红霉素发酵工艺优化研究2
红霉素发酵工艺研究及进展
红霉素发酵工艺研究及进展09食安4班小组成员：徐萌0938421 陆吉林0938423仇沙磊0938420 周炳楠0938422红霉素发酵工艺研究及进展一、红霉素简介与发酵发展现状红霉素属大环内酯类抗生素，其水溶液呈强碱性,0 .0 66%的红霉素溶液pH为8.0～10 .5 ,8.5 %浓度的乳糖酸盐pH亦达6.0～7.5。
具有广谱抗菌作用，其抗菌谱与青霉素类似，对革兰氏阳性菌尤其敏感，对葡萄球菌，化脓性链球菌，绿色链球菌，肺炎链球菌，白喉杆菌等都有较强的抑制作用。
临床主要用于扁桃体炎，猩红热，白喉，淋病，皮肤组织感染等，对于军团肺炎和支原体肺炎可以作为首选药物。
也可用于上下呼吸道感染。
特别对于不耐青霉素的人也适用。
红霉素被收入中国药典外，还被收入美国，日本，等药典。
近年来，在竞争激烈的抗生素市场上，红霉素及其衍生物产量还在不断增长，销售节节上升，后市拓展仍有广阔空间。
红霉素最早于1952年的J.M.Mcguire等人在菲律宾群岛土样中分离到的红霉素经发酵制得，美国礼莱公司和Abbott公司最先生产并将产品推向市场多年来红霉素生产稳定增长，20世纪80年代全世界产量已达到800吨，占全球抗生素产量的3.2%20世纪90年代以来，国际市场上红霉素畅销，促进了生产，产量有了较大副增长。
1995年产量达到1500吨，1996年达到3200吨，目前为6000吨左右，成为世界抗生素市场上除头孢类和青霉素类以外的第三大抗生素药物。
我国红霉素发酵水平属低水平重复操作，与发达国家相比差距较大。
目前国外发酵单位已达8 000～12 000 g／ml，而国内大多企业红霉素发酵水平却一直在4 000～5 000g／ml 。
由于国外企业的技术封锁，国内红霉素生产的发酵水平一直比较落后。
红霉素发酵水平主要受工作菌种、培养基组成、发酵条件控制以及后期的分离提纯条件等多方面因素的影响，国内很多科技工作者从红霉素发酵相关参数和调控人手，希望提高红霉素发酵水平。
红霉素的发酵及提取工艺
红霉素的发酵工艺
2>培养基 发酵培养基最适合的碳源为蔗糖、其次为葡萄糖、 淀粉、糊精。生产上常用葡萄糖和淀粉为混合碳源，效 果与使用葡萄糖相似。 氮源的代谢对红霉素合成影响很大，当适于菌体生 长的氮源耗尽时，菌体才停止生长并迅速合成红霉素。 红霉素生产中一般都用有机氮源，其中以黄豆饼粉、玉 米浆为最佳。由于黄豆饼粉菌时泡沫较多，故一、二级 种子罐及后期补料用部分花生饼粉代替，但全用花生饼 粉则最终产品会出现带会现象。在发酵培养基中加少量 硫酸铵，可促进菌丝生长。
接种 发酵菌种接种菌龄必须掌握恰当时机，接种过早或过晚都将不 利于发酵的进行。发酵接入菌种太年轻，前期生长缓慢，产物开 始形成时间推迟，整个发酵周期延长；如果太老，菌量虽多，却 导致生产能力下降，菌体过早自溶。 菌体浓度对发酵的影响及控制 发酵接种量较大且保持在合适的浓度，则缩短细菌生长期，使 产物合成时间提前；但是如果接种量过大，超出适宜值，则生长 过快，物料黏度增加，导致溶氧不足，最终影响产物合成 碳源对发酵的影响及其控制 按菌体利用快慢而言，分为迅速利用 的碳源和缓慢利用的碳源。前者(如葡萄糖)能较迅速地参与代谢、 合成菌体和产生能量，并产生分解代谢产物，因此有利于菌体生 长，但有的分解代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用；后者 (如乳糖)为菌体缓慢利用，有利于延长代谢产物的合成，特别有 利于延长抗生素的生产期，也为许多微生物药物的发酵所采用。
磷含量指导下的红霉素发酵培养基优化
磷含量指导下的红霉素发酵培养基优化于晓光１陈勇１，２庄英萍１，＊储炬１张嗣良１１．华东理工大学国家重反应器工程点实验室，上海２００２３７２．青岛农业大学食品科学与工程学院，山东省青岛市２６６１０９摘要：磷在抗生素发酵过程不同阶段具有不同的作用，通过调节磷含量进行培养基优化具有重要意义。
本文依据不同有机氮源磷含量不同设计了３种培养基，实验结果表明，低磷培养基（豆粉２．０％、脱脂豆粉１．０％、羽毛蛋白胨１．０％）红霉素效价最高，达到１１２０９Ｕ／ｍＬ，比另外两种培养基分别高出３９０Ｕ／ｍＬ和２６９０Ｕ／ｍＬ。
