青霉素工藝控制
錄入時(shí)間:2013-9-24 11:06:32
來(lái)源：海博生物
（1）影響發(fā)酵產(chǎn)率的因素
基質(zhì)濃度 在分批發(fā)酵中，常常因為前期基質(zhì)量濃度過(guò)高，對生物合成酶系產(chǎn)生阻遏（或抑制）或對菌絲生長(cháng)產(chǎn)生抑制（如葡萄糖和錢(qián)的阻遏或抑制 , 苯乙酸的生長(cháng)抑制）, 而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長(cháng)和產(chǎn)物合成 , 為了避免這一現象 , 在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操作法 , 即對容易產(chǎn)生阻遏、抑制和限制作用的基質(zhì)進(jìn)行緩慢流加以維持一定的最適濃度。這里必須特別注意的是葡萄糖的流加 , 因為即使是超出最適濃度范圍較小的波動(dòng) , 都將引起嚴重的阻遏或限制 , 使生物合成速度減慢或停止。目前 , 糖濃度的檢測尚難在線(xiàn)進(jìn) 行 , 故葡萄糖的流加不是依據糖濃度控制 , 而是間接根據pH 值、溶氧或 C02 釋放率予以調節。
（2）溫度 青霉素發(fā)酵的最適溫度隨所用菌株的不同可能稍有差別 , 但一般認為應在25 °C 左右。溫度過(guò)高將明顯降低發(fā)酵產(chǎn)率 , 同時(shí)增加葡萄糖的維持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的轉化率。對菌絲生長(cháng)和青霉素合成來(lái)說(shuō) , 最適溫度不是一樣的, 一般前者略高于后者, 故有的發(fā)酵過(guò)程在菌絲生長(cháng)階段采用較高的溫度，以縮短生長(cháng)時(shí)間, 到達生產(chǎn)階段后便適當降低溫度 , 以利于青霉素的合成。
（3） pH 值 青霉素發(fā)酵的最適 pH 值一般認為在 6. 5 左右 , 有時(shí)也可以略高或略低一些 , 但應盡量避免 pH 值超過(guò)7.0, 因為青霉素在堿性條件下不穩定, 容易加速其水解。在緩沖能力較弱的培養基中, pH 值的變化是葡萄糖流加速度高低的反映。過(guò)高的流加速率造成酸性中間產(chǎn)物的積累使 pH 值降低； 過(guò)低的加糖速率不足以中和蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)生的氨或其他生理堿性物質(zhì)代謝產(chǎn)生的堿性化合物而引起 pH 值上升。#z!w;X#B(X
（4）溶氧 對于好氧的青霉素發(fā)酵來(lái)說(shuō) , 溶氧濃度是影響發(fā)酵過(guò)程的一個(gè)重要因素。當溶氧濃度降到 30% 飽和度以下時(shí), 青霉素產(chǎn)率急劇下降, 低于 10% 飽和度時(shí), 則造成不可逆的損害。溶氧濃度過(guò)高 , 說(shuō)明菌絲生長(cháng)不良或加糖率過(guò)低, 造成呼吸強度下降, 同樣影響生產(chǎn)能力的發(fā)揮。溶氧濃度是氧傳遞和氧消耗的一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn), 而氧消耗與碳能源消耗成正比, 故溶氧濃度也可作為葡萄糖流加控制的一個(gè)參考指標。
（5）菌絲濃度 發(fā)酵過(guò)程中必須控制菌絲濃度不超過(guò)臨界菌體濃度, 從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上達到平衡。青霉素發(fā)酵的臨界菌體濃度隨菌株的呼吸強度 (取決于維持因數的大小, 維持因數越大,呼吸強度越高) 、發(fā)酵通氣與攪拌能力及發(fā)酵的流變學(xué)性質(zhì)而異。呼吸強度低的菌株降低發(fā)酵中氧的消耗速率，而通氣與攪拌能力強的發(fā)酵罐及黏低的發(fā)酵液使發(fā)酵中的傳氧速率上升, 從而提高臨界菌體濃度。!R9L;Q-y9|
（6）菌絲生長(cháng)速度 用恒化器進(jìn)行的發(fā)酵試驗證明，在葡萄糖限制生長(cháng)的條件下，青霉素比生產(chǎn)速率與產(chǎn)生菌菌絲的比生長(cháng)速率之間呈一定關(guān)系。當比生長(cháng)速率低于0.015h-1時(shí)，比生產(chǎn)速率與比生長(cháng)速率成正比, 當比生長(cháng)速率高于 O. 015h-1時(shí), 比生產(chǎn)速率與比生長(cháng)速率無(wú)關(guān) D 因此, 要在發(fā)酵過(guò)程中達到并維持最大比生產(chǎn)速率, 必須使比生長(cháng)速率不低0.015h-1 。這一比生長(cháng)速率稱(chēng)為 臨界比生長(cháng)速率。對于分批補料發(fā)酵的生產(chǎn)階段來(lái)說(shuō), 維持0.015h斗的臨界比生長(cháng)速率意味著(zhù)每 46h 就要使菌絲濃度或發(fā)酵液體積加倍, 這在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中是很難實(shí)現的。事實(shí)上 , 青霉素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)階段控制的比生長(cháng)速率要比這一理論臨界值低得多, 卻仍然能達到很高的比生產(chǎn)速率。這是由于工業(yè)上采用的補料分批發(fā)酵過(guò)程不斷有部分菌絲自溶, 抵消了一部分生長(cháng), 故雖然表觀(guān)比生長(cháng)速率低, 但真比生長(cháng)速率卻要高一些。植提之家,植提空間,中國植提論壇,植提論壇,植提網(wǎng),O%M5v(t7s3A#m.v5`'I
（7）菌絲形態(tài) 在長(cháng)期的菌株改良中 , 青霉素產(chǎn)生菌在沉沒(méi)培養中分化為主要呈絲狀生長(cháng)和結球生長(cháng)兩種形態(tài)。前者由于所有菌絲體都能充分和發(fā)酵液中的基質(zhì)及氧接觸, 故一般比生產(chǎn)速率較高； 后者則由于發(fā)酵液黏度顯著(zhù)降低, 使氣-液兩相間氧的傳遞速率大大提高, 從而允許更多的菌絲生長(cháng) (即臨界菌體濃度較高), 發(fā)酵罐體積產(chǎn)率甚至高于前者。
在絲狀菌發(fā)酵中, 控制菌絲形態(tài)使其保持適當的分支和長(cháng)度, 并避免結球 , 是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀菌發(fā)酵中, 使菌絲球保持適當大小和松緊 , 并盡量減少游離菌絲的含量, 也是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。這種形態(tài)的控制與糖和氮源的流加狀況及速率、攪拌的剪切強度及比生長(cháng)速率密切相關(guān)。
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