摇瓶装液量对发酵的影响实验
摇瓶和发酵罐培养
1
体积氧传递系数（ 体积氧传递系数（KLa）和溶解氧的差 异
2
CO2浓度的差异 菌丝受机械损伤的差异
3
Company Logo
1
体积氧传递系数（ 体积氧传递系数（KLa）和溶解氧的差异
通气状况：
摇瓶培养：瓶塞对氧传递的阻力、表面通气状况 与周围环境有关 发酵罐培养：鼓泡通气
Company Logo
四、消除差异的方法
消除摇瓶与发酵 罐培养这两种规 模结果的差异， 模结果的差异， 使摇瓶发酵结果 能反映罐上的结 果，是一个很重 要的问题。 要的问题。
Company Logo
从下面四个方面模拟罐上发酵的条件
1 增加摇瓶机的 转速，提高摇 转速， 瓶的Kd值和 瓶的 值和 溶氧水平
Company Logo
搅拌增加菌体受损伤的程度
菌体内核酸类物质的漏出率与搅拌转速、 菌体内核酸类物质的漏出率与搅拌转速、搅拌持续 时间、搅拌叶的叶尖线速度、 时间、搅拌叶的叶尖线速度、培养液单位体积吸收的功 率以及体积氧传递系数(KLa)等成正比关系，也就是说， 等成正比关系， 率以及体积氧传递系数 等成正比关系 也就是说， 这些发酵参数的数量增加，其漏出率也增加， 这些发酵参数的数量增加，其漏出率也增加，菌体受损 伤的程度也增加。 伤的程度也增加。 虽然摇瓶发酵也有低分子核酸类物质漏出， 虽然摇瓶发酵也有低分子核酸类物质漏出，其漏出 量远远低于罐的。 量远远低于罐的。
Company Logo
LOGO
2 减少培养基的 装量，要注意 装量， 水分蒸发所引 起的误差
3 直接向摇瓶中 通入无菌空气 或氧气等措施
4 可在摇瓶中加 入玻璃珠来模 拟发酵罐的机 械搅拌来研究 因搅拌引起的 差异
酿酒酵母CWY132以糖蜜为碳源生产2-苯乙醇的培养条件
酿酒酵母CWY132以糖蜜为碳源生产2-苯乙醇的培养条件崔志峰;沈情佳;汪琨;朱廷恒【摘要】对酿酒酵母CWYl32利用糖蜜为碳源,生物转化L-苯丙氨酸(L-Phe)生成2-苯乙醇的液-液两相分批补料培养工艺进行了研究.发现在以聚丙二醇(PPG1500)作为抽提剂的液-液两相培养中,采用分批补料方式添加糖蜜和L-Phe使2-苯乙醇产量明显提高.在0、4、8、12、24 h分别添加40 g/L糖蜜,4、8 h分别添加12g/L、3g/L L-Phe的液-液两相分批补料培养中,2-苯乙醇产量最高达到9.03 g/L,其中抽提相中2-苯乙醇浓度22.5 g/L,比优化前的液-液两相单批培养中的产量4.82 g/L提高了87%.底物L-Phe的摩尔转化率达到0.82 mol/mol.【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2010(036)011【总页数】4页(P10-13)【关键词】酿酒酵母;2-苯乙醇;糖蜜;分批补料【作者】崔志峰;沈情佳;汪琨;朱廷恒【作者单位】浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江,杭州,310032;浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江,杭州,310032;浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江,杭州,310032;浙江工业大学生物与环境工程学院,浙江,杭州,310032【正文语种】中文2-苯乙醇(2-phenylethanol，PEA) 是一种具有柔和细腻玫瑰气味的芳香醇，大量应用于玫瑰型及其他类型的香精配方中，在食品和日化用品等领域中也有广泛应用。
天然2-苯乙醇一般从玫瑰等植物精油中提取，但由于原料来源和提取成本等原因而难以满足市场需求。
生物技术的发展为天然2-苯乙醇的生产提供了新的途径，用酵母生物转化生产天然2-苯乙醇周期短、原料便宜，具有大规模生产的潜在能力。
Etschmann等首次报道了酵母用糖蜜作为碳源产2-苯乙醇，并利用油醇(oleyl alcohol)/水两相体系使2-苯乙醇产量大幅提高［1－2］。
发酵现象实验报告
发酵现象实验报告探究酵母菌在无氧条件下发酵作用产生二氧化碳和酒精。
试验仪器及用品：1.试验仪器：带胶塞和胶管的锥形瓶、小气球、Y形管、大烧杯、温度计、试管、比色板、小烧杯、玻璃棒。
2.试验用品: 白糖〔100g〕、一小包干酵母〔约30g〕、澄清的石灰水、酒精、橙色的重铬酸钾溶液。
〔检测酒精的试剂。
0.5ml的浓硫酸溶有0.1g重铬酸钾，体积分数为95％—97％，在酸性条件下与酒精发生化学反应由橙色变为灰绿色〕试验装置及说明：澄清的石灰水可以检测气体中有二氧化碳，重铬酸钾溶液遇到酒精由橙色变为灰绿色。
试验操作：1.将〔100ml〕40℃温水倒入锥形瓶，再用汤匙将一大勺糖及适量干酵母加进来，搅拌匀称后，将锥形瓶放在大烧杯中水浴保温温度保持在30—40 ℃左右。
〔先让酵母菌进行有氧呼吸，是酵母菌快速繁殖，并把葡萄糖分解成二氧化碳和水。
〕2. 观测到酵母菌培育液有气泡产生，塞上橡胶塞〔这样做既可以避开气体散失，影响后面试验效果，也为酒精的产生提供保障〕。
过一段时间后就可看到干瘪的气球渐渐膨胀起来了。
