青霉素生产工艺过程

青霉素生产工艺过程

09生物工程（2）班张蒙蒙

摘要

固态发酵法是中国白酒生产特点之一，是采用比较低的温度，让糖化作

用和发酵作用同时进行，即采用边糖化边发酵工艺。淀粉酿酒必须经过糖化

与发酵过程。一般糖化酶作用的最适温度在50--60℃。温度过高，酶被破坏

的量就会愈大，当采用20-30℃低温时，糖化酶作用缓慢，故糖化时间要长

一些，但酶的破坏也能减弱。因此，采用较低的糖化温度，只要保证一定的

糖化时间，仍可达到糖化目的。酒精发酵的最适温度为28-30℃，在固态发

酵法生产白酒时，虽然入窖开始糖化温度比较低(18-22℃），糖化进行缓慢，

但这样便于控制。因开始发酵缓馒些，则窖内升温慢，酵母不易衰老，发酵

度会高。而开始糖化温度高，则糖分过多积累，温度又高，杂菌容易繁殖。

在边糖化边发酵过程中，被酵母利用发酵的糖，是在整个发酵过程中逐步产

生和供给的，酵母不致过早地处于浓厚的代谢产物环境中，故较为健壮。

关键词：固态发酵；接种；糖化；发酵；工艺

一、工艺流程

1.1丝状菌三级发酵工艺流程

冷冻管（25℃，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25℃，孢子培养，7天）——大米孢子（26℃，种子培养56h，1:1.5vvm）——一级种子培养液（27℃，种子培养，24h，1:1.5vvm）——二级种子培养液（27~26℃，发酵，7天，1:0.95vvm）——发酵液。

1.2球状菌二级发酵工艺流程

冷冻管（25℃，孢子培养，6~8天）——亲米（25℃，孢子培养，8~10天）——生产米（28℃，孢子培养，56~60h，1:1.5vvm）——种子培养液（26~25-24℃，发酵，7天，1：0.8vvm）——发酵液。

二、工艺控制

2.1影响发酵产率的因素

基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系

产生阻遏（或抑制）或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或抑制，苯乙酸的生长抑制），而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成，为了避免这一现象，在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法，即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加以维持一定的最适浓度。这里必须特别注意的是葡萄糖的流加，因为即使是超出最适浓度范围较小的波动，都将引起严重的阻遏或限制，使生物合成速度减慢或停止。目前，糖浓度的检测尚难在线进行，故葡萄糖的流加不是依据糖浓度控制，而是间接根据pH值、溶氧或C02释放率予以调节。

2.2温度

青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别，但一般认为应在25℃左右。温度过高将明显降低发酵产率，同时增加葡萄糖的维持消耗，降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说，最适温度不是一样的，一般前者略高于后者，故有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间，到达生产阶段后便适当降低温度，以利于青霉素的合成。

2.3 pH值

青霉素发酵的最适pH值一般认为在6.5左右，有时也可以略高或略低一些，但应尽量避免pH值超过7.0，因为青霉素在碱性条件下不稳定，容易加速其水解。在缓冲能力较弱的培养基中，pH值的变化是葡萄糖流加速度高低的反映。过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使pH值降低；过低的加糖速率不足以中和蛋白质代谢产生的氨或其他生理碱性物质代谢产生的碱性化合物而引起pH 值上升。

2.4溶氧

对于好氧的青霉素发酵来说，溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时，青霉素产率急剧下降，低于10%饱和度时，则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高，说明菌丝生长不良或加糖率过低，造成呼吸强度下降，同样影响生产能力的发挥。溶氧浓度是氧传递和氧消耗的一个动态平衡点，而氧消耗与碳能源消耗成正比，故溶氧浓度也可作为葡萄糖流加控制的一个参考指标。

2.5菌丝浓度

发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度，从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度

(取决于维持因数的大小，维持因数越大，呼吸强度越高)，发酵通气与搅拌能力及发酵的流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的发酵罐及黏度低的发酵液使发酵中的传氧速率上升，从而提高临界菌体浓度。

2.6菌丝生长速度

用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时，比生产速率与比生长速率成正比，当比生长速率高于O.015h-1时，比生产速率与比生长速率无关。因此，要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率，必须使比生长速率不低0.015h-1。这一比生长速率称为临界比生长速率。对于分批补料发酵的生产阶段来说，维持0.015h-1的临界比生长速率意味着每46h就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍，这在实际工业生产中是很难实现的。事实上，青霉素工业发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得多，却仍然能达到很高的比生产速率。这是由于工业上采用的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶，抵消了一部分生长，故虽然表观比生长速率低，但真比生长速率却要高一些。

2.7菌丝形态

在长期的菌株改良中，青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触，故一般比生产速率较高；后者则由于发酵液黏度显著降低，使气-液两相间氧的传递速率大大提高，从而允许更多的菌丝生长(即临界菌体浓度较高)，发酵罐体积产率甚至高于前者。

在丝状菌发酵中，控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度，并避免结球，是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中，使菌丝球保持适当大小和松紧，并尽量减少游离菌丝的含量，也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的剪切强度及比生长速率密切相关。

三、工艺控制要点

3.1种子质量控制

种子质量的控制丝状菌的生产种子是由保藏在低温的冷冻安瓿管经甘油、葡萄糖、蛋白胨斜面移植到小米固体上，25℃培养7天，真空干燥并以这种形式保