为了降低发酵后期豆粉中磷的释放抑制红霉素合成，在此培养基的基础上用０．５％硫酸铵和０．０２２％磷酸二氢钾替换１．０％豆粉（替换前后氮磷基本相等），红霉素效价最终达到１１６５７Ｕ／ｍＬ，与替换前相当，发酵液黏度降低了２０％，大大节约了过程动力成本。
关键词：培养基优化；红霉素；磷含量；无机氮磷Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｕｍ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｂｙ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔＹＵ Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇ１ＣＨＥＮ Ｙｏｎｇ１，２ＺＨＵＡＮＧ Ｙｉｎｇ－ｐｉｎｇ１，＊ ＣＨＵ Ｊｕ１ＺＨＡＮＧ Ｓｉ－ｌｉａｎｇ１１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７； ２． Ｆｏｏｄ ｓｉｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｑｉｎｄａｏ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｑｉｎｄａｏ， ２６６１０９Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｔ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｆｏｒ ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｉｎｃｅ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｐｌａｙｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｒｅｅ ｍｅｄｉｕｍ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ ｔｉｔｅｒ ｏｆ １１２０９Ｕ／ｍＬ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｌｅｖｅｌ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｍｅｄｉｕｍ ｃｅｎｔｉａｎｉｎｇ ２．０％ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ， １．０％ ｄｅｆａｔｔｅｄ ｓｏｙｂｅａｎ ｐｏｗｄｅｒ ａｎｄ １．０％ ｆｅａｔｈｅｒ ｐｅｐｔｏｎｅ． Ｔｈｉｓ ｔｉｔｅｒ ｗａｓ ３９０Ｕ／ｍＬａｎｄ ２６９０Ｕ／ｍＬ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｉｔｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｗｏ ｍｅｄｉａ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ， ｔｈｅ １．０％ ｓｏｙｂｅａｎ ｍｅａｌ ｗａｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ０．５％ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ａｎｄ ０．０２２％ ｄｉｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ． Ｔｈｅ ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｃｈｅｄ １１６５７Ｕ／ｍＬ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ ｔｏ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｅｃｉｐｅ． Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｂｒｏｔｈ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２０％， ｗｈｉｃｈ ｈｉｇｈｌｙ ｓａｖｅｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ； ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ； ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｃｏｎｔｅｎｔ； ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ磷含量指导下的红霉素发酵培养基优化作者：YU Xiao-guang， 于晓光， CHEN Yong， 陈勇， ZHUANG Ying-ping， 庄英萍， CHU Ju， 储炬， ZHANG Si-liang， 张嗣良作者单位：YU Xiao-guang,ZHUANG Ying-ping,CHU Ju,ZHANG Si-liang(State Key Laboratory of BioreactorEngineering,East China University of Science & Technology,Shanghai 200237)， 于晓光,庄英萍,储炬,张嗣良(华东理工大学国家重反应器工程点实验室,上海200237)， CHEN Yong(State Key Laboratory ofBioreactor Engineering,East China University of Science & Technology,Shanghai 200237;Food sinceand engineering college,Qindao Agriculture University,Shandong,Qindao,266109)， 陈勇(华东理工大学国家重反应器工程点实验室,上海200237;青岛农业大学食品科学与工程学院,山东省青岛市266109)引用本文格式：YU Xiao-guang.于晓光.CHEN Yong.陈勇.ZHUANG Ying-ping.庄英萍.CHU Ju.储炬.ZHANG Si-liang.张嗣良磷含量指导下的红霉素发酵培养基优化[会议论文] 2012。
红霉素发酵工艺控制及操作
改进培养基配方
引入新型发酵技 术
加强生产过程控 制与管理
降低成本的方法及途径
优化发酵工艺： 通过改进发酵过 程，降低原材料、 能源和水资源的 消耗，从而降低
生产成本。
开发新型分离提 取技术：采用高 效、低成本的分 离提取技术，提 高产品的纯度和 收率，降低分离
提取成本。
实现智能化和自动 化生产：通过引进 先进的生产设备和 技术，实现智能化 和自动化生产，提 高生产效率，降低
政府和企业将更加重视红霉素发酵工艺的环保和可持续发展，并采取有效措施推进相 关技术的研发和应用。
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红霉素发酵的工艺流程
菌种制备：选择适合的菌种，进行 种子制备和扩大培养
产物提取：通过离心、过滤等方法 收集菌体，再通过萃取、沉淀等方 法提取红霉素
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发酵培养：将菌种接种至发酵罐中， 在适宜的温度、pH值和溶氧等条 件下进行发酵培养
精制与干燥：对提取的红霉素进行 精制和干燥，得到最终产品
红霉素发酵工艺控制及 操作
汇报人：XX
目录
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01
红霉素发酵工艺简介
02
红霉素发酵的原料及 设备
03
红霉素发酵的过程控 制
04
红霉素发酵的操作步 骤
05
红霉素发酵的异常处 理及安全防护
06
添加章节标题
红霉素发酵工艺 简介
红霉素发酵的基本原理
红霉素发酵的微生物：利用红霉属微生物进行发酵 发酵过程：微生物在适宜的营养条件下进行生长繁殖，产生红霉素 代谢途径：微生物通过代谢途径产生红霉素，涉及多个酶促反应 影响因素：温度、pH、溶氧、培养基成分等对红霉素发酵的影响
红霉素的发酵生产工艺
100℃
压缩空气
一 级 冷 却 器