〔酵母菌的无氧呼吸〕3.将夹子打开，挤压气球，使瓶内产生的气体缓缓通过胶管导入试管内的澄清石灰水中，石灰水变浑浊了(检测气体中有二氧化碳。
原理：二氧化碳遇石灰水，石灰水变浑浊)。
4.将重铬酸钾试剂分别滴在比色板的凹槽内，并分别标注1号、2号〔作对比〕、3号。
在3号试剂上滴1滴酒精，在1号试剂上滴1滴酵母菌发酵液。
发觉1号和3号都由橙色变成了灰绿色。
试验创新点及意义：通过上述试验，让我们对酵母菌“发酵现象”所需要的原料、条件及产生的物质都有了较直观的感受，比较简单理解课本上阐述的“酵母菌可以把葡萄糖转化为酒精和二氧化碳”等有关内容，而且印象深刻。
使我们养成很好的节省意识。
试验现象：1. 闻到了发酵后非常的甜酒的芳香气味。
2. 详见【试验操作4】3. 澄清的石灰水变浑浊发酵现象试验报告范文2一、试验目的〔1〕掌控摇床发酵法制备糖化酶的工艺流程及操作方法〔2〕了解利用黑曲霉菌菌种发酵时的生长条件及考前须知〔3〕娴熟掌控试验过程中的无菌操作和培育条件的选择二、试验仪器及试剂菌种：黑曲霉仪器：锥形瓶〔500ml)、移液管、恒温水浴锅、秒表、50mL比色管、牛皮纸、纱布〔8层〕、pH计。
实验报告——精选推荐
实验报告⽣物⼯程综合实验教程实验1 ⼟霉素摇瓶发酵实验（设计型实验）⼀、实验⽬的冯惠勇周晓辉1、熟悉放线菌的微⽣物学特性及培养⽅法2、了解和掌握种⼦制备和摇瓶发酵技术和⽅法3、了解抗⽣素发酵的⼀般规律和代谢调控理论4、熟悉和掌握常⽤的⽐⾊分析⽅法的操作技术⼆、实验原理⼟霉素是四环类抗⽣素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同⽽构成不同种类的四环素类抗⽣素。
其结构和命名如图。
R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 ⼟霉素 H OH CH 3 OH H 四环素 H OH CH 3 H H ⾦霉素 Cl OH CH 3 H H 去甲基⾦霉素 Cl OH H H H 多西环素 H H CH 3 OH H ⽶诺环素 N(CH 3)2 H H H H美他环素H=CH 2OHCH 2(NH)CH(COOH)(CH 2)4NH 2⼟霉素具有⼴谱抗菌性，能抑制多种细菌、较⼤的病毒及⼀部分原⾍。
⼟霉素能抑制细菌的⽣长，在浓度⾼的时候也具有杀菌的作⽤。
它的作⽤机制是⼲扰蛋⽩质的合成。
由于它的毒副作⽤⼩，所以其在医疗上⽤途⼴泛，主要是应⽤于呼吸道和肠道感染。
⼟霉素是由龟裂链丝菌产⽣的，属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育良好的菌丝体，菌丝体分⽀，⽆隔膜，直径约0.4～1.0⽶，长短不⼀，多核。
菌丝体有营养菌丝、⽓⽣菌丝和孢⼦丝之分，孢⼦丝再形成分⽣孢⼦。
⽽龟裂链丝菌的菌落灰⽩⾊，后期⽣褶皱，成龟裂状。
菌丝成树枝分⽀，⽩⾊，孢⼦灰⽩⾊，柱形。
3N2H R 5C H 3 41龟裂链丝菌的菌落形态显微镜观察的菌丝特征⼟霉素是典型的次级代谢产物，其发酵的特点之⼀就是分批过程分为菌体的⽣长期、产物期和菌体期三个阶段。
龟裂链丝菌的⽣长和⼟霉素的⽣物合成受到许多发酵条件的影响：温度、发酵pH值、溶氧、接种量、泡沫等。
同时还受到⼀些代谢调控机制的控制：磷酸盐的调节作⽤、ATP的调节和产⽣菌⽣长速率的调节等。
三、仪器与材料（⼀）培养基1、斜⾯⾼⽒⼀号培养基可溶性淀粉2% 氯化钠0.05% 硝酸钾0.1% 三⽔磷酸氢⼆钾0.05%七⽔硫酸镁0.05% 七⽔硫酸亚铁0.001% 琼脂1.5%-2.0% pH：7.4-7.62、母瓶培养基淀粉3% 黄⾖饼粉0.3% 硫酸铵0.4% 碳酸钙0.5% ⽟⽶浆0.4% 氯化钠0.5% 磷酸⼆氢钾0.015% pH：7.0-7.23、发酵培养基淀粉15% 黄⾖饼粉2% 硫酸铵1.4% 碳酸钙1.4% 氯化钠0.4% ⽟⽶浆0.4% 磷酸⼆氢钾0.01% 氯化钴10µg/ml 消沫剂0.01% 淀粉酶0.1%-0.2% pH：7.0-7.2（⼆）实验菌种：龟裂链丝菌，微⽣物实验室保藏（三）仪器：玻璃试管、试管架、吸管（1ml，2ml，10ml）、吸⽿球、离⼼管、容量瓶、烧杯、三⾓瓶（250 ml，500ml）、量筒（250ml，500ml，1000ml）、玻璃棒、试纸、塑料漏⽃、电炉、接种铲（针）、振荡培养箱、恒温箱、台秤等四、实验题⽬1、溶氧对⼟霉素发酵的影响2、培养基中磷量对⼟霉素发酵的影响3、接种量对⼟霉素发酵的影响4、碳源、氮源浓度对⼟霉素发酵的影响五、实验步骤1．斜⾯孢⼦的制备⽆菌条件下，从冷藏的产⽣菌的斜⾯孢⼦中，刮取适量孢⼦涂在⾼⽒斜⾯上，然后置36.5～37℃的恒温箱培养3天，再置30℃的恒温室培养1天。
粘菌素发酵工艺优化
第４１卷 第３期２０２２年８月铀 矿 冶ＵＲＡＮＩＵＭＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ．４１ Ｎｏ．３Ａｕｇ．２０２２收稿日期：２０２１ ０３ １６第一作者简介：李 炯（１９８４—），男，河北赵县人，学士，工程师，主要从事微生物研究工作。
粘菌素发酵工艺优化李 炯（河北圣雪大成唐山制药有限责任公司，河北唐山０６４０００）摘要：多粘菌素Ｅ是由多粘芽孢杆菌产生的一种重要的动物抗生素，对大多数革兰氏阴性菌有较强的抗菌作用，一般通过发酵法来生产。
