本书由中国科学院天津工业生物技术研究所组织编写，详细总结了维生素的生物代谢途径、生物合成方法，同时介绍了维生素的理化性质、生理功能、应用领域、化学合成路线、工业生产、知识产权、市场销售及前景展望等。本书共计19章，包括维生素概论，脂肪族维生素A、维生素D、维生素E 和维生素K的生物合成，水溶性维生素C、维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B7、维生素B8、维生素B9 和维生素B12 的生物合成及类维生素辅酶Q10、硫辛酸、生物类黄酮和维生素BT 的生物合成。 本书可作为高等院校生物工程、生物技术、生物化工、代谢工程、发酵工程等专业师生的参考用书，还可作为科研院所、企业研发部门、生产部门、工程技术人员及市场销售人员的工具书，也可以作为关心及爱好维生素营养及应用的广大读者的科普读物。

马延和，国际嗜盐微生物委员会委员，北京市微生物学会副理事长，中国生物工程学会副秘书长、糖生物工程专业委员会副主任，国家“863”计划生物医药领域专家，国家生物产业发展咨询专家委员会副秘书长，中国科学院工业生物技术专家委员会副主任，《SalineSystems》副主编，《生物加工过程》副主编。
2021年9月24日，与蔡韬在《科学》在线发表了淀粉人工合成方面的突破性成果。

第1章 维生素概论 001 1.1 维生素的定义 002 1.2 维生素的分类与特性 002 1.2.1 脂溶性维生素 003 1.2.2 水溶性维生素 003 1.3 维生素的发现史 003 1.4 维生素的应用 006 1.5 维生素合成的现状 007 1.5.1 脂溶性维生素 007 1.5.2 水溶性维生素 010 1.6 维生素行业发展概况 015 1.7 类维生素简介 016 参考文献 016 第2章 维生素C 019 2.1 概述 020 2.1.1 维生素C 的发现与历史 020 2.1.2 维生素C 的来源 020 2.2 维生素C 的性质、作用、检测技术和应用 022 2.2.1 维生素C 的物理化学性质 022 2.2.2 维生素C 的生理学作用 022 2.2.3 维生素C 的分析检测技术 023 2.2.4 维生素C 的应用和市场 024 2.3 维生素C 的合成方法 025 2.3.1 浓缩提取法 026 2.3.2 化学- 生物合成法 026 2.3.3 生物发酵法 027 2.3.4 自然界中维生素C 的生物合成与代谢途径 031 2.4 维生素C 混菌发酵技术 036 2.4.1 维生素C 混菌发酵体系中的伴生关系 036 2.4.2 维生素C 的菌种选育和基因工程菌 039 2.5 维生素C 的工业生产概览 043 2.5.1 混菌发酵新技术和工艺 043 2.5.2 单菌发酵新技术和工艺 043 2.5.3 古龙酸到维生素C 的化学合成工艺 044 2.5.4 维生素C 发酵工业“三废”及其综合利用 045 2.6 维生素C 的专利分析与前景展望 046 2.6.1 专利分析 046 2.6.2 前景展望 048 参考文献 049 第3章 维生素D 056 3.1 概述 057 3.1.1 维生素D 的发现史 057 3.1.2 维生素D 缺乏病症的研究 058 3.1.3 维生素D 的功能和发现 058 3.1.4 维生素D 代谢及活性维生素D 059 3.1.5 维生素D 的细胞机制、功能及与维生素D 相关的疾病 061 3.2 维生素D 的来源 061 3.3 维生素D 的命名、结构及分类 062 3.3.1 半系统命名 062 3.3.2 母体化合物的立体结构 063 3.3.3 原子编号规则 063 3.3.4 三烯类化合物的立体化学异构 063 3.3.5 侧链命名方法 064 3.3.6 其他命名规则 065 3.4 维生素D 的性质和应用 065 3.4.1 性质 065 3.4.2 维生素D 的治疗和保健作用 066 3.4.3 维生素D 在饲料添加剂领域的应用 067 3.5 维生素D 的生物合成途径 068 3.5.1 