二 级 冷 却 器
三 级 冷 却 器
旋 风 分 离 器
加 热 器
40℃ 左 右 ， 器 精过滤掉>0.3um 器分 进 无菌空气 65-70%湿度 尘埃 过 过 发 酵尘埃<0.01um 滤 滤 过 滤 掉 5罐 10um尘埃 器蒸 蒸汽（含锈渣） 汽
总 过 滤 器
压榨脱水
螺旋输送进料
一级气流干燥 （95℃）
冷却（室温）
二级旋风分离器
二级气流干燥
一级旋风分离器
装料
发酵液 滤渣 脱水干燥 肥料 超滤 连续立交除杂 纳滤浓缩 加碱或NaSCN
透析液
废液排放
晶体
丙酮溶解
水溶液 EA 工 序
三达公司红霉素提取 新工艺
加水再结晶
结晶过滤烘干
回收丙酮
废水处理
滞留 5小时 生产车间污水 栅格 一级调节池 滞留 3 天 一级气浮池 滞留 3.5 小时 二级调节池
氧化沟曝气池
药理作用
本品为大环内酯类抗生素，抗菌谱与青霉素近 似，对革兰阳性菌，如葡萄球菌、化脓性链球菌、 绿色链球菌、肺炎链球菌、粪链球菌、溶血性链球 菌、梭状芽孢杆菌 、白喉杆菌、炭疽杆菌等有强 的抑制作用。 对革兰阴性菌，如淋球菌、螺旋杆菌、百日咳 杆菌、布氏杆菌、军团菌、脑膜炎双球菌以及流感 嗜血杆菌、拟杆菌、部分痢疾杆菌及大肠杆菌等也 有一定的抑制作用。
废水中有机物的回收处理工段:主要是丙 酮的回收，初馏和精馏两道工序。 废液贮罐→粗馏再沸器→粗馏塔→冷却 器→精馏塔→精馏再沸器→精贮藏罐→冷 凝器→冷却塔→冷凝器→贮罐→装桶 通过以上的一系列处理，丙酮得到了回 收利用（回收的丙酮浓度达到96%以上）， 这样就节省了生产成本。
红霉素的发酵工艺及控制
06 未来展望与研究方向
提高红霉素产量的研究
优化培养基组成
通过调整碳源、氮源、无机盐等成分的比例，提高红霉素产量。
优化发酵条件
研究温度、pH、溶氧浓度等发酵条件对红霉素产量的影响，并优 化这些条件以提高产量。
基因工程技术的应用
通过基因工程技术对菌种进行改造，提高其红霉素合成酶的活性， 进而提高产量。
详细描述
在红霉素发酵过程中，随着菌体的生长和代 谢产物的合成，营养物质不断消耗。因此， 需要适时地补加营养物质，以保证菌体的正 常生长和代谢。补料的种类和量需要根据实 际情况进行合理控制，以实现高产、高效、 低耗的发酵目标。同时，补料控制也需要考
虑对温度、pH值、溶氧等其他因素的影响 。
04 红霉素发酵过程的优化
pH值控制
通过添加酸或碱调节pH值，保持适宜 的发酵环境。
发酵产物提取
分离纯化
通过离心、过滤等技术将红霉素从发酵液中分离出来。
结晶干燥
将分离得到的红霉素进行结晶和干燥处理，得到高纯度的红霉素产品。
03 红霉素发酵过程的控制策 略
温度控制
总结词
温度是影响红霉素发酵过程的重要因素，通过控制温度可以调节微生物的生长和 代谢。
05 红霉素发酵过程的污染控 制
杂菌污染的控制
要点一
杂菌污染的来源
在红霉素发酵过程中，杂菌污染主要来源于空气、设备、 原料、操作人员和环境等。
要点二
控制措施
为防止杂菌污染，应定期对发酵设备进行清洗和消毒，保 持操作环境的清洁，对原料进行严格的检查和控制，加强 操作人员的卫生管理。
噬菌体污染的控制
在适宜的温度和pH值条件下，有利于红 霉素产生菌的生长和代谢，从而提高产量 。
浅析红霉素发酵的工艺控制
浅析红霉素发酵的工艺控制红霉素是日常生活中最常用的抗生素之一，它作为我公司重要的原料药，为我公司做出了巨大贡献。
文章主要介绍了红霉素发酵过程中几个重要的控制参数和它们对发酵过程的作用及影响。
标签：培养基；温度；PH；溶氧；发酵红霉素是大环内酯类抗生素，由链霉素在无菌状态下纯种发酵所产生。
它的发酵工艺有4个特殊要求：（1）种子质量要求高；（2）发酵过程要求严格的无菌操作；（3）需要不间断的通气搅拌；（4）发酵过程的分阶段控制。
发酵罐内部的代谢变化（含菌丝形态、菌浓、糖、氮含量、PH值、溶氧浓度和产物浓度等）比较复杂，受许多因素控制。
各因素既相互影响，又相互制约。
发酵的好坏会直接影响到产物的产量和质量。
因此，要使发酵达到预期效果，就需要各方面严密配合、严格操作。
文章主要谈谈影响红霉素发酵工艺的几个参数。
1 培养基的成分与作用培养基的原材料有碳源、氮源、无机盐和水等。
（1）碳源。
碳源是构成微生物细胞和代谢产物的物质基础，是红霉素发酵中使用的主要原料之一。
