变温培养工艺在林可霉素发酵上的应用

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安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2003 Dec ;7(6)
变温培养工艺在林可霉素发酵上的应用
冉晓慧 颜景斌
(安徽省皖北药业股份有限公司 , 宿州 234000)
摘要 研究在林可霉素发酵的不同阶段采用不同的培养温度 对生产菌菌 丝形态和发酵 单位的影 响 , 改进了 林可霉 素发酵 的传统恒温培养工艺 。 培养起初 60 h 维持在 31 ℃, 随后降到 30 ℃培养 70 h, 再回升至 31 ℃培养至放 罐 , 结 果显示 :生产菌 中 、后期菌体浓度下降 幅度减 小 , 菌 丝上的 空泡缩 小 , 美 兰染 色加深 , 自溶期推 迟 ;平均单 批放 罐总 亿提 高了 4.4 %, 同时 可以缓解冷却水水源不足和减轻染菌对发酵水平的影响 。
C 3(31 ℃) 1(29 ℃) 2(30 ℃) 2(30 ℃) 3(31 ℃) 1(29 ℃) 1(29 ℃) 2(30 ℃) 3(31 ℃)
针对生产上存在的菌体浓度 升的快 , 降的也快 , 中后期菌 丝过于 老化和抗 生素合成后 劲不足 3 个主要问题 , 结合 以前 实验结果从正交实验表 2 中选择较有希望 的 2、3、5、6 四 组并 增加一组对照制定实验 方案表 3。
(1)洁净厂房内设置备用照明 。(2)备用照明宜作为正常 照明的一部分 。(3)备用照明应 满足所 需场 所或 部位进 行必 要活动和操作的最低照度 。
6 应急照明 洁净厂房内应设置供人员疏 散用的应急照明 。 在安全出
口 、疏散口和疏散通道转角 处应按 现行国 家标准 设置疏 散标 志 。 在专用消防口处应设置红色 应急照明灯 。
一般
后期菌
丝形态 衰老推后 、显年轻
衰老稍微推后 衰老推后 衰老推后
组别 实验罐 对照罐 差 额
表 5 变温培养扩大实验结果
平均发酵单位/ U·ml -1 4819 4638 181
平均放罐总亿(十亿) 255 .903 255 .053 10 .850
1 .2 .2 菌丝染色 美兰染色法 。 1 .2 .3 菌丝形态观察 普通光学显微镜 10×160 油镜镜头 。 1 .2 .4 生物效价测定 中国药典 2000 版林可霉 素效价生物 测定法 。 1 .2 .5 放罐总亿计算公式
安 徽 医 药 Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2003 Dec ;7(6)
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表 4 变温培养实验结果
生产水平
平均单位增长率 平均总亿
/ U·ml -1·h -1 28 .010
(十亿) 243 .450
28 .341
248 .125
关键词 林可霉素发酵 ;变温培养 ;菌丝形态 ;放罐总 亿
微生物 发酵须要维持 最适宜的 温度 , 才能 使菌体 生长和 代谢产物的 合成顺利进行 , 温度 的变化 对发酵 有着重 要的影 响 :一方面是影响各种酶反应的速率和蛋白质的性质 ;另一方 面是影响发酵液的物理性质 。 不同的菌种 , 不同的培养 条件 , 不同的培养 基配比 , 不 同的酶 反应 , 不同的 生长阶 段 , 最 适温 度也有所不同 , 作为次级代谢产物的抗生素 , 微生物发酵其最 适菌体生长温度和最适抗生素合成温度往往存在差异 。 林可 霉素发酵的原始菌株为林肯链霉菌 、林肯变种 , 本文菌种为原 始菌株经快中子诱变和原生质体融合选育出的代号为 W SS-2 的生产菌 , 以往发 酵为 31 ℃恒 温培养 , 采 用变 温培 养后 改善 了菌体浓度提前下降和菌丝衰老过快及后劲不足三个主要不 利状况 。 1 材料与方法 1 .1 材料 1 .1 .1 菌种 WSS-2:皖北 药业股 份有限公 司菌种 室选 育 、 保存 。 1 .1 .2 培养基(%) 黄豆饼 粉 2.5 , 玉 米浆 0.6 ,(N H4)2 SO 4 0.5 , N aNO 3 0.4, NaCl 0.6, CaCO 3 0.9, 玉米淀粉 2.5, C6H12O 6 3.0 , K H2 PO4 0.07 。 1 .1 .3 发 酵工 艺 FBC ;培养 温度 :0 ~ 60 h , 31 ℃;60 ~ 130 h, 30 ℃;130 h 至放罐 31 ℃。 1 .1 .4 供试单位 皖北药业股份有限公司 109 车间 。 1 .2 方法 1 .2 .1 设 计实验方案 将发酵 3 个阶段 的培养温 度作为调 整因素 , 列出因素位级表 1 。