甾醇——合成维生素D 的前体 068 3.5.2 维生素D 生物合成 069 3.5.3 产生维生素D3 的甾醇生物合成——动物 069 3.5.4 产生维生素D2 的甾醇生物合成——真菌 071 3.5.5 产生维生素D3 的甾醇生物合成——植物 071 3.6 维生素D 的生物代谢途径 072 3.6.1 植物中维生素D3 及代谢 072 3.6.2 动物体中维生素D3 及代谢 072 3.6.3 分解代谢途径 073 3.7 维生素D 的代谢工程及酶催化合成研究进展 075 3.7.1 维生素D 的代谢工程研究进展 075 3.7.2 活性维生素D 的酶催化研究进展 077 3.8 维生素D 的工业生产概览 079 3.8.1 维生素D2 的工业合成 080 3.8.2 维生素D3 的工业合成 081 3.8.3 活性维生素D 的合成 082 3.9 维生素D 的专利分析与前景展望 085 参考文献 085 第4章 维生素E 091 4.1 概述 092 4.1.1 维生素E 的发现和发展史 092 4.1.2 维生素E 的来源 092 4.1.3 维生素E 的功能 093 4.2 维生素E 的结构、性质和应用 094 4.2.1 维生素E 的结构 094 4.2.2 维生素E 的理化性质 094 4.2.3 维生素E 的应用 095 4.3 维生素E 的合成方法 096 4.3.1 天然提取法 096 4.3.2 化学全合成法 096 4.3.3 生物- 化学合成法 100 4.4 维生素E 的生物合成代谢途径 103 4.4.1 维生素E 的生物合成途径 103 4.4.2 维生素E 的生物代谢途径 103 4.5 不同底盘中维生素E 的代谢工程研究进展 106 4.5.1 植物 106 4.5.2 藻类 107 4.5.3 微生物 108 4.6 维生素E 的工业生产概览 110 4.7 维生素E 的专利分析与前景展望 111 4.7.1 专利分析 111 4.7.2 前景展望 113 参考文献 114 第5章 维生素A 120 5.1 概述 121 5.2 维生素A 的性质和应用 121 5.2.1 维生素A 及维生素A 原的结构与理化性质 121 5.2.2 体内维生素A 的循环和代谢 123 5.2.3 维生素A 的生理功能 123 5.2.4 维生素A 缺乏与过量的危害 127 5.2.5 维生素A 的应用 129 5.3 维生素A 的合成方法 130 5.3.1 C14+C6 合成路线 130 5.3.2 C15+C5 合成路线 131 5.3.3 罗纳·普朗克公司的技术路线 132 5.4 维生素A 的生物合成代谢途径 132 5.4.1 维生素A 原的生物合成途径 132 5.4.2 视黄醛合成途径 134 5.5 维生素A 和维生素A 原的代谢工程研究进展 134 5.5.1 维生素A 的代谢工程研究进展 135 5.5.2 天然产β- 胡萝卜素有机体合成β-胡萝卜素的研究进展 135 5.5.3 代谢工程菌株合成β- 胡萝卜素 138 5.6 维生素A 的工业生产概览 141 5.6.1 维生素A 的工业合成 141 5.6.2 维生素A 行业市场竞争格局 142 5.6.3 维生素A 行业进出口现状 142 5.7 维生素A 的专利分析与前景展望 142 5.7.1 专利分析 142 5.7.2 前景展望 143 参考文献 143 第6章 维生素K 149 6.1 概述 150 6.1.1 维生素K 的种类 150 6.1.2 维生素K 的来源 150 6.1.3 维生素K 的功能 150 6.2 维生素K 的应用 153 6.2.1 维生素K 在骨骼健康中的应用 153 6.2.2 维生素K 在血管健康中的应用 154 6.2.3 维生素K 在免疫中的应用 155 6.2.4 维生素K 在癌症治疗中的应用 155 6.2.5 维生素K 在饲料领域内的应用 156 6.3 维生素K 的合成方法 157 6.3.1 维生素K2 的提取制备法 157 6.3.2 