生产中使用的碳源有碳水化合物（各种糖类），脂肪，有机酸等，公司日常生产中使用的主要有葡萄糖和淀粉。
（2）氮源。
氮源是构成微生物细胞和代谢产物的营养物质，也是红霉素发酵中使用的主要原料之一。
生产中常用的氮源包括有机氮源和无机氮源两种，有机氮源有黄豆饼粉、玉米浆、蛋白胨等；无机氮源有氨水、硫酸铵等。
（3）无机盐和微量元素。
金属离子在低浓度时对微生物生理活性呈现刺激作用，在高浓度时表现出抑制作用，这要依据菌种的生理特性和发酵工艺条件来确定。
（4）水。
水是培养基的主要组成部分，它既是构成菌体细胞的主要成分，也是营养物质传递的介质。
水的质量对菌体生长繁殖和产物合成有着很重要的作用。
2 温度的影响及控制红霉素发酵所用的菌种是中温菌，它的最适发酵温度，随菌种、培养基成分、培养条件和菌体生产阶段而改变。
温度的变化对红霉素发酵有两方面的影响：（1）影响各种酶的反应速率和蛋白质的性质；（2）影响发酵液的物理性质。
红霉素的发酵生产工艺[行业特制]
![红霉素的发酵生产工艺[行业特制]](https://img.taocdn.com/s3/m/232ce78ca58da0116c17495c.png)
一类荟萃
16
基于红霉素原有提取工艺的缺点，三达
公司立足自身资源，整合了膜技术、连续 离交技术以及EA（有机溶媒萃取吸收）技 术，开发出了一套全新的红霉素提取新技 术，新工艺采用超滤膜、树脂以及纳滤膜 技术来浓缩和纯化红霉素料液，替代了原 有的板框＋萃取来浓缩料液的工艺，可以 明显的降低红霉素生产成本，再结合新工 艺的后续纯化措施，可有效的提高红霉素 产品的质量，提高产品的竞争力。
14
目前市场上比较常用的是用硫氰酸红霉素其原有工艺如下
发 酵 液
碱 化
加4％ 硫酸锌
板
框
调节
过
PH
滤
溶媒 萃取
溶媒 再生 套用
废水 排放
离心 机分
离
晶体 烘干
过 滤
一类荟萃
加入 NaSCN
溶媒
相
15
主要缺点为：
a.需要大量絮凝剂 红霉素过滤时消耗的絮凝剂主要是硫酸锌，并且硫
酸锌作为重金属，过滤菌渣不容易处理。 b.萃取工艺成本较高 红霉素萃取工艺需要消耗大量的复合溶媒，溶媒需
一类荟萃
17
滤渣 脱水干燥
肥料
发酵液 超滤
连续立交除杂 纳滤浓缩
加碱或NaSCN
透析液
废液排放
三达公司红霉素提取 新工艺
晶体 丙酮溶解 加水再结晶
一类荟萃
结晶过滤烘干
水溶液
EA
工
回收丙酮
序
18
废水处理
滞留 5小时
栅格
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3本课题为陕西省科委重大攻关项目(96K12-G11);陕西省教委重点项目(97J ZK09)。
其它工作人员:张 莉,李宝璋,杨隧东。
收稿日期:1997212229,修回日期:1998207215。
红霉素发酵工艺优化研究3范代娣1 陈 斌1 尚龙安1 沈立新1 孙建敏21(西北大学化工系 西安 710069)2(西安制药厂 西安 710077)摘 要 通过摇瓶正交实验,得出7种营养成分对红霉素生物合成的影响程度,对发酵工艺条件进行了优化研究,找到了红色链霉菌抗噬菌体68#菌种生长的优化组合,得出快速碳源(葡萄糖)与慢速碳源(淀粉)配比为2164时,有利于红霉素的生物合成。
还原糖/氮为20,总糖/氮为80～120时对红霉素发酵极为有利。
借助磷酸三钙、沸石对NH +4的独特吸附和释放作用,将二者按5∶1混合配成吸附和吐纳效果很好的捕集剂,对发酵液中游离无机氮源进行控制,可使抗生素生物合成提高15%～29%。
关键词 红霉素,发酵工艺参数,优化分类号 Q 1939197 文献标识码 A 文章编号 100023061(1999)0120104208红霉素属大环内脂类抗生素,它的抗菌谱和青霉素G 相似,特别对革兰氏阳性细菌、抗酸杆菌、立克次氏体及大病毒有抗菌活性,是治疗耐药性金黄色葡萄球菌感染和溶血性链球菌感染所引起疾病的首选药物,临床上可用于对青霉素过敏的患者。
我国红霉素发酵水平与发达国家相比差距很大,属低水平重复操作,美国亚培公司年生产红霉素能力为2000t ,而我国红霉素年产量仅为200t [1],国外发酵单位已达8000～12000u/mL [2],生产利润极少,但由于红霉素衍生物的不断涌现及人们对红霉素药理作用的重新认识,尤其是在医药行业被誉为“重磅炸弹”的红霉素衍生物,克拉霉素、阿齐霉素的兴起,更加剧了母体红霉素的供需矛盾。