C 1(29 ℃) 2(30 ℃) 3(31 ℃) 1(29 ℃) 3(31 ℃)
根据《 洁净厂房设计规 范》 规定 :(1)洁净室内 照明光 源 , 宜采用高效荧光灯 。 若工艺有特殊要求或照度值达不到设计 要求时 , 也可采用其他形式光源 。(2)洁净室内一般照明灯具 为吸顶明装 。如灯具 嵌入顶 棚暗装 时 , 其 安装缝 隙应该 有可 靠的密封措施 。 5 备用照明
位级
1 2 3
表 1 变温培养因素位级表
0 ~ 60 h
因 素 60 ~ 130 h
培养温度(℃) 培养温度(℃)
30
29
31
30
Biblioteka Baidu
32
31
130 h 后 培养温度(℃)
29 30 31
根据变温培养因素 位级表(表 1)选择正 交实验表 L9(34) 列出实验方案表 2。
表 2 变温培养实验方案表
表 3 变温培养实验方案表
实验号
1(2) 2(3) 3(5) 4(6) 5(对照)
A 2(31 ℃) 3(32 ℃) 2(31 ℃) 3(32 ℃) 2(31 ℃)
列 号 B
1(29 ℃) 1(29 ℃) 2(30 ℃) 2(30 ℃) 2(31 ℃)
依实验号 , 5 组同时上罐实验 , 每组重复 15 次
放罐总亿(十亿)=生物效价(U·L1-010)0×放罐体积(t) 2 结果 2 .1 第一 阶段实验结 果 如表 2、3 二组 实验菌丝 形态有所 好转 , 自溶时间推迟 , 生产水 平提高 , 特别 是第 3 组与对 照组 相比单位提高 2.5%, 放罐总亿提高了 4.2 %(表 4)。 2 .2 依据第一阶段实验 结果选 择最有 希望的 第 3 组 进行扩 大实 验 , 实验 时间为 60 d , 实验 批数为 79 批 , 对照 罐批 数为 118 批 , 实验数据见表 5 。 如表 5 实验罐发酵单位和放罐总亿分别比对照罐提高了 3.9 %和 4.4 % , 多次实验具有重现性 , 结果一致 。 3 讨论 3 .1 变温培养有利于生 产菌丝 的生长 和生产 能力的延 长 WSS-2 菌种在大罐中的适应期很短 , 接种后 10 h 左 右已进入 对数生长期 , 在 40 h 左 右对数 生长期 基本完 成 , 随后 是 10 h 左右的加速生长期 , 在 50 h 左右转入 生产期 。 大罐 接种培养 至 30 h 左右便可检测到林可霉素的存在约 200 U·ml-1 , 可见 前 60 h 维持较生产期稍高 的温 度对缩 短适 应期 和对数 生长 期是有一 定 好 处 的 , 且 以 31℃ 为较 适 宜 温 度 , 当 温度 高 于 31 ℃(实验中 有 32 ℃)时前 期 代 谢加 快 , 生 产 菌大 量 消耗 营 养 , 容易导致中后期部 分养份 溃乏 , 菌丝提 前自溶 , 当温 度低 于 31 ℃(实验中有 30 ℃)时接种后一段时期糖和氮利用 缓慢 , 菌体浓度上 升速度慢且最 高菌体浓 度偏低 , 不 利于缩 短适应 期和菌丝体量的积累 。 大罐 培养 到 50 ~ 60 h 时 菌体浓 度已 达到最高值 , 抗生素的分泌也进入了高峰期 , 此时的主要问题 转化为如何 维持适度的菌 体浓度或 菌龄和 延长分 泌期 , 此时
实验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A 1(30 ℃) 2(31 ℃) 3(32 ℃) 1(30 ℃) 2(31 ℃) 3(32 ℃) 1(30 ℃) 2(31 ℃) 3(32 ℃)
列 号 B