维生素K2 的化学合成法 157 6.3.3 维生素K2 微生物合成法 159 6.4 维生素K 的生物合成代谢途径 159 6.4.1 维生素K 的经典合成途径 159 6.4.2 维生素K 的氟他洛辛途径 162 6.5 维生素K 的代谢工程研究进展 163 6.5.1 传统策略促进MK-7 合成 163 6.5.2 菌株代谢工程改造高效合成MK-7 164 6.6 维生素K 的工业化生产概览 166 6.6.1 维生素K 工业化生产规模 166 6.6.2 维生素K 工业化生产与提取 166 6.7 维生素K 的专利分析与前景展望 167 6.7.1 专利分析 167 6.7.2 前景展望 168 参考文献 169 第7章 维生素B1 175 7.1 概述 176 7.1.1 维生素B1 的发现史 176 7.1.2 维生素B1 的来源 177 7.1.3 维生素B1 缺乏症 178 7.2 维生素B1 的结构、性质和应用 179 7.2.1 维生素B1 的结构 179 7.2.2 维生素B1 的物化性质 180 7.2.3 维生素B1 的应用 181 7.3 维生素B1 的合成方法 182 7.3.1 维生素B1 的产品标准 182 7.3.2 化学合成法 184 7.3.3 微生物合成法 188 7.4 维生素B1 的生物合成代谢途径 189 7.4.1 维生素B1 在细菌中的合成途径 189 7.4.2 维生素B1 在真核生物中的合成途径 191 7.4.3 维生素B1 在古细菌中的合成途径 191 7.5 维生素B1 的代谢工程研究进展 195 7.5.1 维生素B1 的体内代谢 195 7.5.2 维生素B1 的生理功能 195 7.6 维生素B1 的工业生产概览 197 7.7 维生素B1 的专利分析与前景展望 197 7.7.1 专利分析 197 7.7.2 前景展望 199 参考文献 200 第8章 维生素B2 202 8.1 概述 203 8.1.1 维生素B2 的发现史 203 8.1.2 维生素B2 的来源与吸收代谢 203 8.2 维生素B2 的结构、性质、功能和应用 204 8.2.1 维生素B2 的结构与性质 204 8.2.2 维生素B2 的生理功能 204 8.2.3 维生素B2 的应用 204 8.3 维生素B2 的合成方法 205 8.3.1 维生素B2 的化学合成法 205 8.3.2 维生素B2 的生物合成法 206 8.4 维生素B2 的生物合成途径及代谢调控机制 207 8.4.1 维生素B2 在植物中的合成途径 207 8.4.2 维生素B2 在细菌中的合成途径及代谢调控机制 207 8.4.3 维生素B2 在真菌中的合成途径 213 8.5 不同菌种中维生素B2 的代谢工程研究进展 215 8.5.1 枯草芽孢杆菌 215 8.5.2 大肠杆菌 219 8.5.3 棉阿舒囊霉 221 8.6 工业生产概览 222 8.6.1 发酵工艺过程 222 8.6.2 分离纯化工艺过程 222 8.7 维生素B2 的专利分析与前景展望 223 8.7.1 专利分析 223 8.7.2 前景展望 224 参考文献 225 第9章 维生素B3 231 9.1 概述 232 9.1.1 维生素B3 的发现史 232 9.1.2 维生素B3 的来源 233 9.1.3 维生素B3 的缺乏症 233 9.2 维生素B3 的结构、性质和应用 234 9.2.1 维生素B3 的结构 234 9.2.2 维生素B3 的物化性质 235 9.2.3 维生素B3 的应用 235 9.3 合成方法 236 9.3.1 化学合成法 236 9.3.2 生物合成法 240 9.3.3 分离提取法 241 9.4 生物合成代谢途径 242 9.4.1 动物合成途径 242 9.4.2 植物合成途径 243 9.4.3 微生物合成途径 245 9.5 维生素B3 的工业生产概览 246 9.5.1 国内外生产状况 246 9.5.2 维生素B3 的典型生产工艺 246 9.5.3 