_ 研发聚焦 中国科技成果\20o7年\第13期\编辑\章廉\E--mail:zhl@rata. g.cn
摘 要:对红霉素发酵工艺进行了优化研究。在选用廉
价的A粉和B粉代替原发酵培养基中的淀粉及部分葡萄糖和
豆饼粉,确定了最佳发酵培养基配方的基础上,考察 了发酵
温度、pH、接种量、种龄和溶解氧等因素对红霉素发酵的影
响,确定了最佳发酵工艺。经10吨发酵罐连续6批验证,平
均发酵单位提高1 5.9%,产品质量全部合格,原材料消耗成
本可降低 26%,具有较高的经济效益和社会效益。
关键词 :红霉素;发酵工艺;优化
红霉素 (ErythromTcin)是大环内酯类抗生素,抗菌谱
与青霉素G相似,临床上常用于对青霉素过敏的患者。近年
来由于红霉素及其衍生物的广泛使用,导致红霉素的需求量
大幅增加。我国虽然从上世纪 60年代开始红霉素工业化生
产,但发酵水平不高,与发达国家相比差距较大,生产利润
很低。为了降低生产成本,我们选用廉价的A粉和B粉作为
培养基的碳源、氮源,代替原工艺中的淀粉及部分葡萄糖和
豆饼粉,收到良好的效果【1】。
本研究在选用廉价的A粉和B粉代替原发酵培养基中的
淀粉及部分葡萄糖和豆饼粉,确定了最佳发酵培养基配方的
基础上,在摇瓶和3L自动发酵罐上考察了发酵温度、pH 接
种量、种龄和溶解氧等因素对红霉素发酵水平的影响,确定
了最佳发酵工艺,经10吨发酵罐连续试生产 6批验证,平均
发酵水平提高1 5.9%,产品质量全部合格,原材料消耗成本
可降低20%以上,具有较高的经济效益和社会效益。
1材料与方法
1.1菌种
红霉素链霉菌P-0437(StreptomToes erythreus),本
实验室选育菌株。
1.2培养基 (%)
种子培养基 淀粉3.5、葡萄瞎3.0、豆饼粉3.0、 H4)29 .5、
CaCO3 1.0、KH2PO40.05、MgSO4·7H2O0.025。
发酵培养基 A粉 3.0、B粉 4.5、豆饼粉 1.5、葡萄糖
1.2、(NH4)2sO40.15、CaCO30.6、豆油等。
1.3实验方法
1.3.1摇瓶培养
种子培养 冷冻管取红霉紊菌种接种于母斜面,35"C培
养7d,转种于子斜面,35"C继续培养7d后接种于一级种子瓶,
33"C、22Or/rein培养48~56h,转入二级种子瓶,33℃、220r/
rain继续培养26-30h。
发酵培养 将上培养好的二级种子接种于发酵瓶,29℃~
31℃、220r/rain培养160h。摇瓶装液量为50m1/250m1,每
组结果均为 5只摇瓶的平均效价。
1.3.2 3L发酵罐培养
种子培养 同上的种子培养。
发酵培养 将上培养好的二级种子接种于 3L自动发酵
罐,控制发酵温度、pH、接种量、搅拌速度和溶解氧等条件,
1本研究得到河南省2005年科技攻关
项目 (项目名称:红霉素发酵工艺优化研究及工业化生产应用,项目煽号
0524270055)资助。
2张金国,男,52岁,教授,研究方向:生物技术、微生物发酵制药。
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培养 160h。
1.4
测定方法
(1)发酵液效价测定12];
(2)pH测定:用pH电极在线测定 ;
(3)溶解氧测定:用溶氧电极在线测定 ;
(4)菌丝浓度:用体积法,取发酵液10rrd
于离心沉淀管中,在30(X)r/min下离心 10min,
计算菌丝体百分比 (、r/ )。
(5)红霉素成品检验13]。
2 结果与讨论
2.1发酵条件优化
作为考察因素,分别将发酵基础条件改变
其中一种
,其它条件不变。通过定时取样
分析,检测该条件下发酵液中菌丝浓度、红霉
素效价等参数。
2.1.1温度对红霉素发酵的影响
研发聚焦
\中国科技成果\2007年\第l13期
期缩短,发酵后期效价甚至下降。29"C对红霉素发酵最有利。
2.1.2 pH对红霉素发酵的影响
由不同的初始pH (6.6、6.9、7.2)对红霉素发酵的影
响试验结果见图2。
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发酵时阚 - aI) 发群时阚 Th-∞
—._.I揣 + I默 Ie'‘ .--.4,-I私 + I,’‘ 18%
圈 3 接种量对红霉素发酵的影响