通过控制摇瓶的装液量和玻璃珠的添加量，研究溶氧、剪切力对发酵的影响程度。
在７Ｌ罐的放大试验中，系统研究了搅拌转速、溶氧、犆犈犚、残糖等因素对效价的影响；优化流加补料工艺使得效价提高到３７．５×１０４Ｕ／ｍＬ，实现了粘菌素Ｅ的高产。
关键词：多粘菌素Ｅ；效价；补糖策略；发酵参数；放大试验中图分类号：Ｓ４７６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００ ８０６３（２０２２）０３ ０３３３ ０６犇犗犐：１０．１３４２６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｙｋｙ．２０２２．０３．０２４ 硫酸粘杆菌素Ｅ（犆狅犾犻狊狋犻狀狊狌犾犳犪狋犲）又名多粘菌素Ｅ（犘狅犾狔犿狔狓犻狀Ｅ），是由多粘芽孢杆菌产生的一组多肽类抗生素［１ ５］。
临床上多粘菌素Ｅ主要用于革兰阴性菌感染的治疗，多粘菌素Ｅ是最有发展前途的抗菌素之一［６ １５］。
关于硫酸粘杆菌素的发酵工艺在２０世纪５０、６０年代的时候研究较多，之后因其使用量较少，对其的研究也越来越少。
但抗生素的耐药性问题日渐显现，因硫酸粘菌素不易产生耐药性，所以近年来对其的应用和发酵工艺研究又逐渐增加［１６］。
在１０Ｌ发酵罐通气比１∶１ｖｖｍ、搅拌转速３５０ｒｐｍ、培养温度３４℃的条件下，在发酵过程中溶氧发生变化的时间段内，菌体生长最快，耗氧速率也最快；最终确定溶氧可控制在４０％以上，并以此来调整发酵过程的搅拌频率和通气量［１７］。
合成硫酸粘杆菌素最适宜的ｐＨ为５．５０～６．２０，ｐＨ过高或过低均会对发酵产生不利影响；当发酵液ｐＨ首次降到５．８０时，补加氨水调节发酵液的ｐＨ有利于发酵水平的提高［１８］。
香菇液体菌种培养基及摇瓶培养条件优化
Edible and medicinal mushrooms2021，29（3）：242～249香菇液体菌种培养基及摇瓶培养条件优化谢婷1何娟1张顺凯2焦海涛2边银丙1肖扬1*（1.华中农业大学应用真菌研究所，武汉430070；2.湖北森源生态股份有限公司，湖北宜昌444200）摘要建立液体菌种优质高效生产技术体系是香菇工厂化生产的重要保障。
以香菇‘森源16’为试验菌株，选择菌丝生物量、菌丝球密度和直径为主要评价指标，采用单因素和正交试验L9(34)优化香菇摇瓶液体发酵工艺。
结果：棉秆粉为最佳碳源，麸皮为最佳氮源；优化培养基配方为葡萄糖3g/100mL，棉秆粉1.5g/100mL，木屑粉1.5g/100mL，麸皮0.6g/100mL，KH2PO40.1g/100mL，MgSO4·7H2O0.05g/100mL；最优摇瓶发酵条件为装液量100mL/250mL，摇床转速170r/min，初始pH5.5，羧甲基纤维素钠0.20g/100mL，漆酶0.05g/100mL。
关键词香菇；液体菌种；培养基优化；摇瓶发酵；条件优化中图分类号：S646文献标识码：B文章编码：2095-0934（2021）03-242-08 Optimization of liquid spawn media and shake flask culture conditionsof Lentinula edodesXie Ting1He Juan1Zhang ShunKai2Jiao Haitao2Bian Yinbing1Xiao Yang1*(1.Institute of Applied Mycology,Huazhong Agricultural University,Wuhan,Hubei430070,China;2.Hubei SenyuanEcological Co.,Ltd.,Yichang,Hubei444200,China)Abstract The establishment of a high-quality and high-efficiency production technology system for liquid spawn is an important guarantee for the factory production of Lentinula edode s.In this study,Senyuan No.16was used as the test strain,and the mycelial biomass,mycelial ball density and diameter were used as the main evaluation indicators.Single factor test and orthogonal test L9(34)were used to optimize the liquid culture process of L.edodes in shaking flasks. Results showed that cotton stalk powder is the best carbon source and wheat bran is the best nitrogen source.The optimized medium formula is glucose3g/100mL,cotton