淺談發(fā)酵液粘度在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中的探索和應(yīng)用

王宇航

摘 要：1877年，Pasteur和Joubert首先認識到微生物產(chǎn)品有可能成為治療藥物，他們發(fā)表了實驗觀察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽桿菌的生長。1976年，中國醫(yī)學科學院抗生素研究所從濟南游動放線菌的培養(yǎng)液中，分離出創(chuàng)新霉素，是中國發(fā)現(xiàn)的一個新型結(jié)構(gòu)的抗生素?？股卦肝⑸锂a(chǎn)生的、能在低濃度（以微克/毫升計）殺死或抑制細菌或真菌等微生物的物質(zhì)，現(xiàn)在也包括天然產(chǎn)生的抗生素經(jīng)化學方法改造所得的半合成抗生素，并且將能抑制腫瘤、原蟲等微生物產(chǎn)物也歸入抗生素類?？股氐幕瘜W結(jié)構(gòu)種類繁多，主要有糖類、大環(huán)內(nèi)酯類、肽類、多醚類、內(nèi)酰胺類、蛋白質(zhì)類、核苷類、多烯類、四環(huán)類、安莎類等[1-3]。抗生素生產(chǎn)主要采用微生物發(fā)酵法，屬于次級代謝產(chǎn)物，少數(shù)如氯霉素、磷霉素亦可用化學合成法生產(chǎn)。本文對發(fā)酵液粘度在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用進行研究。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵液；抗生素；應(yīng)用

1877年，Pasteur和Joubert首先認識到微生物產(chǎn)品有可能成為治療藥物，他們發(fā)表了實驗觀察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽桿菌的生長。20世紀50年代至70年代，是抗生素開發(fā)的黃金時期，新上市的抗生素逐年增多。1971年至1975年達到頂峰，5年間共有52種新抗生素問世。抗生素原指微生物產(chǎn)生的、能在低濃度（以微克/毫升計）殺死或抑制細菌或真菌等微生物的物質(zhì)，現(xiàn)在也包括天然產(chǎn)生的抗生素經(jīng)化學方法改造所得的半合成抗生素，并且將能抑制腫瘤、原蟲等微生物產(chǎn)物也歸入抗生素類?？股氐幕瘜W結(jié)構(gòu)種類繁多，主要有糖類、大環(huán)內(nèi)酯類、肽類、多醚類、內(nèi)酰胺類、蛋白質(zhì)類、核苷類、多烯類、四環(huán)類、安莎類等?？股厣a(chǎn)主要采用微生物發(fā)酵法，屬于次級代謝產(chǎn)物，少數(shù)如氯霉素、磷霉素亦可用化學合成法生產(chǎn)。本文對發(fā)酵液粘度在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用進行研究。

1 粘度在生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 粘度過大的罐

1.1.1 危害

發(fā)酵液是一個氣、固、液的多項混合體，發(fā)生結(jié)構(gòu)性突變也不是隨時發(fā)生的。當氣、固含量以及氣、固微粒分散到一定臨界值時，就發(fā)生連續(xù)的流動相和氣、固分散相的突變，表現(xiàn)在發(fā)酵液非牛頓性的變化，顯示粘度上升。粘度過大，發(fā)酵液過于粘稠，相應(yīng)地溶氧較差，導(dǎo)致氧氣供應(yīng)不足，且液面翻騰性較差，造成發(fā)酵液內(nèi)的二氧化碳不易釋放，菌絲生長代謝異常，將勢必影響發(fā)酵水平。在發(fā)酵過程中，由于通氣和攪拌而引起發(fā)酵液出現(xiàn)泡沫。如果在較稠厚的發(fā)酵液中形成流態(tài)性泡沫時，是難以消除的，其中的氣體就很難得到及時的更新，降低氧的傳遞速率，直接影響微生物的呼吸[4-5]。有可能是“氣溶膠”現(xiàn)象，停留的微氣泡與快速增長的菌體形成氣溶膠，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性黏度嚴重影響發(fā)酵液的混合特性，一旦出現(xiàn)此現(xiàn)象，發(fā)酵失敗。