本研究旨在利用具有抗噬特性的68#菌种作为研究对象对其工艺进行优化研究。
不仅具有重要理论价值,而且具有明显的经济效益。
1 材料和方法111 菌种采用西安制药厂68#抗噬菌株。
112 种子培养基培养基组成淀粉315g ,黄豆饼粉117g ,玉米浆019g ,花生饼粉115g ,葡萄糖315g 。
蛋白胨113g ,硫酸铵016g ,磷酸二氢钾0115g ,酵母粉015g ,用自来水定容到100mL 。
15卷1期1999年1月生 物 工 程 学 报Chinese Journal of Biotechnology Vol.15No.1January 1999113 培养条件11311 斜面孢子培养:用无菌操作将孢子悬浮液接于茄子瓶斜面培养基上,置37℃恒温室中培养6～7d 。
11312 一级种子培养:培养基灭菌前p H 调至618,32℃培养,将斜面孢子挖块接种于三角瓶内置于摇瓶机上振荡2d 。
11313 二级种子培养:培养基灭菌前p H 调至618,将培养2d 的一级种子以20%的接种量接种于无菌培养基中,32℃培养3d ,作为发酵培养种子。
11314 发酵培养:将二级种子接种于无菌三角瓶或发酵罐中进行发酵培养,接种量为5%,34～31℃变温培养,摇瓶发酵周期为4d ,发酵罐发酵周期可持续到7d 。
114 发酵过程参数检测11411 还原糖和总糖的测定:取不同时期的培养液,用裴林法[3]测定其中的还原糖和总糖。
11412 氨基氮的测定:采取不同时期的培养液,用甲醛法测定其中的氨基氮含量。
11413 抗菌素测定方法:红霉素效价的测定:红霉素化学效价测定:采用硫酸水解法,即红霉素经硫酸水解后生成黄色物质,该物质于483nm 处有极大吸收值。
可用于定量测定。
采取不同时期发酵液用无水醋酸丁酯在p H915时抽提,再用盐酸(011mol/L )抽提,所得盐酸抽提液加硫酸(8mol/L )水解比色;红霉素的生物测定。
11414 p H 测定:发酵罐发酵过程中p H 测定由探头和Omni 2Culture Fermentor 本身所带二次仪表自动显示,摇瓶培养过程中的p H 测定由p H 测定仪测定。
115 工艺参数优化方法11511 正交实验设计:通过文献和工厂经验,选取发酵配方中7种营养基质进行优化组合,为了避免种子批号、种龄,接种量和操作等偶然因素的干扰及减少实验次数,缩短实验时间,在文献[4]基础上选择L18(2×37)混合水平正交表。
选用尚文耐特准则[5]对实验进行数据处理。
11512 碳氮比优化:碳氮的合适配比,是菌体生长和良好代谢的至关重要的因素,合适的总糖与总氮源之比及还原糖与氮源之比是进行工艺优化的必要措施,通过改变不同配比考察其发酵水平,从而选取其优化配比。
11513 捕集剂添加水平对红霉素发酵的影响:由于配方起始阶段的氮源盐强烈抑制[6～9]红霉素的生物合成。
将对N H +4具有独特吸附和释放作用的磷钙和沸石按5∶1配成捕集剂与基础料一块加入,对其添加水平进行考察。
2 结果与讨论211 摇瓶实验21111 正交实验结果:实验结果见图1。
实验数据经处理后可以清楚地看出,在这7种营养成分中,对红霉素效价影响的程度:玉米浆>葡萄糖>黄豆饼粉>碳酸钙>淀粉>硫酸铵>磷酸二氢钾21112 快速碳源和慢速碳源对红霉素发酵的影响:葡萄糖可以产生碳分解代谢物阻遇效应,是红霉素生物合成的劣质碳源。
但发酵初期较高浓度葡萄糖有利于菌丝体(孢子)5011期范代娣等:红霉素发酵工艺优化研究图1 各因素水平极差图Fig.1 The effect of different substrate onthe production of erythrus 2mycinn =200r/min ,t =96h萌发、生长和大量繁殖。
在同样的发酵周期内,缩短了营养期(即红霉素链霉菌生长期)。
因此葡萄糖和淀粉二者的配比是优化68#菌种工艺,提高红霉素发酵效价的一个重要措施。
实验结果见图2a 、2b 。
从图2可以看出,快速碳源葡萄糖对慢速碳源淀粉的比值增加,红霉素效价经历了一个由低到高,再由高而低的过程,对该图线回归拟合,得:令d y /d x =0 解得x =2.64当快速碳源和慢速碳源之比为2164时,对红霉素的生物合成最为有图2b 葡萄糖和淀粉对红霉素效价的影响Fig.2b The effect of the sugar conc.andthe starch conc.on the productionof erythrus 2mycinn =200r/min ,t =96h利。
