克拉维酸发酵过程变温控制的研究

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1、克拉维酸发酵过程变温控制的研究作者：朱校适冯涛王永红，黎亮张嗣良刘新山曹斌【摘要】本文在50L自动控制发酵罐上进行了克拉维酸发酵过程温度控制优化试验。分别将发酵过程全程温度控制在24℃、26℃、28℃下进行发酵时，通过对发酵各阶段的重要参数的对比分析，发现温度对棒状链霉菌的生长和代谢有重要影响，降低对数生长期发酵温度可明显缓解前期供氧不足的矛盾。进而通过对发酵过程的变温控制，使克拉维酸的产量由原来3950mg/L提高到4500mg/L，增产11.5%。【关键词】克拉维酸；发酵；变温控制；溶氧ABSTRACTThepresentizationof

2、temperaturecontrolstrategyintheprocessofclavulanicacidfermentationon50Lfermentor.FermentationsrununderisothermaletersinvolvedinmetabolismperaturegreatlyaffectedthegroetabolismofStreptomycesclavuligerus;loperatureevidentlyincreasedthedissolvedoxygenlevelattheidiophase.Final

3、lyaneperaturecontrolstrategyentation;Temperaturecontrol;DO　克拉维酸(clavulanicacid，CA)是一种β内酰胺酶抑制剂，本身抗菌活性很弱。但当CA与β内酰胺类抗生素制成复方后可以增强β内酰胺类抗生素的抗菌活性和增大其抗菌谱，有助于克服β内酰胺类抗生素耐药性。CA是由棒状链霉菌(Streptomycesclavuligerus)产生的一种次级代谢产物。在研究中我们发现CA发酵在进入对数生长期后溶氧易于跌零，影响CA生物合成。据Fig.1显示，虽然整个发酵周期随培养温度

4、升高而缩短，但CA合成周期长度相差不大。CA合成曲线的斜率都存在一个明显转折点，转折点之前斜率较大，之后斜率突然变小(即在CA合成的前期合成速率较大，后期合成速率明显变小)。图中竖线A对应28℃条件下菌浓达到最大值时的时间(tA)，竖线B对应24℃、26℃条件下菌浓达到最大值的时间(tB)；tA和tB分别是各CA合成曲线的转折点对应的时间，所以CA的生产和菌体的生长存在着一定相关性。可通过对菌体生长的控制来延长菌丝生长的时间，以提高CA生物合成。恒温发酵过程前期DO、CER、OUR和RQ随时间的变化如Fig.2所示。各温度下，开始阶段CER、O

5、UR和DO的变化均非常小，但RQ值变化较明显，表明菌浓变化较小而菌体的代谢能力在增强。随着CER、OUR的显著增大，DO迅速变小，RQ缓慢增大，表明菌浓在增大、菌体活力仍在增强，即菌体进入了对数生长期。纵向比较，随着温度的降低延滞期越来越长，24℃时其延滞期比28℃条件下长了近8h，发酵周期也有所延长，所以前期不宜采取较低的培养温度。稳定期是菌丝处于生长速率和死亡速率相等的动态平衡阶段，细胞的呼吸和代谢强度较发酵中期减弱。在此阶段细胞合成CA的能力逐渐减弱，而CA降解的影响愈加突出，什么温度更有利于CA的合成和积累是问题的关键。由Fig.3可见

6、，随着培养温度的升高，CER和OUR水平明显提高、产量增加。这表明菌丝的代谢强度随着温度的升高而增强，CA的合成能力也有提升。所以在发酵的后期应采取较高的培养温度。2.2变温控制工艺根据以上的实验结果制定温度控制方案。发酵前期温度控制在26℃或28℃以缩短延滞期；在对数期，待菌浓增长到一定浓度后，降低温度以便放缓菌丝的生长速度、延长菌丝的生长时间；最后阶段恢复到26或28℃。变温发酵过程控制参数见Fig.4。　　是采用变温控制工艺的两个批次的发酵过程。虽然前、后期控制的温度不同，但最终效价相差不大。经过多批的实验验证，对数生长期降温控制策略减缓

7、了细胞的生长速率，延长了菌丝生长的时间，同时解决了对数生长期供氧紧张的问题。最终效价平均值在4300mg/L以上，最高达4500mg/L。3结论在CA发酵过程中可以通过变温控制的方式对菌体的生长和生产进行控制。在发酵前期选用较高的温度，可缩短菌丝的延滞期；在发酵的中期用温度控制菌体比生长速率的方式可以提高菌丝的合成CA能力并同时延长了菌丝高速生产的时间。另外，降低对数生长期发酵温度明显缓解了前期供氧不足的矛盾。在发酵的最后阶段采用较高的培养温度有利于CA的积累。【参考