玉米漿對(duì)青霉素發(fā)酵生產(chǎn)的影響

趙麗麗

【摘要】本文主要對(duì)玉米漿對(duì)青霉素發(fā)酵生產(chǎn)的影響進(jìn)行了深入的研究討論，從而得出以下相關(guān)結(jié)論，以供參考交流。

【關(guān)鍵詞】玉米漿 青霉素 發(fā)酵生產(chǎn) 影響

【中圖分類號(hào)】TQ465.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1004-4949（2015）02-0660-02

一般來說，幾乎大部分的微生物在反應(yīng)器發(fā)酵過程中具備了多基因尺度的特點(diǎn)。并且，這些基因尺度還有著一定的遺傳性。但是，在發(fā)酵過程中，一旦受到某些因素的影響和限制，就會(huì)對(duì)整體發(fā)酵生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。對(duì)此。本文重點(diǎn)對(duì)玉米漿對(duì)青霉素發(fā)酵生產(chǎn)的影響進(jìn)行了探討分析。

1儀器和材料

1.l儀器與菌株

1100型高效液相色譜儀（Agilnet公司）：青霉素產(chǎn)生菌產(chǎn)黃青霉（penicilliumch盡sogenum）99一8（本公司保藏）。

1.2培養(yǎng)基

種子培養(yǎng)基/%：玉米漿.40（以干物質(zhì)計(jì)），蔗糖2.4，硫酸鉸0.4，碳酸鈣0.4；pH6.2一6.5。發(fā)酵培養(yǎng)基/%：玉米漿3.8（以干物質(zhì)計(jì)），磷酸二氫鉀0.54，無水硫酸鈉0.54，碳酸鈣0.07，硫酸亞鐵0.018，硫酸錳0.0025；pH4.7一4.9。

2.方法與結(jié)果

2.1培養(yǎng)方法

種子培養(yǎng)：將產(chǎn)黃青霉99一8接入滅菌降溫至25℃的種子培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度25℃，攪拌轉(zhuǎn)速110r/min，空氣流量0.5一0.9㎡/（m3種子液min），培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長后期。

發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)L51：制備玉米漿含量不同的培養(yǎng)基，在50噸發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)高溫滅菌后降溫至25℃，按15%接種量接入種子液進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。發(fā)酵期間主要控制參數(shù)：溫度25℃，罐壓0.04一0.06Mpa，攪拌轉(zhuǎn)速120r/mni，空氣流量0.5一0.7m3。當(dāng)發(fā)酵液中氨氮含量下降至450μg/ml以下時(shí)，開始補(bǔ)加硫酸錢。在后續(xù)發(fā)酵過程中控制發(fā)酵液氨氮含量為300一500μg/ml，并在線監(jiān)控溶氧（Do）和pH，考察發(fā)酵期間的最大菌絲濃度、氨氮代謝、糖代謝、發(fā)酵周期、放罐效價(jià)等參數(shù)隨玉米漿含量的變化。

.22檢測方法

菌絲濃度：取發(fā)酵液10ml，離心（3000r/min）smin，測得沉淀在培養(yǎng)液中的體積比即為菌絲濃度。

批葡萄糖單耗：按批葡萄糖單耗=批補(bǔ)入葡萄糖量（kg）/批發(fā)酵液產(chǎn)量B（U）計(jì)算。

發(fā)酵效價(jià)：發(fā)酵液經(jīng)濾紙和微孔濾膜過濾后進(jìn)行HPLC測定。色條件：色譜柱DiamonsilC.8柱（4.6mmX25omm，5林m）；流動(dòng)相HOAe/NaOAe緩沖液一乙睛（80：20）；檢測波長254nm；流速1.2ml/min；柱溫25℃；進(jìn)樣量20μl。采用外標(biāo)法按峰面積計(jì)算樣品中青霉素效價(jià)。

2.3玉米漿含量影響的考察

.2.3.1對(duì)最大菌絲濃度的影響

通常情況下，菌絲濃度作為菌絲發(fā)酵前期的生長繁殖標(biāo)志，當(dāng)培養(yǎng)基中的成分發(fā)生變化時(shí)，其菌絲生長也會(huì)受到一定環(huán)境條件的限制，并最終達(dá)到菌絲的最大濃度。而在試驗(yàn)的發(fā)小培養(yǎng)基中，玉米漿含量對(duì)最大菌絲濃度的影響結(jié)果，具體如圖1所示。

從圖1中，我們可以看出，在玉米漿含量達(dá)到3.8%時(shí)，最大菌絲濃度到達(dá)了最高點(diǎn)44%。而在玉米漿含量逐漸增加是，其最大菌絲濃度已經(jīng)處于穩(wěn)定的狀態(tài)，這是由于當(dāng)玉米漿含量≤3.8%時(shí)，玉米漿中含有的微量元素較少，再加之生長因子還不能對(duì)菌絲量進(jìn)行有效的一直，所以在玉米漿含量增加的同時(shí)，最大菌絲濃度也會(huì)隨之加大。而當(dāng)玉米漿含量超出3.8%之后，以上所述的限制條件因素將會(huì)完全消失，此時(shí)發(fā)酵液中含有的葡萄糖物質(zhì)也會(huì)迅速下降到限制的濃度下，并在其供氧能力確定的情況下，促使溶氧水平趨于穩(wěn)定，這也是影響反應(yīng)器尺度供氧能力的主要限制因素之一。