新产品研究与开发 248 9.6 维生素B3 专利分析与前景展望 249 9.6.1 相关专利 249 9.6.2 前景展望 250 参考文献 251 第10章 维生素B5 255 10.1 概述 256 10.1.1 维生素B5的历史 256 10.1.2 维生素B5的来源 256 10.1.3 维生素B5的生理功能 258 10.1.4 维生素B5的理化性质 259 10.2 维生素B5的化学合成 260 10.2.1 国内外生产维生素B5的化学合成方法 260 10.2.2 化学合成维生素B5的产业概述 261 10.2.3 维生素B5的产品标准 262 10.3 维生素B5的生物合成 263 10.3.1 维生素B5生物合成途径的关键酶及代谢调控机制 263 10.3.2 发酵法生产维生素B5的代谢工程研究进展 265 10.4 维生素B5的专利分析与前景展望 267 10.4.1 专利分析 267 10.4.2 前景展望 269 参考文献 269 第11章 维生素B6 274 11.1 概述 275 11.1.1 维生素B6的发现 275 11.1.2 维生素B6的食物来源 275 11.1.3 维生素B6的功能 276 11.1.4 维生素B6的催化机制 276 11.2 维生素B6的性质和应用 277 11.2.1 维生素B6的理化性质 277 11.2.2 维生素B6的临床应用 278 11.2.3 维生素B6在其他领域的应用 278 11.3 维生素B6的合成方法 278 11.3.1 维生素B6的化学合成法 278 11.3.2 维生素B6的生物合成法 279 11.3.3 维生素B6不同合成方法的优劣势 280 11.4 维生素B6的生物合成代谢途径 280 11.4.1 维生素B6的两条从头生物合成途径 280 11.4.2 维生素B6生物合成途径的系统进化分析 282 11.4.3 维生素B6潜在的合成新途径研究 283 11.5 维生素B6的代谢工程研究进展 285 11.5.1 维生素B6合成代谢相关酶的介绍 285 11.5.2 维生素B6的合成代谢调控 290 11.5.3 维生素B6生物合成的国内外研究进展 291 11.5.4 维生素B6生物合成的瓶颈及研究新思路 293 11.5.5 维生素B6的补救途径 293 11.6 维生素B6的工业生产概览 294 11.6.1 维生素B6的主要生产厂家概述 294 11.6.2 维生素B6的工业生产路线 294 11.7 维生素B6的专利分析与前景展望 295 11.7.1 专利分析 295 11.7.2 前景展望 296 参考文献 297 第12章 维生素B7 303 12.1 概述 304 12.1.1 维生素B7的命名与结构 304 12.1.2 维生素B7的来源与分类 304 12.2 维生素B7的性质和应用 305 12.2.1 维生素B7的性质 305 12.2.2 维生素B7的应用 305 12.3 维生素B7的化学合成方法 306 12.3.1 以富马酸为起始原料合成维生素B7 307 12.3.2 以L-氨基酸为起始原料合成维生素B7 308 12.3.3 以单糖为起始原料合成维生素B7 310 12.3.4 其他原料合成维生素B7 311 12.4 维生素B7的生物合成 311 12.4.1 维生素B7的生物合成代谢途径 311 12.4.2 维生素B7的生物合成调控 317 12.5 维生素B7的代谢工程研究进展 319 12.5.1 大肠杆菌产维生素B7的代谢工程研究进展 320 12.5.2 枯草芽孢杆菌产维生素B7的代谢工程研究进展 320 12.5.3 其它细菌产维生素B7的代谢工程研究进展 321 12.6 维生素B7的工业生产概览 322 12.6.1 维生素B7的主要生产厂家概述 323 12.6.2 维生素B7的工业生产路线 323 12.7 维生素B7的专利分析与前景展望 323 12.7.1 专利分析 323 12.7.2 前景展望 324 参考文献 324 第13章 维生素B8 