培养基中常见的维生素及作用

  在微生物培养的世界里，维生素是一类看似微不足道却至关重要的成分。这些微量有机分子在培养基中的浓度常以微克计（1–50 μg/L），却能决定微生物的生死存亡。作为辅酶或辅基的核心组分，维生素驱动着细胞内超过30%的酶促反应，是微生物能量代谢、环境适应及产物合成的关键调节者。

一、维生素在微生物代谢中的核心功能

1.能量代谢的“点火器”

  维生素通过转化为辅酶形式，直接参与能量转化：

  维生素B₁（硫胺素）→ 焦磷酸硫胺素（TPP）

  作为丙酮酸脱氢酶复合体的辅基，催化丙酮酸脱羧生成乙酰辅酶A，将糖酵解产物导入三羧酸循环。

 * 研究显示：培养基中添加0.1 mg/L硫胺素可使链霉菌的ATP产量提升35%。

  维生素B₂（核黄素）→ FMN/FAD

  构成呼吸链中黄素蛋白的活性中心，在电子传递链中传递氢原子。枯草芽孢杆菌缺失核黄素时，其氧耗速率下降70%。

2.物质合成的“建筑师”

  维生素深度参与细胞构件的生物合成：

  维生素B₆（吡哆醇）→ 磷酸吡哆醛

  作为转氨酶辅酶，催化谷氨酸与α-酮酸间的氨基转移，为蛋白质合成提供原料。白喉杆菌在缺乏B₆时，胞内必需氨基酸浓度下降50%。

  生物素→ 生物素-羧基载体蛋白

  激活羧化酶，参与脂肪酸链延伸（如乙酰辅酶A羧化酶）及草酰乙酸合成。谷氨酸棒杆菌缺失生物素时，胞外谷氨酸积累量锐减80%。

3.胁迫防御的“守护盾”

  维生素B₅（泛酸）→ 辅酶A

  构成乙酰载体蛋白（ACP），在氧化应激中合成谷胱甘肽前体。添加泛酸的培养基使金黄色葡萄球菌对H₂O₂耐受性提高3倍。

  维生素E（生育酚）

  作为脂溶性抗氧化剂，保护分枝杆菌细胞膜免受脂质过氧化损伤。

二、培养基中关键维生素的作用机制与典型需求

表：七类必需维生素的代谢功能与敏感微生物

三、维生素供给策略：从天然原料到精准添加

1.天然复合来源——经济高效的解决方案

  酵母提取物：含全谱B族维生素（尤其B₁、B₂、生物素），是LB培养基的核心成分，可满足乳酸菌90%的维生素需求。

  玉米浆：富含生物素与泛酸，在青霉素发酵中使产黄青霉菌丝密度提升50%。

动物源性物质：

  肝浸液：提供维生素B₁₂（X因子），用于培养产气荚膜梭菌；

  加热全血（巧克力琼脂）：释放NAD⁺（V因子），支持流感嗜血杆菌生长。

2.合成培养基的精准调控

  针对科研与高纯度生产需求，采用化学限定培养基。

四、工业发酵中的维生素优化实践

1.浓度精细控制

  “阈值效应”：过量维生素反而抑制代谢

  例：螺旋霉素发酵中，维生素B₁₂ > 0.3 mg/L 时菌体提前衰亡，效价下降40%。

  阶段补料策略：

  在谷氨酸发酵中期补加5 μg/L生物素，解除反馈抑制，使产量提高25%。

2.复合维生素协同增效

  枯草芽孢杆菌核黄素发酵：

  玉米浆（生物素）+ 酵母粉（B₆）+ 甜菜碱（甲基供体）复配，发酵效价达15.3 g/L（提升11%）。

  MRS培养基：

  酵母膏（B族维生素）+ 番茄汁（叶酸）+ 牛肉膏（血红素），全面覆盖乳酸菌营养缺陷。

结语

  维生素作为微生物生命活动的“隐形引擎”，其价值远超过在培养基中的微量占比。从酵母提取物的经验性应用，到基因工程菌的精准合成，维生素供给策略的革新将持续推动微生物制造工业的高效化与智能化。未来，随着合成生物学与智能传感技术的深度融合，维生素调控将为抗生素生产、疫苗制备及细胞培养肉等前沿领域注入核心驱动力。

注:本文属海博生物原创,未经允许不得转载。

上一篇：培养基中常见的抗生素及作用

下一篇：没有了！