相同效

3、果的物质命名为维生素D31930年 DGottingen大学的A.Windaus教授首先确定了 维生素D的化学结构1932年 温道斯首先得到维生素D的结晶和光固醇的化 合物，把维生素D的结晶命名为维生素D21932年 经过紫外线照射麦角固醇而得到的维生素D2的 化学特性被阐明1936年 维生素D3的化学特性被确定。1969年 发现维生素D经代谢可以转化为一种控制钙的 激素 维生素D2的作用医学作用 它不仅能调控钙、磷代谢，增加机体对钙、磷的吸收和利用，还作用于骨骼组织，使钙、磷最终成为骨质的基本结构，促进骨骼的正常生长。维生素D2还可维持神经系统的稳定、正常的心跳活动、和血液的凝固对细胞增长分

4、化和免疫功能具有重要作用，并影响神经、肌肉、造血、免疫等组织器官功能还能刺激存储与骨骼中的钙磷的在吸收，把已经沉积在骨骼的钙与磷动员出来，破坏钙化的骨骼有关文献报道维生素D2缺乏会造成近视维生素D的受体1，25（OH）2D3具有明显抗癌功效作为食品添加剂 作为食品添加剂维生素D2广泛应用于补钙保健品和饼 干、饮料、奶制品等食品中以预防维生素D2缺乏症作为饲料添加剂 维生素D2在饲料添加剂中的使用美国占其产量的90%，日本占其产量65%，而中国仅占其产量的10%左右，作为饲料添加 剂维生素D2可明显的提高家禽的产蛋率、孵化率和猪的瘦肉率，增加肉、蛋、奶的营养价值对于植物的作用 维生素D2可刺激某

5、些植物根系的生成，这可能与过氧化物酶的活性变化有关。将维生素D2与植物生长素混合用于洋蓟离体培养能导致很高的生根率。维生素D的食物来源主要存在于海鱼、动物肝脏、蛋黄和瘦肉中。另外像脱脂牛奶、鱼肝油、乳酪、坚果和海产品、添加维他命D的营养强化食品，也含有丰富的维生素D富含维生素富含维生素D的食物的食物1、鱼肝油 2、动物肝脏，如鸡肝、鸭肝、猪肝、牛肝、羊肝等 3、各种富含油脂的鱼类，如三文鱼、金枪鱼、沙丁鱼、秋刀鱼、鲶鱼等 4、各种蛋黄（注：蛋白中没有）5、各种全脂奶、奶酪和奶油（注：脱脂奶中 含量甚微，而强化AD奶中含量最高）6.、水果素菜类，如芥蓝菜花、橘子、草莓含维生素d的食物：维生素维生

6、素D D缺乏症缺乏症一、维生素D缺乏性佝偻病（软骨病）二、维生素D缺乏性手足搐搦症软骨病是以维生素D缺乏导致钙、磷代谢紊乱和临床以骨骼的钙化障碍为主要特征的疾病维生素D是维持高等动物生命所必需的营养素它是钙代谢最重要的生物调节因子之一，佝偻病俗称缺钙，在婴儿期较为常见，是由于维生素D缺乏引起体内钙、磷代谢紊乱，而使骨骼钙化不良的一种疾病。佝偻病发病缓慢，不容易引起重视。佝偻病使小儿抵抗力降低，容易合并肺炎及腹泻等疾病，影响小儿生长发育 维生素维生素D D缺乏性手足搐搦症缺乏性手足搐搦症由于小儿由于小儿体内维生素体内维生素D D缺乏缺乏，血中钙离子浓度降低，血中钙离子浓度降低，导致神经、肌肉兴奋

7、性增高，出现全身惊厥、手导致神经、肌肉兴奋性增高，出现全身惊厥、手足搐搦或喉痉挛。足搐搦或喉痉挛。多见于个月以内的小婴儿多见于个月以内的小婴儿。直接病因是血清钙离子降低。正常血钙浓度为2.252.27mmol/L，当低于1.751.88mmol/L时，可引起神经肌肉兴奋性增高，出现惊厥或手足搐搦。临床表现1典型症状:血清总钙 1.75mmol/L （1）惊厥：最常见、小婴儿多见 （2）手足搐搦：“助产士手”“芭蕾舞足”（3）喉痉挛：婴儿多见维生素D过量中毒一些学者认为长期每日摄入25g维生素D可引起中毒，这其中可能包括一些对维生素D较敏感的人，但长期每天摄入125g维生素D则肯定会引起中毒。维

8、生素D2国内外生产概况 目前世界上主要的维生素D2生产厂家是巴斯夫制药公司、罗氏制药公司、日清化化学公Danschem A/S和Duphar B.V公司年总生产能力1000t左右。中国从20世纪80年代开始研究酵母发酵生产麦角固醇并建立了维生素D2的生产厂家，但是大多数企业因为得率较低、成本高而纷纷转产，目前生产维生素D2的厂家主要有广州第三制药厂、江西赣南制药厂、四川省内江汇鑫实业总公司、山东东辰集团、上海第六制药厂和东北制药总厂，总生产能力为1500公斤年，实际产量在500公斤年左右，中国使用的维生素D2多为进口产品菌种筛选 自然选育法 诱变育种法 杂交育种法 原生质体融合法 离子注入法