在3升发酵罐中研究了温度 (27"C、29"C、31℃)对红
霉素发酵的影响,结果见图 1。
结果
明,三种不同的初始pH对菌体生长影响不大,
而对红霉素合成的影响较大,pH7.2时效价最低,pH6.9
时最好。
2.1.3 接种量对红霉素发酵的影响
接种量 (12% 、15% 、18%)对红
发群_t闻 西_Q1) 发群_t闻 奄一 Q1)
-◆. ℃ —·一 ℃ —’-3I℃ -◆. ℃ —·一 ℃ ‘—一 3I℃
圈1 温度对红霉素发酵的影响
从图1可知随着温度的升高,菌体生长速度加快,菌丝
浓度增加迅速,但温度过高菌体衰老自溶也快,红霉素分泌
40 5. 蕾 113 I,5 I∞
霉素发酵的影响试验结果见图3。
从图3可见随着接种量增大,菌丝浓
度明显增加,18%接种量碳源和氮源的消
耗过快,菌体老化自溶也快,红霉素效价
前期增加较多,后期增加较缓;12%接种
量使菌种迟滞期延长,也影响了红霉素效
价;15%接种量在前期、中期效价虽然比
18%接种量低,但在1 12h后增长幅度加
快,发酵结束时效价最高,说明 15%接种
量最佳。
2.1.4 种龄对红霉素发酵的影响
种龄 (28h、32h、36h)对红霉素发酵的影响试验结果
见下页图4。
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●一 ‘五 —-一 ‘, 7.2 ●一 ‘‘ —-一 ‘, 7.2
圈2 pH对红霉素发酵的影响
从图4可见随着种龄增大,前期菌丝
浓度增加明显 ,效价也增加较多,但到
后期菌体老化 自溶也快 ,红霉素效价不
再增加;而 28h菌龄的种子虽然对发酵
过程中菌丝浓度影响不大,但红霉素效
价明显高于后二者,表明最佳种龄为
28h。
2.1.5溶解氧对红霉素发酵的影响
在3L发酵罐中,在通气量1:1vvm、
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38 研发聚焦 中国科技成果\2oo?年\第13期\
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图4 种龄对红霉素发酵的影响
图5a溶解氧变化曲线
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图5b溶解氧对红霉素发酵的影响
搅拌220/min、培养温度29℃条件下,红霉素发酵过程中溶
氧 (DO)变化见图5a。
从图5a可见,在红霉素发酵过程中,当培养至40~60h
时,发酵液中的溶氧量 (DO)达到最低值,表明在40~60h
时间段中菌体大量繁殖,耗氧量大幅增加。通过改变通气量、
调节搅拌转速控制该段时间的溶氧水平进行红霉素发酵,以
研究溶氧对红霉素发酵的影响,结果见图5b。从图5b可知,
当溶氧低于25%时,对红霉素生物合成有明显地抑制作用,
溶氧越低,发酵效价也就越低;当溶氧高于25%时,对红霉
素生物合成基本没有影响,表明只需将溶氧控制在 25%以
表 1 10t发酵罐试验结果
上,即可满足对红霉素生物合成的需要。
2.2 10吨发酵罐试验
控制发酵培养基初始pH6.9、接种量15%,控制发酵前
期温度31℃~32℃、40h后29℃,控制搅拌180~240r/min、
通气量1:0.8~1.5v/v/rain,使发酵过程中溶氧保持在25%
以上,并于培养 36h后开始补加A粉和 B粉,在 10吨发酵
罐上连续试生产 6批 ,结果见表 1。
发酵罐批量试验结果表明,采用A粉和B
粉替代或部分替代原工艺中的淀粉及部分葡萄
糖和豆饼粉,用于红霉素发酵是可行的,通过
工艺优化,平均发酵单位达 6819.3u/m1,比
同期生产平均水平5882u/皿提高了1 5.9%,产
品质量全部合格,原材料消耗成本可降低
26%,具有较高的经济效益和社会效益。
在试验过程中,菌丝形态和主要生化指标
与原工艺相比均无明显差异,仅观察到使用A
粉和B粉的罐批,在发酵前期产生的泡沫较多,
适当控制搅拌和通气量可解决;在发酵后期很
少出现稀化,放罐时发酵液粘度明显增大,对
发酵单位提高、稳定和对发酵液的预处理非常
有利,其原因有待于进一步探讨。-_
参考文献
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