1(29 ℃) 1(29 ℃) 1(29 ℃) 2(30 ℃) 2(30 ℃) 2(30 ℃) 3(31 ℃) 3(31 ℃) 3(31 ℃)
参考文献 1 中华人民共和国信 息产业部主编 .洁净厂房设计规范 .中国计划
出版社 , 2001 2 许钟麟 .药厂洁 净室 设计 、运行与 G M P 认 证 .同 济大 学出版 社 ,
2002
实验号
1 2 3 4 5
平均单位 / U·L -1
4590 4689 4801 4532 4685
适当降低培养温度可以延缓菌体的衰老和维持相当数量的有 强生产能力 的菌丝体存 在 , 30℃培养时发 现菌体 浓度下 降时 间推迟 , 下降幅度减小 , 菌丝 形态相 对较好 , 当发 酵进入 后期 时应考虑菌丝体的自然衰老以利于抗生素的最后分泌和下游
工程的处理 , 这时适当提高罐温又成为有利条件 。 3 .2 变 温培养有利于抗生 素合成 期的延长 和量的 积累 大 罐接种后前 60 h 温度按 31℃控制 , 缩短了适应期使发酵提前 转入生产阶段 , 同时菌丝体已有相当量的积累 , 为大量分泌抗 生素提供了物质基础和可能性 , 随着酶的种类和活性的改变 , 此时将罐温降至 30 ℃使与抗生素合成有 关的酶的 活性增强 , 抗生素分泌量有所增 加 , 同 时因分 泌期的 延长有 利于进 一步 积累抗生素 , 发酵进入后期罐温再 回升至 31℃使生产菌 在生 命的最后阶段最大限度 的合成和排出次级代谢产物 。 3 .3 变 温培养对溶氧的提 高起促 进作用 发酵 过程中 随着 周期的延长料液体积 逐渐增 大 , 相 反流量 却因体 积的增 大慢 慢减小 , 由 刚接 种后 的 1∶1.0 V/ V·min -1 降至 放罐 前的 1∶ 0.5 V/ V·min-1 , 伴着流量 的降低 直接进 入发酵 的分子 氧可 能成为限制性因素 , 影响生 产菌的 呼吸进 而影响 林可霉 素的 合成 , 此时若强制性的提高 通气量 或提高 罐压将 会影响 大罐 装料系数或二氧化碳 在料液 中大量聚 集 , 这都将 带来不 利影 响 , 此时解决溶氧不足的方法有限 , 可以通 入富集氧气体或补 水稀释料液减少其粘 度 , 当 然可以 根据气 体在溶 液中溶 解的 特性适当降低料液温 度来提 高溶氧 , 这样 在不增 加成本 的前 提下即能提高料液中的 溶解氧 , 又会带来许多有利因素 。 3 .4 变 温培养可以缓解水 源不足 对发酵的 影响 抗生 素发 酵生产所用的大 、中型发酵罐在发酵过程中一般不需要加热 , 因发酵中释放大量的发酵热 , 需要冷却的情况较多 , 如果气温 较高(特别是我国南方的夏季气温), 冷却水的温度又高 , 致使 冷却效果很差 , 达不到预定的温度 , 此时可 用冷冻盐水进行循 环式降温 , 结果要么温度 难以控 制 , 要 么增加 生产成 本 , 这 是 令生产厂家很头痛的事 , 采取变温培养 , 适 时降低培养温度可 以减慢菌丝体对营养 的快速 利用 , 从而减 少生物 热的释 放使 罐温宜于控制 , 节约了宝贵的水源 。 3 .5 变温培养可以抑制杂菌的繁殖 , 减少 因此带来的危害 林可霉素发酵除个别 厂家染 菌率控制 的较低 外 , 对大部 分厂 家来说仍是个棘手的 问题 , 发酵染 菌时轻 者影响 单位和 下游 提取 , 重者倒罐 , 造成严 重损失 , 林 可霉素发 酵所染 杂菌多 以 杆菌 、球菌为主 , 中间发 现杂菌 时补救 措施有 限 , 多 以降温 抑 制杂菌大量繁殖为主 , 变温培养可以对 60 h 后染菌罐实 行提 前防范 , 最大限度地减弱因染菌给生产带来的危害 。
28 .708
258 .360
27 .857
236 .325
28 .330
247 .937
平均总亿增长率
/ U·ml -1·h -1 1 .471 1 .500 1 .540 1 .446 1 .494
菌体浓度 下降幅度
减少 稍微增大
减小 稍微增大
菌丝形态 中期菌
丝形态 着色深 、年轻
一般 着色深 、年轻
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