stalk powder1.5g/100mL,wood chip powder1.5g/100mL, wheat bran0.6g/100mL,KH2PO40.1g/100mL and MgSO4·7H2O0.05g/100mL.The optimal culture conditions for shake flasks are100mL/250mL of liquid volume,170r/min of shaker speed,initial pH of5.5,sodium carboxymethyl cellulose0.25g/100mL,laccase0.05g/100mL.Key words Lentinula edode s;liquid spawn;medium optimization;shake flask culture香菇（Lentinula edodes）营养丰富，味道鲜美，被誉为“山珍之上品”，且具有抗病毒、免疫调节、健胃、助消化、抗炎症、抗菌和抗肿瘤等活性[1,2]。
谷氨酸摇瓶发酵
谷氨酸摇瓶补料发酵班级：生物工程091班姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXXXX指导老师：XX谷氨酸摇瓶补料发酵摘要：本实验以天津短杆菌为菌种，在不同培养基条件下研究摇瓶补料发酵生产谷氨酸。
试验中以OD值检测天津短杆菌的生长状况，以残糖量和谷氨酸生成量控制补料情况。
实验结果表明：在相同培养条件（培养温度32℃，培养箱转速240rpm）下，蛋白胨培养基最高产酸为19g/L，玉米浆70%梯度培养基的最高产酸量为12g/L，根据以上结果可以看出，蛋白胨培养基的产酸量高于梯度培养基。
关键词：谷氨酸补料发酵 OD值残糖量生物素前言：1866年德国H.ittthausen用硫酸水解小麦面粉，分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材将它命名为谷氨酸。
1872年Hasiwitz 和Habermaan用酪蛋白水解也制得谷氨酸。
1908年日本池田菊苗在探讨海带汁鲜味时，提取了谷氨酸，开始制造“味之素”。
1901年日本味之素公司用水解面筋法生产谷氨酸。
1936年美国从甜菜废液（斯蒂芬废液）中提取谷氨酸。
1954年多田、中山两人报告了采用微生物直接发酵谷氨酸的研究。
直到1956年日本协和发酵公司的木下祝郎分离选育出一种新的细菌——谷氨酸棒状杆菌，能同化利用100g葡萄糖，可直接发酵并积累40g以上的谷氨酸。
随后进行了工业化研究，自1957年起发酵法制取味精，正式商业化生产。
20世纪60年代后，世界各国也兴起发酵法生产味精，以甘蔗或甜菜、糖蜜、淀粉、醋酸、乙醇为原料，由于石油价格上涨和石油制品的安全性，相继改用糖蜜、淀粉原料为主的发酵法生产味精。
谷氨酸发酵机制：谷氨酸的生物合成途径主要包括：EMP途径、HMP 途径、TCA循环、乙醛酸循环、CO2固定反应。
总反应途径为：糖经过EMP途径和HMP生成丙酮酸。
一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；另一方面，经CO2固定作用生成草酰乙酸；两者合成柠檬酸进入TCA 循环，由三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的催化下，还原氨基化合成谷氨酸。
他克莫司的发酵生产研究
他克莫司的发酵生产研究傅立峰;金美英;单昱东;曹小燕;刘鹏;柳志强【摘要】Tacrolimus,the fourth generation of immunosuppressant,belongs to macrolides antibiotics with strong immunosuppressive properties.The fermentation conditions of Tacrolimus produced by Streptomycete were optimized:1.5 g/L glucose was added in seed medium as carbon source,seed inoculation time was 40 h,inoculum amount was 10%,and the fermentation medium loading was 20 mL in a 500 mL flask.The fed-batch fermentation was carried out in 20 t fermentation tank,additional medium was feed into the tank on the 4thand 5thdays and dissolved oxygen was maintained at 20% during the period of fermentation.Finally,1 150 μg/mL of Tacrolimus was obtained.The route of purification process from fermentation broth was