2.3.2對(duì)氨氮代謝的影響

在發(fā)酵過程中，峰值周期、氨氮峰值的首次不加時(shí)間都會(huì)隨著培養(yǎng)集中的玉米漿含量變化而發(fā)生改變。在發(fā)酵初期階段時(shí)，菌體不僅會(huì)利用葡萄糖物質(zhì)，同樣也會(huì)將玉米漿中含有的蛋白質(zhì)物質(zhì)構(gòu)建成碳架，使得培養(yǎng)基中的氨氮濃度不斷升高，并且，當(dāng)葡萄糖代謝酶合成之后，菌體將會(huì)迅速利用葡萄糖代謝物，將其作為主要的碳源，再通過利用培養(yǎng)基合成的氨氮蛋白物質(zhì)，使得培養(yǎng)液中氨氮濃度下降，而為了使其保持在良好的濃度，需要添加適量的硫酸。由此我們可以判斷，氨氮峰值及出現(xiàn)周期對(duì)于菌體碳氮濃度有著直接的影響，具體是反應(yīng)出了在玉米漿中有機(jī)物氮源的使用情況。如果玉米漿含量過多，就會(huì)延長氮源的代謝時(shí)間。而玉米漿含量較少時(shí)，又很難滿足于菌體生長需要。此外，無機(jī)氮源硫酸在第一次補(bǔ)加時(shí)間之后，其氨氮含量明顯要高于發(fā)酵前期的氨氮含量，這就非常不利于代謝的次級(jí)啟動(dòng)。

.2.3.3對(duì)糖代謝的影響

在青霉素發(fā)酵中，葡萄糖是不可或缺的一種原料，占據(jù)了總成本中的65%，而筆者在多次實(shí)驗(yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米漿含量的多少將會(huì)對(duì)葡萄糖單耗程度有著較大的影響，具體研究結(jié)果如圖2所示：

從圖2我們可以看到，當(dāng)大叫培養(yǎng)基中玉米漿含量為3.4%時(shí)，批葡萄糖的單耗量最高，而在玉米漿含量為3.8%時(shí)，批葡萄糖單耗最低。由此可見，當(dāng)玉米漿含量發(fā)生變化時(shí)，批葡萄糖單耗量也在發(fā)生著改變。但是，為了考慮到經(jīng)濟(jì)成本的問題，筆者建議將培養(yǎng)基中的玉米漿含量控制在3.6%-4.0范圍之間。

.2.3.4對(duì)發(fā)酵周期的影響

通常情況下，發(fā)酵周期是由菌絲狀態(tài)確定的，一般在試驗(yàn)中，普遍會(huì)選擇內(nèi)大空胞較多的菌絲，在菌絲開始溶解，到最后的放罐過程結(jié)束，將會(huì)是完成了一個(gè)完整的發(fā)酵周期。并對(duì)培養(yǎng)基中玉米漿的含量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，具體觀察其對(duì)發(fā)酵周期的影響，得出的結(jié)果如圖3所示：

從圖3中可以看出，當(dāng)發(fā)酵培養(yǎng)基中的玉米漿含量為3.2%時(shí)，其發(fā)酵周期較短，因此我們可以將這一含量作為玉米漿含量影響菌絲狀態(tài)與結(jié)構(gòu)形成的主要因素之一。而在3.6%-4.0時(shí)，發(fā)酵周期逐漸趨于穩(wěn)定階段，并有次級(jí)代謝物生成。因此，在青霉素發(fā)酵培養(yǎng)基中，只要將玉米漿含量控制在3.6%以上，就不會(huì)對(duì)發(fā)酵周期產(chǎn)生不利的影響，同樣還有利于次級(jí)代謝產(chǎn)物的累積。

.2.3.5對(duì)發(fā)酵效價(jià)的影響

發(fā)酵效價(jià)是衡量青霉素發(fā)酵水平高低的重要指標(biāo)，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米漿含量，在同一控制工藝、供氧條件下考察放罐時(shí)的發(fā)酵效價(jià)，結(jié)果見圖4.

由圖4可以看出，玉米漿含量在3.6%～4.0%之間時(shí)放罐效價(jià)較高。玉米漿含量對(duì)發(fā)酵效價(jià)的影響是其對(duì)發(fā)酵液中菌絲濃度、氨氮代謝、糖代謝、發(fā)酵周期等影響的綜合體現(xiàn)，因此選擇3.6%一4.0%最為合適。

3.結(jié)束語

玉米漿對(duì)青霉素發(fā)酵生產(chǎn)的影響是多尺度的，宏觀上影響著最大菌絲濃度、氨氮代謝、糖代謝、發(fā)酵周期、發(fā)酵效價(jià)等工藝參數(shù)，微觀上對(duì)菌絲生長、菌絲結(jié)構(gòu)、初級(jí)代謝向次級(jí)代謝轉(zhuǎn)換等均有重要影響。

為減少干擾因素，本實(shí)驗(yàn)所用的玉米漿質(zhì)量均一穩(wěn)定。但實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，玉米漿隨產(chǎn)地、季竹不同，質(zhì)量常有波動(dòng)。因此發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米漿加量需同時(shí)參照能反映質(zhì)量波動(dòng)的首次補(bǔ)硫酸按時(shí)間。綜合考慮各因素影響，發(fā)酵培養(yǎng)基中玉米漿含量控制在3.6%～4.0%，硫酸錢第一次補(bǔ)加時(shí)間控制在30一50h，對(duì)生產(chǎn)較為有利。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃良軍，唐軍，蔡水洪，葉勤. 玉米漿濃度對(duì)甘油發(fā)酵的影響及動(dòng)力學(xué)[J]. 化工學(xué)報(bào). 2001（01）

[2] 王麗君，梁萬秋，李華喬，喬文慶，秘彥坤，耿彬. 發(fā)酵過程玉米漿質(zhì)量研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2011（06）

[3] 唐政潔，劉莎. 淺析玉米漿對(duì)青霉素發(fā)酵生產(chǎn)的影響[J]. 黑龍江科技信息. 2011（07）