玉米浆对青霉素发酵生产的影响

赵丽丽

【摘要】本文主要对玉米浆对青霉素发酵生产的影响进行了深入的研究讨论，从而得出以下相关结论，以供参考交流。

【关键词】玉米浆 青霉素 发酵生产 影响

【中图分类号】TQ465.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0660-02

一般来说，几乎大部分的微生物在反应器发酵过程中具备了多基因尺度的特点。并且，这些基因尺度还有着一定的遗传性。但是，在发酵过程中，一旦受到某些因素的影响和限制，就会对整体发酵生产质量产生较大的影响。对此。本文重点对玉米浆对青霉素发酵生产的影响进行了探讨分析。

1仪器和材料

1.l仪器与菌株

1100型高效液相色谱仪（Agilnet公司）：青霉素产生菌产黄青霉（penicilliumch尽sogenum）99一8（本公司保藏）。

1.2培养基

种子培养基/%：玉米浆.40（以干物质计），蔗糖2.4，硫酸铰0.4，碳酸钙0.4；pH6.2一6.5。发酵培养基/%：玉米浆3.8（以干物质计），磷酸二氢钾0.54，无水硫酸钠0.54，碳酸钙0.07，硫酸亚铁0.018，硫酸锰0.0025；pH4.7一4.9。

2.方法与结果

2.1培养方法

种子培养：将产黄青霉99一8接入灭菌降温至25℃的种子培养基进行培养，培养温度25℃，搅拌转速110r/min，空气流量0.5一0.9㎡/（m3种子液min），培养至对数生长后期。

发酵罐实验L51：制备玉米浆含量不同的培养基，在50吨发酵罐内经高温灭菌后降温至25℃，按15%接种量接入种子液进行发酵实验。发酵期间主要控制参数：温度25℃，罐压0.04一0.06Mpa，搅拌转速120r/mni，空气流量0.5一0.7m3。当发酵液中氨氮含量下降至450μg/ml以下时，开始补加硫酸钱。在后续发酵过程中控制发酵液氨氮含量为300一500μg/ml，并在线监控溶氧（Do）和pH，考察发酵期间的最大菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期、放罐效价等参数随玉米浆含量的变化。

.22检测方法

菌丝浓度：取发酵液10ml，离心（3000r/min）smin，测得沉淀在培养液中的体积比即为菌丝浓度。

批葡萄糖单耗：按批葡萄糖单耗=批补入葡萄糖量（kg）/批发酵液产量B（U）计算。

发酵效价：发酵液经滤纸和微孔滤膜过滤后进行HPLC测定。色条件：色谱柱DiamonsilC.8柱（4.6mmX25omm，5林m）；流动相HOAe/NaOAe缓冲液一乙睛（80：20）；检测波长254nm；流速1.2ml/min；柱温25℃；进样量20μl。采用外标法按峰面积计算样品中青霉素效价。

2.3玉米浆含量影响的考察

.2.3.1对最大菌丝浓度的影响

通常情况下，菌丝浓度作为菌丝发酵前期的生长繁殖标志，当培养基中的成分发生变化时，其菌丝生长也会受到一定环境条件的限制，并最终达到菌丝的最大浓度。而在试验的发小培养基中，玉米浆含量对最大菌丝浓度的影响结果，具体如图1所示。

从图1中，我们可以看出，在玉米浆含量达到3.8%时，最大菌丝浓度到达了最高点44%。而在玉米浆含量逐渐增加是，其最大菌丝浓度已经处于稳定的状态，这是由于當玉米浆含量≤3.8%时，玉米浆中含有的微量元素较少，再加之生长因子还不能对菌丝量进行有效的一直，所以在玉米浆含量增加的同时，最大菌丝浓度也会随之加大。而当玉米浆含量超出3.8%之后，以上所述的限制条件因素将会完全消失，此时发酵液中含有的葡萄糖物质也会迅速下降到限制的浓度下，并在其供氧能力确定的情况下，促使溶氧水平趋于稳定，这也是影响反应器尺度供氧能力的主要限制因素之一。