331 13.1 概述 332 13.1.1 维生素B8的发现 332 13.1.2 维生素B8的类型及日常来源 332 13.1.3 维生素B8的生理功能 333 13.2 维生素B8的性质和应用 333 13.2.1 维生素B8的性质 333 13.2.2 维生素B8的应用 334 13.3 维生素B8的合成方法 335 13.3.1 化学合成法 335 13.3.2 植酸钙酸水解法 335 13.3.3 植酸酶水解法 335 13.3.4 体外多酶分子机器转化法 337 13.3.5 发酵法 339 13.4 维生素B8的生物合成代谢途径 340 13.4.1 维生素B8的合成及分解途径 340 13.4.2 维生素B8异构体的转化 341 13.4.3 维生素B8衍生物的合成 342 13.5 维生素B8的代谢工程研究进展 344 13.5.1 大肠杆菌代谢工程产维生素B8的研究进展 344 13.5.2 酵母代谢工程产维生素B8的研究进展 345 13.6 维生素B8的工业生产概览 346 13.6.1 植酸盐酸水解法 346 13.6.2 体外多酶分子机器转化法 347 13.7 维生素B8的专利分析与前景展望 348 13.7.1 专利分析 348 13.7.2 前景展望 350 参考文献 351 第14章 维生素B9 354 14.1 概述 355 14.1.1 维生素B9的发现 355 14.1.2 维生素B9的结构与理化性质 355 14.1.3 维生素B9的来源、吸收与需要量 356 14.2 维生素B9的生物学功能和应用 356 14.2.1 维生素B9的体内代谢 356 14.2.2 维生素B9的生物学功能 358 14.2.3 维生素B9对健康的重要作用 358 14.2.4 维生素B9在养殖业的开发应用 359 14.2.5 维生素B9在生物医药中的开发应用 359 14.2.6 产维生素B9益生菌在食品中的应用 359 14.3 维生素B9的合成与检测方法 360 14.3.1 提取法制备维生素B9 360 14.3.2 化学法合成维生素B9 361 14.3.3 酶法合成维生素B9 365 14.3.4 微生物发酵法合成维生素B9 366 14.3.5 维生素B9的检测 366 14.4 维生素B9的生物合成代谢途径 368 14.4.1 维生素B9在植物中的合成途径 368 14.4.2 维生素B9在单一菌株中的合成途径 369 14.5 维生素B9的代谢工程研究进展 371 14.5.1 生物合成5-甲基四氢叶酸的代谢工程策略 371 14.5.2 乳酸菌合成叶酸的代谢工程调控 371 14.5.3 双歧杆菌合成叶酸的代谢工程调控 372 14.5.4 枯草芽孢杆菌合成叶酸的代谢工程调控 373 14.6 维生素B9的工业生产概览 375 14.6.1 维生素B9工业化生产的现状 375 14.6.2 维生素B9的生产与精制工艺 375 14.6.3 维生素B9的制剂与添加应用 376 14.7 维生素B9的专利分析与前景展望 377 14.7.1 专利分析 377 14.7.2 前景展望 379 参考文献 380 第15章 维生素B12 382 15.1 概述 383 15.1.1 维生素B12的结构 383 15.1.2 维生素B12的来源 383 15.2 维生素B12的性质和应用 384 15.2.1 维生素B12的性质 384 15.2.2 维生素B12的应用 384 15.3 维生素B12的合成方法 385 15.3.1 化学合成法 385 15.3.2 微生物发酵法 385 15.4 维生素B12的生物合成代谢途径 386 15.4.1 合成代谢途径 386 15.4.2 补救途径 389 15.4.3 维生素B12生物合成的调节机制 390 15.5 维生素B12的生物合成技术研究进展 391 15.5.1 天然维生素B12合成菌的代谢工程研究 391 15.5.2 大肠杆菌异源合成维生素B12的代谢工程研究 392 15.5.3 