工業生產螺旋霉素發酵染菌罐批處理工藝

劉繼方,徐 虹,李明麗

(1.西北農林科技大學,陜西 楊陵 712100; 2.天方藥業有限公司,河南 駐馬店 463000)

Perlnan[2]總結經驗時指出："在大多數工業發酵中，微生物污染是主要關心的難題，采用許多工程技術于培養基和設備滅菌。發酵染菌機會少于2%，這一指標是一項費時費錢的發展項目……。"我國的經驗也是如此。童村和濃義[3]在青霉素工業生產中，經過5～6年的努力，才把青霉素工業發酵的染菌率降低至2%以下。為了保證發酵生產正常進行，應盡可能避免雜菌污染。發酵罐的染菌不僅降低發酵的總體生產水平，也會增加發酵生產成本，同時還會對環境造成污染。

染菌是影響和制約發酵法生產抗生素的關鍵因素之一，生物發酵染菌的控制在工程與方法[4]上較為成熟，但對于處理補救不同品種之間、同品種不同染菌時間的染菌罐批的方法差異較大，如處理不合適則會影響到發酵液組分，進而造成更大的原材料、能源等浪費。對于螺旋霉素發酵染菌罐批的補救工藝，本作者總結了本單位2500m3發酵噸位規模的長期生產實踐經驗，就螺旋霉素發酵前期染菌，從營養料液的成分、補加量等方面探索，總結出符合螺旋霉素發酵染菌罐批的補救處理工藝，使得染菌罐批放罐效價不低于生產平均水平、發酵液組分滿足企業內控標準。

1 材料與方法

1.1 菌種

螺旋霉素鏈霉菌菌株生二素灰色鏈霉菌，由天方藥業有限公司菌種中心提供。

1.2 設備、培養基及培養方法

150m3發酵罐，各級種子培養基、發酵培養基及培養條件。天方藥業有限公司螺旋霉素生產車間生產狀態。

1.3 檢測方法

效價的測定采用紫外分光光度法；

總糖含量測定采用菲林法；

氨基氮測定采用甲醛滴定法；

菌體濃度采用離心法；

pH值的測量采用在線檢測。

1.4 試驗方法

選用發酵車間正常生產過程前期染菌(10～30h染菌)罐批進行實驗，在實驗前檢測總糖、氨基氮、pH值在內控指標范圍內。確定實驗罐體積后將部分染菌料液與正常培養基按不同比例混合，調整料液pH值，然后企業標準操作規程進行滅菌、接種、培養。

2 結果與討論

2.1 最佳返消體積比

發酵罐染菌后由于雜菌的生長、代謝，利用消耗部分培養基營養并產生酸性或堿性物質等影響培養基營養物質的比例構成及酸堿平衡。染菌罐(前期染菌，下同)直接返消的往往會菌種生長、代謝異常、效價低、雜質多。從圖1、圖2可以看出：返消料占發酵罐培養基體積比越低，菌絲生長代謝、效價、總組分越接近正常罐批，隨著體積比增大到60%時效價明顯降低，此時發酵過程pH回升、氨基氮消耗異常，返消料體積比50%為染菌罐批料液處理的臨界點。

圖1 返消料體積比實驗結果

圖2 體積比臨界pH變化趨勢圖

2.2 返消pH值

圖3 構建KH2PO4、CaCO3

培養基的pH值不僅影響螺旋霉素產生菌生長，也影響著螺旋霉素代謝合成[5]。染菌后培養基成分變化復雜，pH緩沖體系被破壞，造成發酵過程pH較正產罐批難控制。為了維持培養基pH的相對恒定，通常要進行pH的調節，pH的調節包括pH的內源調節和pH的外源調節。外源調節是在培養過程中可以通過調整補料來調節發酵液pH值[6]，內源調節返消時構建KH2PO4、CaCO3緩沖體系，從圖3可以看出：構建KH2PO4、CaCO3pH緩沖體系夠穩定控制發酵過程pH，通過補料進行外源調節控制難度大，pH波動明顯；從圖4可以看出：通過補料進行外源調節pH補料量大，成本較高，在大規模生產中意義不大。

圖4 調節pH補料量的變化趨

3 結論

(1)發酵液染菌是抗生素發酵生產的一大難題，是無法回避的困難，對于發酵罐前期染菌可以通過返消處理染菌的培養基，返消料與發酵罐培養基體積比越大染菌料液利用率越大，但對效價影響越明顯，到60%為臨界點，在生產中取50%體積比最大程度處理利用染菌罐批，且發酵過程pH控制穩定，效價影響較少。

(2)返消時構建KH2PO4、CaCO3pH緩沖體系較通過補料調節發酵過程pH值更穩定，發酵過程補料量節約20m3/批。