also explored,we found that the activated carbon PT-A303 can remove pigment from the extraction fraction which contained Tacrolimus.Then the extraction fraction was crystallized and purified through Q5 affinity chromatography w hich removed impurities efficiently.As a result,the stable products with purity of 99.5% and yield of 86.6% were obtained.%他克莫司属于第四代免疫抑制剂,是一种大环内酯类抗生素,具有较强的免疫抑制特性.首先对他克莫司生产菌株摇瓶发酵培养条件进行了优化,种子培养基中以1.5g/L的葡萄糖为碳源,种子培养时间40 h,接种量10%,500 mL摇瓶发酵培养基装液量为20 mL.进一步在20 t 发酵罐中进行放大实验,采取分批补料方式在第4天和第5天进行补料,控制溶氧在20%,最终他克莫司的质量浓度为1150 μg/mL.此外,通过对发酵提取技术和下游分离纯化工艺进行优化,发现粗提取时选择活性炭PT-A303进行萃取、脱色处理,再经过结晶、Q5亲和层析,可有效地去除结构类似物杂质,得到质量稳定的产品,最终他克莫司的收率达86.6%,纯度达99.5%.【期刊名称】《发酵科技通讯》【年(卷),期】2018(047)001【总页数】6页(P38-42,47)【关键词】他克莫司;发酵;提取;精制【作者】傅立峰;金美英;单昱东;曹小燕;刘鹏;柳志强【作者单位】杭州华东医药集团有限公司,浙江杭州311000;杭州华东医药集团有限公司,浙江杭州311000;杭州华东医药集团有限公司,浙江杭州311000;杭州华东医药集团有限公司,浙江杭州311000;浙江工业大学生物工程学院浙江省生物有机合成技术研究重点实验室,浙江杭州310014;浙江工业大学生物工程学院浙江省生物有机合成技术研究重点实验室,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TQ92他克莫司(Tacrolimus)，又名FK506，是从筑波链霉菌发酵液中提取得到的一种大环内酯类免疫抑制剂，主要通过抑制T细胞活化相关细胞因子基因的转录及其蛋白的表达发挥免疫抑制作用，其IC50为环孢素A的1%[1].1984年由日本藤泽药品工业公司开发，其后国内外大力进行了他克莫司的基础和临床研究.该产品为单水合物，白色或类白色结晶性粉末，几乎不溶于水，易溶于乙醇、甲醇、丙酮、醋酸乙酯、乙醚、苯酚和氯仿[2-3]，具有药效强、使用剂量低、移植物存活率高和急性排斥反应发生率低等优点[4].目前，国内的免疫抑制剂市场已经达到100 亿元的规模，其中国内重点城市公立医院他克莫司用药金额为5.03 亿元，而全球他克莫司市场一直处于20多亿美元的规模，他克莫司已成为器官移植免疫抑制剂市场的领头羊.他克莫司作为一种具有独特化学结构和重要药理活性的大环内酯类化合物，其生产方法主要有化学合成法和生物发酵法.他克莫司的化学合成法最早是由Merck公司开发的不对称Evans-Aldol缩合反应法[5]，该方法先通过合成各关键片段再进行结构单元的组装得到最终产品，但由于他克莫司的分子量大、手性及结构复杂，因此在合成过程中所需步骤较多，合成效率相对较低.随着研究者们对合成方法的不断探索和改进，发展了新的合成方法，并改进了部分结构单元的合成路径，衍化出目前较常用的汇聚式合成策略[6].但由于化学合成方法的限制较多，随着人们对他克莫司生物合成机制及特异性前体形成机制研究的不断深入，科研人员可以通过基因工程改造的方法获得产量提高、组分优化的新一代他克莫司生产菌株.研究者们通过位点特异性整合的方法获得了基因重组菌，其生产能力较原始菌株提高了120%.2003年，Kang等[7]筛选到了一株高产他克莫司的链霉菌Streptomyces clavuligerus CKD1 119，并提供了一种高产他克莫司的方法，经过7～8 d的发酵，最终得到350 mg/L的他克莫司.后期研究者们不断对菌株进行改良和发酵条件优化，最终其生产能力有了很大的提高.此外，在他克莫司的下游分离提取方面，因发酵液中含有较多的成分，且他克莫司在含水溶媒体系中易发生互变异构[8]，大大增加了精制过程的难度，一般认为不能以反相柱色谱精制.Kino[9]和Okuhara[10]报道了他克莫司的分离提取方法，但都难以适应工业化生产.笔者通过选育高产突变株，突破发酵工艺的关键技术，改进下游分离纯化工艺，全面提高发酵水平，降低杂质含量，大幅降低生产成本，获得先进的他克莫司生产新工艺.1 材料与方法1.1 菌种筑波链霉菌(Streptomyces tssukubaensis)No 9993，由实验室分离并保藏.1.2 培养基1.2.1 斜面培养基麦芽浸出粉20 g/L，酵母浸出粉5 g/L，葡萄糖10 g/L，琼脂15 g/L，pH 7.0. 