y =-1095.62+2135x -102.31x 3(1.5≤x ≤3.0)则d ydx=2135-102.31×3x 2图2a 快速碳源和慢速碳源之比对红霉素效价的影响Fig.2a The effect of the ration of the sugar conc.to the starch conc.on the productionof erythrus 2mycin21113 碳氮比对红霉素效价的影响:图3是还原糖与氮源之比,总糖与氮源之比取值的优化结果是80～120之间。
图3示出,还原糖/氮维持在20时对红霉素产生极有利。
21114 无机氮源的影响:根据文献[5～8]报道,配方起始阶段过量的快速氮源或硝酸盐强烈地抑制红霉素的生物合成。
培养基中残留无机氮源水平是红霉素生物合成的一个关键调节因素。
从红霉素生物合成角度讲,无机氮源水平低些好,但是从菌丝体生长来看,过低的无机氮源不利于菌丝体的生长,因此,我们借助吸附缓释原理,把无机氮储藏在一个“库”中缓慢地释放。
培养基中无机氮源浓度高时将其纳入“库”中,菌丝体生长需要时又可自如地吐出来。
实验结果见表1。
601生 物 工 程 学 报15卷图3 不同碳氮比对红霉素发酵水平的影响Fig.3 The effect of C/N on the productionof erythrus 2mycinn =200r/min ,t =96h表1 捕集剂对红霉素发酵的影响T able 1 The effect of the absorptionagent conc.on the productThe conc.ofthe absorption agent/%The conc.of the product/(u/mL )123Mean value /(u/mL )0.0021712088—21300.02—2404247924420.0529112487—26990.102462—26622462 3Note :n =200r/min ,t =96h图4 未加捕集剂前罐发酵p H 变化情况Fig.4 The variation of p H value during theprocess of the old technical ferment图5 罐发酵过程中溶氧变化情况Fig.5 The variation of DO during the process ofnew researched technical ferment表1示出:捕集剂添加浓度过小,对N H +4作用不大,添加浓度过大,N H +过多吸附,由于吸附和脱附过程均与N H +4所处微观环境有关,捕集剂的添加水平直接影响发酵液酸碱水平,因此必有一最佳值。
由表可以看出,添加少量捕集剂,可使抗生素生物合成增长15%～24%以上。
212 发酵罐实验21211 添加捕集剂后p H 变化情况:大生产实验与小试实验均表明,添加捕集剂后整个发酵过程中p H 值变化比较平稳,p H 变化在614～710之间,这对于抗生素生物合成极为有利,这也可能是捕集剂提高发酵水平的一个重要原因。
21212 发酵过程中溶氧变化:本研究探索的优化工艺配方及其组合能较好地控制发酵过程中溶氧浓度,在进入分泌期后溶氧一直在30%左右,从而有效提高了红霉素发酵单位。
这一方面是由于发酵液粘度趋于不变,菌体处于稳定生长期,菌体呼吸趋于恒定,因此在定量不变供气条件下,溶氧水平不变,并且优化工艺能使DO 水平保持在溶氧限制水平以上。
7011期范代娣等:红霉素发酵工艺优化研究生 物 工 程 学 报15卷8013 结 论对抗噬68#菌种的红霉素生物合成所需工艺条件进行研究,得出较为优化的工艺条件,提高了红霉素发酵水平,对照实验可高出工厂水平10%～25%。
对无机氮源、碳氮比、快速氮源与慢速氮源的优化组合进行研究,得出快速碳源与慢速碳源之比为2164时最有利于68#抗噬菌种的生物合成,其水平较对照水平提高13%。
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