四环素的发酵参数及生产工艺研究

科研训练论文(文献综述)

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题目：四环素的发酵参数及生产工艺研究学生姓名：

学号：

学院：化工学院

班级：班

2016 年 1月

四环素的发酵参数及工艺研究

姓名：指导教师：

内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特，010051

摘要：四环素(Tetracycline),是一种对抗立克次体、多种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌等病原体的“广谱”抗生素，另外，四环素也是一种重要的饲料添加剤，拥有广阔的市场前。四环素的工业生产通常采用发酵法，该方法以金色链霉菌为发酵菌株，从而生产合成四环素。随着工业的快速发展传统方法合成四环素已经不足以满足工业化生产，而本文通过控制发酵中的发酵参数，从而让其发酵过程朝着产率高的方向进行。同时也提供了向培养基中加溴化钠水溶液和四环素通氨补料方法的发酵工艺。

关键词：四环素；金色链霉菌；发酵参数；发酵工艺

引言

在发酵工艺过程中搅拌速度、通气量、发酵液的粘度、温度、发酵液pH、发酵罐的压力、搅拌速度等因素，都会不同程度的影响四环素的产率，因此在生产工艺过程中对发酵参数的控制，将会朝着产率高的方向进行。不同的发酵工艺方法也会有不同的产率，好的发酵方法不仅生产工艺途径短，还能经济实惠。一、发酵参数

利用发酵法生产合成四环素主要控制参数一般分为物理参数、化学参数、生物参数三类。

（一）物理参数

1、温度：微生物发酵所用的菌体绝大多数是中温菌，如霉菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40℃。在发酵过程中，需要维持适当的温度，才能使菌体生长和代谢产物的合成顺利进行.如四环素生产菌在30℃时合成金霉素，35℃时，只产生四环素，合成方向会改变,利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通入发酵罐的夹层或蛇行管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵[1]。

2、压力：发酵罐压一般为 0.02-0.05Mpa[2]

3、搅拌转速:随着发酵过程的进行，发酵液中菌株浓度不断増大，发酵液粘度也

随之不断上升，从而导致传质系数KLa下降，进而导致溶氧量下降，而溶氧量的过度降低会对菌株的生长代谢产生不利影响。为避免上述情況，向发酵培养基中添加溴化钠水溶液，配合一定的搅拌速度，能够减少由于菌株浓度增大产生的泡沫和滞留液膜，降低发酵培养基的粘度，从而提高其流变特性、KLa和溶氧水平，进而有利于菌株的发酵。搅拌转速200-900r/Min为宜[3]。

4、通气量：加大通气流量不仅会増加发酵液的蒸发损失，还会带走一些挥发性的代谢中产物，从而导致能耗增加、产率降低。适宜的通气量尤为重要，本发明的工艺参数通气比为1:0.52[5]。

5、浊度：反映单细胞生长状况的参数。如大肠杆菌，用光密度650nm上检测或计数板计数。

6、料液流量（L/min）:这是控制流体进料的参数。

（二）化学参数

1、PH ：四环素为两性化合物，等电点为PH5.4,此时以游离形式存在，PH4-7.2范围内难溶于水，低于pH4的酸或高于PH8的碱性溶液中，溶解度很高。首先考虑和试验发酵培养基的基础配方，使它们有个适当的配比，使发酵过程中的pH 值变化在合适的范围内,而四环素合成适宜PH为5.8-6.0[2]。

2、溶解氧浓度

随着发酵过程的进行，发酵液中菌株浓度不断増大，导致溶氧量下降，而溶氧量的过度降低会对菌株的生长代谢产生不利影响，而向发酵液加入溴化钠水溶液，提高培养基的流变特性和溶氧水平[10]。

3、溶解CO2浓度

浓度为2%-8%，浓度超过15%将抑制菌体生长[2]。

四环素生物合成的适宜CO

2

（三）生物参数

1、菌丝形态：观察菌丝形态是生产中最常用的方法。每隔8小时镜检，能及时发现异常染菌。四环素生产，生产菌生长分为I.孢子发芽，II.次生菌丝增殖，III.产物分泌，出现空胞，IV.菌丝自溶，菌丝形态模糊[4]。

2、菌体浓度：对初级产品来说，菌浓愈大，产量愈高，但菌浓符合生长曲线。次级产品如菌浓过大，由于代谢产物的积累，会影响产量。因其产品与原料并非对应（或底物抑制，分介产物抑制等）[7]。

二、四环素的发酵工艺研究

四环素的工业生产通常采用发酵法，该方法以金色链霉菌为发酵菌株。发酵过程中，发酵液的溶氧量对金色链霉菌菌株的生长代谢有很大的影响。而该溶氧量与发酵液的传质系数(KLa)成正比[9]。影响KLa的主要因素包括搅拌速度、通气量、发酵液的粘度、发酵液的表面张力、发酵液的离子强度等。随着发酵过程的进行，发酵液中菌株浓度不断増大，发酵液粘度也随之不断上升，从而导致KLa下降，进而导致溶氧量下降，而溶氧量的过度降低会对菌株的生长代谢产生不利影响[5]。目前大多采用以下方法提高发酵液的KLa ；1)加大搅拌速度；2)加大通气流量；3)添加水分。上述方法虽然在一定程度上缓解了KLa的下降趋势，然而这些方法存在诸多不尽如人意的地方，例如加大搅拌速度会对菌株造成不同程度的损伤，这是因为金色链霉菌对剪切力十分敏感；而加大通气流量不仅会増加发酵液的蒸发损失，还会带走一些挥发性的代谢中产物，从而导致能耗增加、产率降低；添加水分虽然能降低发酵液的粘度，但会导致发酵液的滲透压迅速降低，从而干扰菌株正常的生长代谢。

（一）向发酵培养基加入溴化钠水溶液法

在发酵过程中，向发酵培养基中添加溴化钠水溶液。采用这一方法，通过向发酵培养基中添加溴化钠水溶液，一方面，能够减少由于菌株浓度增大产生的泡沫和滞留液膜，降低发酵培养基的粘度，从而提高其流变特性、KLa和溶氧水平，进而有利于菌株的发酵；另一方面，添加溴化钠水溶液，还能增加发酵培养基中的电解质浓度，进ー步降低泡沫的产生，同时能够使发酵培养基维持适宜菌株生长的滲透压。

1、生产菌种

本课题采用四环素生产菌，即金色链霉菌，通过在培养基加入抑氯剂和氯的竞争剂时，能合成高产量的四环素。其在固体培养基上分泌金黄色色素，气生菌丝无色素。孢子在气生菌丝上排列成链状、圆形或椭圆形。初期是白色，后期变灰黑色，发酵中用亚甲蓝染色，看菌丝状态[6]。变化特征为

第一期：原生菌丝期，孢子发酵，成菌丝团

第二期：次生菌丝期，菌丝团散开，生成大量次生菌丝

第三期：产物分泌期，菌丝变短，出现空胞