1.2.2 种子培养基可溶性淀粉10 g/L，甘油10 g/L，干酵母5 g/L，玉米浆10 g/L，葡萄糖10 g/L，CaCO3 2 g/L，pH 7.0.1.2.3 发酵培养基糊精7%，固体玉米浆0.5%，啤酒酵母粉1.7%，面包酵母粉0.6%，L-异亮氨酸0.5%，硫酸铵0.1%，碳酸钙0.25%，泡敌0.3%.1.2.4 补料培养基糊精7%，固体玉米浆0.5%，啤酒酵母粉1.7%，面包酵母粉0.6%，L-异亮氨酸0.5%，硫酸铵0.1%，碳酸钙0.25%，泡敌0.3%，固体玉米浆0.1%，啤酒酵母粉0.5%，pH 9.0±0.5.1.3 实验方法1.3.1 补料分批发酵方法从新鲜斜面上挑取1 环菌接种到20 mL种子培养基中，300 r/min培养 40 h，制备一级种子，按体积分数10%的接种量接入20 mL发酵培养基中.1.3.2 活性炭脱色损失计算在萃取液中分别加入20 g/L的活性炭，搅拌2 h后过滤，得到滤液.脱色损失率=(U萃取-U滤液)/U萃取×100%式中：U萃取为萃取液效价；U滤液为滤液效价.2 结果与讨论2.1 种子液碳源的筛选淀粉是发酵生产他克莫司的必需碳源之一，但含淀粉的培养基黏度极高，从而影响发酵过程的供氧.为了探究种子对不同碳源的利用情况和适应程度，考察了五种不同碳源(玉米淀粉(10 g/L)、可溶性淀粉(10 g/L)、甘油(10 g/L)、葡萄糖(5 g/L)和麦芽糊精(10 g/L))对种子生长(38 h)及对发酵产他克莫司的影响.结果如图1所示. 图1 不同碳源对发酵效价的影响Fig.1 The effect of carbon source on fermentation titer由图1可知：种子液碳源为葡萄糖、可溶性淀粉和麦芽糊精时，发酵生产他克莫司的效价均较高；而用玉米淀粉和甘油为碳源时，发酵生产他克莫司的效价相对较低.后期通过镜检发现以葡萄糖为种子液碳源时菌丝生长快，菌丝体粗壮，菌丝生长呈网状，染色深，菌体对生长环境具有较大的耐受能力.2.2 种子液中葡萄糖用量的优化对种子培养基中碳源葡萄糖的质量浓度进行考察.种子培养48 h后移入发酵培养基，考察种子培养基中葡萄糖的添加量对发酵生产他克莫司的影响，以确定葡萄糖的最适用量.结果如图2所示.图2 种子液中葡萄糖添加量对发酵效价的影响Fig.2 The effect of addition of glucose on fermentation titer种子液中葡萄糖质量浓度的高低会影响菌体生长速率，进而影响后续代谢产物的合成，因此需要选择合适的葡萄糖质量浓度以优化菌体的代谢过程.由图2可知：种子培养过程中碳源葡萄糖的质量浓度为1.5 g/L时，后续发酵生产他克莫司的水平可以达到287 μg/mL，此时菌丝镜检成网成团，菌丝粗壮，染色深.当种子液中的葡萄糖质量浓度较低时种子液中的碳源减少，种子生长速率下降；而当葡萄糖质量浓度过高时，菌种生长速率过快，积累大量代谢副产物.因此，本实验优化所得到的1.5 g/L葡萄糖质量浓度适合菌体生长代谢.2.3 种子培养时间的确定选用1.5 g/L葡萄糖作为种子碳源后，种子生长较快，生长周期发生了变化.种子培养时间直接影响产物的生成，为了确定较适宜的接种时间，实验分别选取不同种龄(24，32，40，48，56 h)的种子接到发酵培养基中，并最终以发酵液中的他克莫司效价判断发酵的结果.结果如图3所示.图3 种子培养时间对发酵效价的影响Fig.3 The effect of seed incubating time on fermentation titer由图3可知：当种子培养时间分别为24，48，56 h时，转接后发酵液中的他克莫司质量浓度均较低，这是由于种子培养时间过短时，种子活力不够，而当种子培养时间过长时，种子进入平台期，此时种子活力差，状态也不稳.当种子培养至40 h时，转接发酵培养基，他克莫司的效价最高，此时的种子活性较高，状态稳，发酵水平和发酵液质量提高.因此，最终选取40 h为最佳接种时间.2.4 不同接种量对发酵结果的影响种子液的接种量会影响菌体的延滞期：接种量大，则延滞期短，菌体生长迅速，降低了产物的产量；接种量小，延滞期长，菌体生长缓慢，同样不利于产物的积累.因此需要考察接种量对效价的影响.将种龄为40 h的种子按不同接种量接至发酵培养基中进行发酵实验，考察不同接种量对发酵效价的影响.结果如图4所示.图4 接种量对发酵效价的影响Fig.4 The effect of inoculation amount on fermentation titer由图4可知：当接种量逐渐升高时，发酵的效价呈明显下降的趋势，这是因为接种量增大时，菌体生长速率较快，大量消耗发酵培养基中的营养成分，导致用于代谢合成他克莫司的直接碳源大大减少，并且加剧了发酵液中副产物的积累.通过本实验可知：当接种量为10%时，发酵液中他克莫司的质量浓度最高.2.5 发酵过程放大的研究由摇瓶发酵放大到发酵罐发酵时，各方面条件有所变化，特别是对发酵条件的控制，如温度、溶解氧、pH值和装液量等主要参数的控制方式与摇瓶不同，会造成发酵结果与摇瓶的差异性，因此进行放大研究，评估装液量和溶氧等影响因素对发酵过程的影响.2.5.1 装液量对发酵结果的影响他克莫司的发酵属于好氧性发酵，在摇瓶发酵过程中，影响溶氧的因素主要是摇瓶的装液量和摇床的转数.