9、代谢调控法 Eugene选育生产麦角固醇的酵母菌，麦角固醇产量可达细胞干重的23 Savard 采用青霉菌生产麦角固醇。产量达细胞干重的18。Preuss等对5个酵母属的13种菌株测定麦角固醇含量发现除酿酒酵母外，其它4个属的含量均在02-03。国内在麦角固醇产生菌的自然筛选上，也开展了积极的研究。诱变育种的理论基础是基因突变。施安辉等人圈对饵料用酵母菌进行了紫外线和EMs复合诱变处理得到维生素D量为00029mg，lg的诱变株。张沧桑等人对啤酒酵母进行了HeNe激光和紫外线诱变，筛选出一株产麦角固醇较高的突变株其产量为239比出发菌株提高了398。杂交法局限大，杂交率低，因此利用此法选育麦角

10、固醇高产菌株的报道很少。莫斯科大学的研究者采用杂交法选育到麦角固醇含量达27的酵母菌。孙启玲等人司通过生长快与麦角固醇产量较高菌株间的杂交得到两者性状均优良的菌株 原生质体融合(Protoplast Fusion)技术能大大提高重组频率并扩大重组幅度，是一种具有很大潜力的育种技术。Av mm 等用电融和技术获得酿酒酵母属的种问融合子及种内融合子罔，种内融合子的麦角固醇含量比亲株提高119。种间融合子的含量比亲株提高82而且能稳定保持高的麦角固醇含量 王纪等同通过离子注入诱变筛选到产麦角固醇酵母高产菌。麦角固醇含量达355，得率较出发菌提高5560。蒋海波等人用10keV、剂量为26101380

11、1014N+cm2氮离子注入产麦角固醇酵母，产生可遗传的变异，最终筛选到的高产菌株麦角固醇得率较出发菌株提高60，达到33经复筛及传代实验表明高产菌株遗传性能稳定还原酶是控制麦角固醇合成的限速酶，其活性受终产物麦角固醇强烈的反馈抑制。如还原酶是控制麦角固醇合成的限速酶，其活性受终产物麦角固醇强烈的反馈抑制。如能打断该反馈抑制路线，麦角固醇合成的抑制作用可得以解除，从而获得高产量的麦能打断该反馈抑制路线，麦角固醇合成的抑制作用可得以解除，从而获得高产量的麦角固醇角固醇。用酵母发酵麦角固醇的发酵条件糖浓度的影响 生物量与蔗糖消耗量有对应关系，糖消耗量最快时生物量增长最大，但是菌种麦角固醇含量与菌种

12、生长量没有直接关系温度的影响通气量的影响 通气亮对生物量的影响较大速溶氧量加大可明显提高生物量，但对菌体麦角固醇含量影响不大，溶氧量太大对菌体麦角固醇总量有抑制作用。糖流加影响 底物蔗糖对麦角固醇的合成有一定的抑制作用，可用底物流加来消除这种抑制作用光化学合成维生素D2两步光异构法一步光异构法传统合成法 实际上要想工业规模以高产率得到,相当困难,主要受两个方面的制约副产物复杂溶解度低 从图中看出,所生成的预维生素又可发生次级光化学反应生成速甾醇和光甾醇。所有的光化学产物在过度光照时都会吸光进一步发生次级光化学反应,生成更为复杂的副产物。从7-DHC 与麦角固醇的结构式看,它们的一端有一个羟基,

13、是亲水基团,而甾族的环与侧链都亲脂。这样的既亲水又亲脂的双亲分子很难在溶剂中有高的溶解度以适合规模光化学工业生产的需要。另外,VD 以及中间体对光、热、空气都很敏感,所以,在合成过程中对控制反应与后处理的条件要求也极为苛刻。最新进展 麦角固醇光化学开环反应是制备维生素D 的关键步骤。中国科学院理化技术研究所基于几十年来在光化学领域的研究经验积累，在成功研发出维生素D，生产新工艺的基础上，博采国内外各生产技术之所长，提出了一条生产维生素D 的新工路线。新工艺路线的创新点（1）简化了工艺过程（2）使用了特殊的溶剂体系（3）使用特殊滤光物质（4）合理控制光化学反应的转化率（5）使用新的结晶工艺避开了毒性和气味较大的溶剂,使新工艺环境友好。（6）选择了能发射麦角固醇吸光波段丰富、效率高的汞灯展望和建议加大产品技术的开发积累经验，为中国的维生素D2工业化生产打下良好的基础提高中国的维生素D2生产能力加强宏观调控和企业自律要加强对维生素D2应用的开发和研究谢谢 谢谢