无细胞多酶催化合成维生素B12的研究 396 15.6 维生素B12的工业生产概览 398 15.6.1 发酵工序的简述 398 15.6.2 分离提取工序的简述 399 15.7 维生素B12的专利分析与前景展望 403 15.7.1 专利分析 403 15.7.2 前景展望 403 参考文献 404 第16章 辅酶Q10 408 16.1 概述 409 16.1.1 辅酶Q10的命名与结构 409 16.1.2 辅酶Q10的来源 409 16.2 辅酶Q10的功能和应用 409 16.2.1 辅酶Q10的功能 409 16.2.2 辅酶Q10的应用 410 16.3 辅酶Q10生产方法的演变 411 16.3.1 直接提取法 411 16.3.2 化学合成法 412 16.3.3 微生物发酵法 412 16.4 辅酶Q10的生物合成代谢途径 412 16.4.1 醌环合成途径 413 16.4.2 聚异戊二烯侧链合成途径 413 16.4.3 醌环修饰途径 413 16.5 辅酶Q10的代谢工程研究进展 416 16.5.1 天然合成菌的代谢工程研究 416 16.5.2 非天然合成菌的代谢工程研究 419 16.6 辅酶Q10的工业化生产概述与专利分析 421 16.6.1 发酵工序的简述 421 16.6.2 分离提取工序的简述 423 16.6.3 三废处理及资源化利用 423 16.7 辅酶Q10的专利分析与前景展望 424 16.7.1 专利分析 424 16.7.2 前景展望 425 参考文献 425 第17章 硫辛酸 430 17.1 概述 431 17.2 硫辛酸的性质、功能和应用 431 17.2.1 硫辛酸的性质与生理功能 431 17.2.2 硫辛酸的应用 432 17.3 硫辛酸的合成方法概述 433 17.3.1 硫辛酸的化学合成 433 17.3.2 硫辛酸的生物合成现状 434 17.4 硫辛酸的生物合成代谢途径 436 17.4.1 大肠杆菌和其他细菌硫辛酸生物合成代谢途径 436 17.4.2 酵母及其他真核生物硫辛酸合成代谢途径 444 17.5 硫辛酸的工业生产概览 446 17.6 硫辛酸的专利分析与前景展望 447 17.6.1 专利分析 447 17.6.2 前景展望 448 参考文献 448 第18章 生物类黄酮 456 18.1 概述 457 18.1.1 命名与结构 457 18.1.2 来源与分类 457 18.2 性质和应用 458 18.2.1 性质 458 18.2.2 应用 459 18.3 合成方法 460 18.3.1 植物提取法 461 18.3.2 化学合成法 462 18.3.3 生物发酵法 463 18.4 生物合成代谢途径 464 18.4.1 合成途径解析 465 18.4.2 代谢工程优化 468 18.5 生物类黄酮的工业生产概览 476 18.5.1 生产工艺路线 476 18.5.2 生产、贮藏条件 476 18.6 生物类黄酮的专利分析与前景展望 476 18.6.1 专利分析 476 18.6.2 前景展望 478 参考文献 479 第19章 维生素BT 485 19.1 概述 486 19.1.1 维生素BT的命名与结构 486 19.1.2 维生素BT的研究简史 486 19.2 维生素BT的功能和应用 486 19.2.1 维生素BT的性质与功能 486 19.2.2 维生素BT的应用 488 19.3 维生素BT的化学合成及生物-化学组合合成方法研究进展 489 19.3.1 维生素BT的化学合成法 489 19.3.2 维生素BT的化学-生物组合合成法 498 19.4 维生素BT的生物合成进展 499 19.4.1 维生素BT在哺乳动物体内的合成途径 499 19.4.2 维生素BT在微生物中的合成代谢途径及代谢改造 499 19.4.3 维生素BT的生物合成法研究进展 501 19.5 维生素BT专利分析与前景展望 505 19.5.1 专利分析 505 19.5.2 前景展望 505 参考文献 506