控制摇床的转数为300 r/min，在500 mL摇瓶中测定不同装液量对发酵结果的影响.结果如图5所示.图5 装液量对发酵效价的影响Fig.5 The effect of loading volume on fermentation titer由图5可知：500 mL摇瓶的装液量为20 mL时，发酵液中他克莫司产量最高.这是因为在该装液量下，溶氧较高，有利于他克莫司的积累，并减少了副产物的生成.从实验结果中发现装液量是影响摇瓶发酵溶氧的重要因素.在发酵转速一定时，装液量越低，发酵液中的溶氧越高.但是在发酵过程中装液量过低时，由于培养基水分蒸发等因素造成的发酵液体积变化较大，并且随着菌体发酵代谢的不断进行，发酵液中营养成分不足导致发酵过程中产他克莫司的水平下降.2.5.2 溶氧对发酵结果的影响在筑波链霉菌发酵生产过程中，溶氧是影响发酵的关键因素，对微生物的生长和产物形成有重要的影响.要根据氧的溶解特性及微生物对氧的需求，分析溶氧对发酵的影响及对发酵产物的影响，进而确定溶氧量的控制及在发酵液中的传递，使生产效益最大化.笔者在20 t发酵罐中研究了10%，20%，30%溶氧对发酵产他克莫司产量的影响.结果如图6所示.图6 溶氧对发酵效价的影响Fig.6 The effect of dissolved oxygen onfermentation titer由图6可知：发酵前期，溶氧高低对发酵生产他克莫司的影响较小，溶氧较低时发酵效价相对较低.当溶氧超过20%时，他克莫司产量变化不明显.此外，可以发现在发酵后期溶氧高低对发酵结果影响不大，发酵效价处在一个稳定的水平，这可能是因为发酵中后期，菌丝体对溶氧的要求不高.因此在发酵对数生长期可以提高溶氧，促使菌体生长和代谢，在发酵中后期可以考虑降低空气供应量，同时降低搅拌转速，以此来节能降耗，降低成本.2.5.3 分批补料发酵过程优化根据前期摇瓶补料实验结果以及放大控制条件摸索，采用优化后的工艺配方，进行20 t罐补料放大实验，发酵过程中溶氧控制在20%以上，并在发酵中后期进行补料.结果如图7所示.图7 分批补料发酵过程曲线Fig.7 Fermentation process curve of feed-batch由图7可知：补料工艺的他克莫司质量浓度达到1 150 μg/mL，产量有大幅度提升.实验发现只在发酵第4天进行补料，对他克莫司产量影响较小.而在发酵第4天和第5天连续补料时，产量明显提高.这是由于在发酵中后期菌体消耗糖等速率快，生长达到最高值，并大量合成他克莫司，此时进行补料可以延缓菌体进入衰亡期，提高菌体的生产发酵能力.2.6 提取与精制过程工业化研究在微生物发酵液中，存在许多蛋白质和多糖等杂质，为后续产品的分离纯化带来了很大的难度.在他克莫司的发酵液中还存在很多异构体和类似物，主要杂质有二氢他克莫司、子囊霉素等，其中子囊霉素与他克莫司只相差1 个亚甲基，而二氢他克莫司与他克莫司相差2 个氢原子，因此子囊霉素、二氢他克莫司与他克莫司的结构极为相似(相似度95%以上)，在溶剂中的溶解性和对溶剂的亲和力相近，因为这些物质的存在，常规的分离纯化方法无法完全分离他克莫司，产品达不到相应的纯度，纯化分离难度极大，生产工艺水平低，工艺成本居高不下.2.6.1 提取工艺优化为了除去发酵液中的色素等杂质，筛选了不同品种的活性炭(活性炭PT-A303，活性炭8815，PT303-1和白鹭-Z)，考察脱色效果和粗品质量.结果如图8所示.图8 脱色材料的选择Fig.8 Selection of decolorizing materials由图8可知：活性炭PT-A303的脱色损失最小，而且经该脱色材料脱色后的结晶收率最高，这说明该脱色材料既能较好地吸附色素，而且对产品的吸附较少.脱色后，用V(乙酸乙酯)∶V(正庚烷)∶V(纯水)=1∶3∶2的结晶溶剂对脱色液进行浓缩结晶，30 ℃保温1 h，冷却至20 ℃，继续搅拌2 h，过滤得到他克莫司粗品. 2.6.2 他克莫司层析技术为了进一步提高产品质量，提高提炼收率，并实现他克莫司中结构类似杂质子囊霉素(FK520)和8-丙基他克莫司(2H-FK506)的有效分离，开发了针对FK506分离纯化的Q5亲和层析工艺，利用这种材料具有选择性吸附某个化合物或某类结构相似的化合物的特点，高亲和性及高选择性分离目标化合物.选择亲和层析填料上的配基与FK506分子结构上的C36双键形成配位键，而类似物FK520和2H-FK506分子结构上C36无双键基团，不能与本亲和填料上的配基形成配位键，故本填料吸附FK506能力显著大于类似物FK520和2H-FK506，从而达到彻底分离去除FK520及2H-FK506杂质的目的，提高产品质量及纯化收率.以V(乙醇)∶V(乙酸乙酯)=45∶55的洗脱液洗脱分离FK520和2H-FK506杂质，最终只需一次层析即可达到彻底分离去除FK520及2H-FK506的目的，收率达86.6%，他克莫司的纯度达99.5%，FK520和2H-FK506杂质质量分数分别为0.13%和0.2%.3 结论通过研究不同发酵条件对他克莫司发酵的影响，获得了最适摇瓶发酵培养条件：种子培养基中以1.5 g/L葡萄糖为辅碳源，种子培养时间40 h，500 mL摇瓶装液量为20 mL，接种量为10%；20 t发酵罐发酵培养过程中溶氧控制在20%以上，发酵周期为7 d，发酵第4天和第5天进行分批补料，最终发酵得到他克莫司的质量浓度为1 150 μg/mL.