浅析红霉素发酵的工艺控制

张睿祯

摘 要：红霉素是日常生活中最常用的抗生素之一，它作为我公司重要的原料药，为我公司做出了巨大贡献。文章主要介绍了红霉素发酵过程中几个重要的控制参数和它们对发酵过程的作用及影响。

关键词：培养基；温度；PH；溶氧；发酵

红霉素是大环内酯类抗生素，由链霉素在无菌状态下纯种发酵所产生。它的发酵工艺有4个特殊要求：（1）种子质量要求高；（2）发酵过程要求严格的无菌操作；（3）需要不间断的通气搅拌；（4）发酵过程的分阶段控制。

发酵罐内部的代谢变化（含菌丝形态、菌浓、糖、氮含量、PH值、溶氧浓度和产物浓度等）比较复杂，受许多因素控制。各因素既相互影响，又相互制约。发酵的好坏会直接影响到产物的产量和质量。因此，要使发酵达到预期效果，就需要各方面严密配合、严格操作。文章主要谈谈影响红霉素发酵工艺的几个参数。

1 培养基的成分与作用

培养基的原材料有碳源、氮源、无机盐和水等。

（1）碳源。碳源是构成微生物细胞和代谢产物的物质基础，是红霉素发酵中使用的主要原料之一。生产中使用的碳源有碳水化合物（各种糖类），脂肪，有机酸等，公司日常生产中使用的主要有葡萄糖和淀粉。

（2）氮源。氮源是构成微生物细胞和代谢产物的营养物质，也是红霉素发酵中使用的主要原料之一。生产中常用的氮源包括有机氮源和无机氮源两种，有机氮源有黄豆饼粉、玉米浆、蛋白胨等；无机氮源有氨水、硫酸铵等。

（3）无机盐和微量元素。金属离子在低浓度时对微生物生理活性呈现刺激作用，在高浓度时表现出抑制作用，这要依据菌种的生理特性和发酵工艺条件来确定。

（4）水。水是培养基的主要组成部分，它既是构成菌体细胞的主要成分，也是营养物质传递的介质。水的质量对菌体生长繁殖和产物合成有着很重要的作用。

2 温度的影响及控制

红霉素发酵所用的菌种是中温菌，它的最适发酵温度，随菌种、培养基成分、培养条件和菌体生产阶段而改变。

温度的变化对红霉素发酵有两方面的影响：（1）影响各种酶的反应速率和蛋白质的性质；（2）影响发酵液的物理性质。在生长阶段选择最适生长温度，在产物分泌阶段选择最适生产温度，我公司在红霉素生产中前期培养温度控制在35℃，中后期培养温度控制在32℃，以获得较为理想的产物。

3 PH的影响及控制

PH值对发酵的影响主要有三个方面：一是影响酶的活性；二是影响基质或中间产物的解离状态，从而影响其透入细胞或参与反应的能力；三是影响产物的稳定性。红霉素产生菌的生长最适PH是6.6～7.0，而红霉素生物合成的最适PH为6.7～7.9，在此范围内红霉素菌丝生长良好，不自溶，发酵单位稳定。当PH低于6.5时，对红霉素生物合成不利；当PH高于7.2时，菌丝易自溶，且会导致红霉素A组分的比例降低，影响产品质量。因次，发酵培养基中应含有代谢产酸和产碱的物质以及缓冲剂（如CaCO3）等成分，使PH的变化在合适的范围内，特别是CaCO3 能与酮酸等反应，起缓冲作用，用量十分重要。

4 溶氧的影响及控制

溶氧是红霉素发酵控制的重要参数之一，其大小直接影响红霉素菌体的生长和产物的质量。因此，选择一个最适溶氧浓度，才有利于菌体生长和产物合成。在红霉素的发酵过程中，常见有溶氧明显下降的异常变化，原因有以下几种：（1）污染了好气性杂菌；（2）菌体代谢发生异常，需氧要求增加；（3）某些设备和工艺控制发生故障或变化。因此，从发酵液中的溶氧浓度的变化，就可以了解微生物生长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能力是否充足等。

