核黄素微生物发酵工艺

核黄素微生物发酵工艺

动医104班17110417国梦婕

摘要：本文简介了核黄素的理化特性，概述了其在动物生长、饲料、疾病防治等方面的作用，重点介绍了微生物发酵产核黄素生产工艺的特点，工艺过程，设备，质量检测等内容，并展望了其发展。

关键词：核黄素；生产工艺；微生物；发酵

核黄素又称维生素B2（VB2）、维生素G或乳黄素，属于水溶性B族维生素，1920 年被第一次发现，1931 年第一次从卵蛋白中分离出来，1935 年核黄素的化学结构被鉴定[1]。其辅酶形式是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸。核黄素是自然界中存在广泛的一种氨基酸，是哺乳动物必需的一种营养物质。与其它的B族维生素相同，核黄素在动物体内的储存是有限的，因此，需要每日由饮食提供。

1核黄素的分子结构及理化特性

1.1核黄素的分子结构

核黄素的分子式是C17H20O6N4，分子量为376.36。系统

命名为7,8-二甲基-10-（1'-D-核糖基）-异咯嗪。

1.2核黄素的理化特性

核黄素是一种黄色到橙黄色细针状晶体，微臭，微苦，

是一个核糖醇侧链的异咯嗪的衍生物。其在常温下稳定，在

278~282 ℃熔融并且分解（约在240 ℃时变色），并且不受

氧气影响。核黄素微溶于水，在27.5 ℃下，溶解度为12 mg/100mL，核黄素水溶液呈黄色并有绿色荧光。其稍溶于乙醇、环已醇、苯甲醇、乙酸，不溶于乙醚、氯仿、丙酮和苯，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。

2核黄素的生物作用

核黄素是机体必需微量营养素之一，具有广泛的生理机能，被世界卫生组织（WHO）列为评价人体生长发育和营养状况的六大指标之一。在生物体内，核黄素以黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的形式存在，直接参与碳水化合物、蛋白质、脂肪的生物氧化作用，在生物体内具有多种生理功能。因而核黄素在食品、饲料、医药工业等方面具有广泛的应用前景[2-4]。

如果机体缺乏核黄素就会影响生物体正常的氧化作用, 引起物质代谢紊乱, 出现一系列的病症, 严重的将会导致死亡。如鸡的核黄素缺乏，就会导致其消化机能衰退，眼与皮肤抗抵力下降，从而使小鸡易患曲爪病，种鸡则会影响种蛋的孵化率。猪的核黄素缺乏，就会导致其生长迟缓，四肢僵硬，皮肤破裂，慢性腹泻，眼睛发炎等。因此，对于集约化养殖来说，核黄素是一种不可缺少的饲料营养成分。在饲料中适当添加核黄素，不仅能够满足畜禽生长和生产的需要，还能在一定程度上降低疾病的发病率。

3核黄素生产工艺

核黄素较早就实现了商业化生产。目前，国际生产核黄素的工艺方法主要有4种：植物抽提法、化学合成法、微生物发酵法以及半微生物发酵半化学合成法[4]。其中，微生物发酵法是近年来发展起来的一种经济有效的方法，其生产核黄素具有设备简单、对环境无污染、成本低、生产周期短、产品纯度较高等优点，已经成为国内外工业生产核黄素的发展趋势。

以下将对微生物发酵工艺进行介绍。

3.1微生物菌种

自然界中，可以代谢产生核黄素的微生物有很多，包括真菌（如酵母菌），细菌等，而应用于核黄素工业生产的菌种非常少。在微生物发酵法中，要提高核黄素产量和经济效益的，

优良的菌种是必要条件之一[5]。常用的有棉病阿舒囊霉（Ashbya gossypii ）、枯草芽孢杆菌

（Bcillus subtilis ）和阿舒假囊酵母（Eremothecium ashbyii ）等（表1）[4]。

表1 核黄素工业生产中常用菌种

菌种名称

学名 分类地位 阿舒假囊酵母

Eremothecium ashbyii 酵母

Candida flareri 酵母

Saccharomyces cerevisiae 酵母 棉病阿舒囊霉

Ashbya gossypii 霉菌 枯草芽孢杆菌 Bcillus subtilis 细菌

3.2生产过程

微生物发酵法生产核黄素，采用三级发酵法。将在25℃培养成熟的核黄素产生菌的斜面孢子用无菌水制成孢子悬浮液，然后接种于种子培养基中培养（30℃，30～40小时），最后

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→ → → → 图1 核黄素发酵生产主要工艺流程

3.2.1菌种的选取 随着分子生物技术、基因工程技术等的发展，核黄素生产菌将具备产量高、耗能低、产品纯度低等优点。姜小山等以阿舒假囊酵母为出发菌株，在合成培养基上诱变筛选得到了数株抗嘌呤拮抗物8-AG 的突变株，进行传代和摇瓶发酵试验，发现核黄素的产量比出发菌株最高提高15.5%[6]。由此可见，利用基因工程等手段选取优良菌种，是非常必要且有效的。

3.2.2发酵方法的选取 核黄素的微生物发酵法包括两种：固体发酵法和液体深层发酵法。固体发酵法是以豆渣为原料进行生产的，具有工艺设备简单，原料广泛，技术条件要求较低等特点，但又具有生产效率不高，劳动强度大，生产成本较高等缺点。液体深层发酵法适用于机械化大量生产，原料的利用率较高，有利于降低生产成本，但却需要较高的设备条件要求，所需原料量大。

图2 深层发酵法生产流程

3.2.3核黄素的提取 将核黄素从发酵液中提取出来的方法，主要有四种：重金属盐沉淀法、Morehouse 法、酸溶液法和碱溶液法。过去，工业生产中多采用酸溶液法提取核黄素。但由于酸溶液法提取核黄素的耗能较大，经一次溶解、结晶，获得核黄素纯度只有60%~70%。章克昌等成功利用碱溶液法提取核黄素，并经二次分离结晶，获得纯度达92.6%的成品，使

得核黄素的提取技术极大提高[7]。碱溶法提取核黄素不仅收益率高，而且能耗低。随着离心

分离设备的不断改进，碱溶法分离提取核黄素的优越性将越来越明显。

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28℃

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28℃ →

3-4d →

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℃ →

34-36h 29-30℃ → 170d