1.1.2 措施

粘度過大的措施主要有人為地定期加消沫劑，改善氣液體混合效果，提高氧的傳遞速率，改變發(fā)酵液的物理狀態(tài)，降低表觀粘度；降低培養(yǎng)基糖控制濃度，稀釋培養(yǎng)基，改善溶氧狀；補一些糖濃度較低的補料：稀釋發(fā)酵液，改善發(fā)酵液物理狀；加入適量的去離子；適當增加流量，增加溶氧水平，促進菌絲正常生長。

1.2 粘度過小的罐

針對一些粘度過小的罐，首先要明確粘度過小的原因。菌絲量偏小造成的粘度過小，可以采取一些諸如補種、升溫培養(yǎng)等措施。“氣泛”現(xiàn)象指的是在特定條件下，通人發(fā)酵罐內(nèi)的空氣流速達某一值時，使攪拌功率下降，當空氣流速再增加時，攪拌功率不再下降，此時的空氣流速稱為“氣泛點”。對一定設(shè)備而言，空氣流速與空氣流量之間呈正相關(guān)性。空氣流量的改變必然引起空氣流速的變化。已知空氣流速的變化會引起體積氧傳遞系數(shù)的改變，當空氣流速達氣泛點時，體積氧傳遞系數(shù)不再增加。由于攪拌力度過大，造成菌絲過于散、碎，導(dǎo)致的粘度過小，可降低攪拌轉(zhuǎn)速或改變攪拌葉的形式、攪拌器的直徑、空氣線速度等。

2 粘度檢測數(shù)據(jù)

通過100批長達的考察，我們發(fā)現(xiàn)了如下規(guī)律，發(fā)酵至12小時，由于微生物的代謝作用，發(fā)酵液粘度降至很低（低于100Pa·s），呈現(xiàn)牛頓型流體性質(zhì)。12小時起由于菌絲體濃度不斷增加，則發(fā)酵液粘度逐漸增大，直至粘度達260Pa·s，表現(xiàn)為漲塑性流體的性質(zhì)，隨后發(fā)酵液粘度逐漸下降至一個最小值，此后粘度逐步回升并穩(wěn)定在80Pa·s-100Pa·s范圍內(nèi)。

3 發(fā)酵液粘度的測定方法

3.1 測定發(fā)酵液通過毛細管的時間t1

調(diào)節(jié)恒溫槽溫度，在洗凈烘干的奧式黏度計中用量筒移入10ml培養(yǎng)液，然后垂直浸入恒溫槽中。恒溫后，用洗耳球?qū)⒁后w吸到高于刻度線a，再讓液體由于自身重力下降用秒表記下液面從a流到b的時間t1，重復(fù)三次，誤差不得超過0.2秒，取平均值。

3.2 測定蒸餾水通過毛細管的時間t2

洗凈黏度計并烘干，用量筒移入10毫升蒸餾水，同步驟3.1的方法測定蒸餾水從a流到b的時間的平均值t2。

3.3 測定發(fā)酵液的密度ρ

用比重瓶測定該實驗溫度下的培養(yǎng)液的密度。

3.4 實驗結(jié)果計算

記錄發(fā)酵液和蒸餾水通過毛細管的時間t1、t2，取平均值后按公式處理數(shù)據(jù)。

4 討論

液體在流動時，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。粘度做為衡量發(fā)酵液的一個應(yīng)用參數(shù)，在某種程度與菌絲濃度呈正相關(guān)關(guān)系，適當?shù)匕l(fā)酵液粘度是確保發(fā)酵水平的基礎(chǔ)，但粘度異常的形成機制非常復(fù)雜，我們采取的措施有一部分也是屬于治標不治本的辦法。

參考文獻

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