优化了他克莫司发酵液的提取和精制工艺，为其工业化生产提供了可靠的工业路线.粗提取时选择活性炭PT-A303进行萃取后脱色处理，经V(乙酸乙酯)∶V(正庚烷)∶V(纯水)=1∶3∶2混合溶剂对脱色浓缩液进行结晶得到粗品.精制的过程中，采用Q5亲和层析工艺，达到彻底分离去除FK520及2H-FK506等相似结构杂质的目的，收率达86.6%，他克莫司的纯度达99.5%，FK520和2H-FK506杂质质量分数分别为0.13%和0.2%.参考文献：[1] GOTO T, KINO T, HATANAKA H, et al. FK506:historicalperspectives[J].Transplant proceedings, 1991, 23(6):2713-2717.[2] 朱健,谢样茂,陈俊勇,等.他克莫司产生菌的选育和生产工艺研究[J].中国医药王艺杂志，2005，36(4):207-210.[3] 徐亲民.他克莫司的工业化研究[J].国外医药抗生素分册,2000,21(4):151-155.[4] LIU J, FARMER J D, LANE W S, et al. Calcineurin is a common target of cyclophilin-cyclosporin A and FKBP-FK506 complexes[J].Cell, 1991,66(4):807-815.[5] JONES T K, MILLS S G, REAMER R A, et al. Total synthesis of the immunosuppressant (-)-FK-506[J].Journal of the American chemical society, 1989, 111(3):1157-1159.[6] MADDESS M L, TACKETT M N, LEY S V. Total synthesis studies on macrocyclic pipecolic acid natural products:FK506, the antascomicins and rapamycin[M]∥ Natural Compounds as Drugs. Basel: Birkhäuser Basel, 2008:13, 15.[7] KANG T W, CHOI B T, KIM H S, et al. Microorganism productive method tacrolimus and mass-productive method tacrolimus using the same:WO 2005063963A1[P]. 2005-07-14.[8] NAMIKE Y, KIHARA N, KODA S, et al. Tautomeric phenomenon of a novel potent immunosuppressant (FK506) in solution.I. Isolation and structure determination of tautomeric compounds[J].Journal of antibiotics, 1993, 46(7):1149-1155.[9] KINO T, HATANAKA H, HASHIMOTO M, et al. FK-506, a novel immunosuppressant isolated from a Streptomyces.I. fermentation, isolation, and physico-chemical and biological characteristics[J].Journal of antibiotics, 1987, 40(9):1249-1255.[10] CHIYOSHI K, TAKEHIKO O, MASASHI H. Tricyclo compounds, a process for their production and a pharmaceutical composition containing the same:US, US5266692[P]. 1992-01-09.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
摇瓶装液量对发酵的影响实验
摇瓶装液量对发酵的影响实验是研究在不同液量条件下，发酵过程的反应速率和产物得率等参数变化的实验。
这种实验可以有助于确定最佳的液量条件以优化产物得率和反应速率。
实验步骤：
1. 准备不同液量的摇瓶，并在每个摇瓶中加入固定量的发酵物；
2. 使用相同的条件下（如温度、氧气供应等），对每个摇瓶进行发酵操作，并记录反应过程中的反应速率、发酵时间和产物得率等参数；
3. 比较不同液量条件下反应速率和产物得率的变化，确定最优液量条件；
4. 通过分析实验结果，确定液体体积对反应速率和产物得率的影响机制。
需要注意的是，在实验中应控制其它影响因素的影响，例如氧气的供应、温度、菌种的产量和活性等，以确保实验结果准确可靠。