2.3.2对氨氮代谢的影响

在发酵过程中，峰值周期、氨氮峰值的首次不加时间都会随着培养集中的玉米浆含量变化而发生改变。在发酵初期阶段时，菌体不仅会利用葡萄糖物质，同样也会将玉米浆中含有的蛋白质物质构建成碳架，使得培养基中的氨氮浓度不断升高，并且，当葡萄糖代谢酶合成之后，菌体将会迅速利用葡萄糖代谢物，将其作为主要的碳源，再通过利用培养基合成的氨氮蛋白物质，使得培养液中氨氮浓度下降，而为了使其保持在良好的浓度，需要添加适量的硫酸。由此我们可以判断，氨氮峰值及出现周期对于菌体碳氮浓度有着直接的影响，具体是反应出了在玉米浆中有机物氮源的使用情况。如果玉米浆含量过多，就会延长氮源的代谢时间。而玉米浆含量较少时，又很难满足于菌体生长需要。此外，无机氮源硫酸在第一次补加时间之后，其氨氮含量明显要高于发酵前期的氨氮含量，这就非常不利于代谢的次级启动。

.2.3.3对糖代谢的影响

在青霉素发酵中，葡萄糖是不可或缺的一种原料，占据了总成本中的65%，而笔者在多次实验观察中发现，发酵培养基中玉米浆含量的多少将会对葡萄糖单耗程度有着较大的影响，具体研究结果如图2所示：

从图2我们可以看到，当大叫培养基中玉米浆含量为3.4%时，批葡萄糖的单耗量最高，而在玉米浆含量为3.8%时，批葡萄糖单耗最低。由此可见，当玉米浆含量发生变化时，批葡萄糖单耗量也在发生着改变。但是，为了考虑到经济成本的问题，笔者建议将培养基中的玉米浆含量控制在3.6%-4.0范围之间。

.2.3.4对发酵周期的影响

通常情况下，发酵周期是由菌丝状态确定的，一般在试验中，普遍会选择内大空胞较多的菌丝，在菌丝开始溶解，到最后的放罐过程结束，将会是完成了一个完整的发酵周期。并对培养基中玉米浆的含量进行适当的调节，具体观察其对发酵周期的影响，得出的结果如图3所示：

从图3中可以看出，当发酵培养基中的玉米浆含量为3.2%时，其发酵周期较短，因此我们可以将这一含量作为玉米浆含量影响菌丝状态与结构形成的主要因素之一。而在3.6%-4.0时，发酵周期逐渐趋于稳定阶段，并有次级代谢物生成。因此，在青霉素发酵培养基中，只要将玉米浆含量控制在3.6%以上，就不会对发酵周期产生不利的影响，同样还有利于次级代谢产物的累积。

.2.3.5对发酵效价的影响

发酵效价是衡量青霉素发酵水平高低的重要指标，在上述实验的基础上，调节发酵培养基中玉米浆含量，在同一控制工艺、供氧条件下考察放罐时的发酵效价，结果见图4.

由图4可以看出，玉米浆含量在3.6%～4.0%之间时放罐效价较高。玉米浆含量对发酵效价的影响是其对发酵液中菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期等影响的综合体现，因此选择3.6%一4.0%最为合适。

3.结束语

玉米浆对青霉素发酵生产的影响是多尺度的，宏观上影响着最大菌丝浓度、氨氮代谢、糖代谢、发酵周期、发酵效价等工艺参数，微观上对菌丝生长、菌丝结构、初级代谢向次级代谢转换等均有重要影响。

为减少干扰因素，本实验所用的玉米浆质量均一稳定。但实际工业生产中，玉米浆随产地、季竹不同，质量常有波动。因此发酵培养基中玉米浆加量需同时参照能反映质量波动的首次补硫酸按时间。综合考虑各因素影响，发酵培养基中玉米浆含量控制在3.6%～4.0%，硫酸钱第一次补加时间控制在30一50h，对生产较为有利。

参考文献

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