氧在水中的溶解度很小，所以控制溶氧主要靠调节空气流量和搅拌速度，还可以控制补料速率、调节温度、液化培养基、中间补水、添加表面活性剂等工艺措施来控制溶氧水平。

5 补糖、补料的作用及控制

糖类不仅是菌体生长所需能量的主要来源，也是菌体细胞及代谢产物的碳源物质。补糖的依据有：（1）糖的消耗；（2）PH的高低；（3）染菌情况；（4）搅拌的开启；（5）发酵液的粘度（粘度稠时可多补）；（6）体积的大小；（7）罐温等综合因素来考虑。

补料的作用是补充氮源物质。一是供给菌体生长繁殖所需要的营养物质；二是作为抗生素合成的前体物质或氮素来源。补料的依据有：（1）氨基氮的高低，如氨基氮过高，则可少补或不补；（2）体积的大小；（3）搅拌开启情况；（4）PH值；（5）罐温等因素综合考虑。作为前体的正丙醇有促进红霉素合成的作用，如忘加或少加，会影响红霉素的合成，如过量则会影响发酵正常进行，造成浪费。

我公司的红霉素发酵过程中，均采用补料分批培养的方法进行补糖、补料和补正丙醇。这种方法的优点是：（1）可以降低底物抑制、产物反馈抑制和分解产物阻遏；（2）可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成细胞大量生产所引起的一切影响，改善发酵液流变学的性质；（3）可用作控制细胞质量的手段，以提高发芽孢子的比例；（4）可作为理论研究的手段，为自动控制和最优控制提供实验基础。它的作用有：（1）可以控制抑制底物的浓度；（2）可以解除和减弱分解产物阻遏；（3）可以使发酵过程最优化。

6 泡沫的影响及控制

在大多数微生物发酵过程中，由于培养基中有蛋白类表面活性剂存在，在通气条件下，培养基中易形成泡沫。泡沫的类型有两种：一是发酵液液面上的泡沫，另一种是发酵液中的泡沫，相对稳定。泡沫会造成发酵罐的装料系数减小，氧传递系数减小等不利影响。如泡沫过多，还会造成大量发酵液从排气管路或轴封处逃出，加大染菌机会。所以，控制泡沫是保证正常发酵的基本条件。

控制泡沫可采取两种途径：（1）调整培养基的成分或改变发酵工艺，以减少泡沫形成的机会；（2）采用机械消沫或消沫剂消沫两大类方法来消除泡沫。常用的消沫剂有天然油脂类和聚醚类。

7 发酵终点的判定

在红霉素发酵末期，菌体分泌能力的下降，导致产物的生产能力下降或停止，这就要进行发酵终点的判定，即合理放罐时间。放罐时间的确定要考虑以下几个因素：（1）经济因素。发酵产物的生产能力是实际发酵时间和发酵准备时间的综合反应，实际发酵时间，需要考虑经济因素，也就是要以最低的成本来获得最大生产能力的时间为最适发酵时间，所以要从经济学角度出发，确定一个合理时间；（2）产品质量因素。发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大影响，发酵时间过短，发酵液中残留过多未代谢的营养物质，对后处理的溶媒萃取或树脂交换等工序不利；发酵时间过长，菌体自溶，释放出菌体蛋白或酶，会显著改变发酵液的性质，增加过滤难度；（3）特殊因素。确定放罐的指标有：产物的产量，过滤速度，氨基氮的含量，菌丝形态，PH值，发酵液的外观，粘度，染菌的程度等。

以上的七个方面，在红霉素的发酵过程中都有着很重要的作用，只有将这些因素严格控制好，发酵生产才能顺利进行，保证高质高产，才能为企业带来良好的经济效益。

参考文献

[1]熊宗贵.发酵工艺原理[M].北京：中国医药科技出版社，1995：126-146.