一种头孢菌素C的发酵方法
技术领域
本发明属于微生物发酵领域,具体涉及一种头孢菌素C的发酵方法。
背景技术
头孢菌素C(英文全称为Cephalosporin C,缩写为CPC),是由顶头孢霉菌(Cephalosporium acremonium)产生的一类β-内酰胺抗生素,分子式为:C16H21N3O8S,分子量为415.4,结构式为:
头孢菌素C的结构与青霉素的结构相似,不同的是头孢菌素C的母核是7-氨基头孢烷酸(7-ACA),而青霉素的母核则是6-氨基青霉烷酸,正是由于这种结构上的差异,使得头孢菌素C有着更强的稳定性。头孢菌素类C因其抗菌谱广和不良反应发生率低的特点,是临床上广泛使用的消炎、抗菌药物,也是生产各种注射用半合成头孢菌素的基本原料。
头孢菌素C主要采用发酵法生产,产量不够高,发酵过程中易产生大量杂质,例如DOCPC(脱乙酰氧头孢菌素C),因此需要对其发酵工艺进行改进。但是,由于头孢菌素C发酵是一个受多种代谢调控反应控制的复杂的生物合成过程,发酵过程中反应步骤较多,影响因素多,例如培养基成分、发酵液粘度、溶氧、菌体浓度等多种因素都会影响产量,而且各个因素之间会相互影响,因此对头孢菌素C发酵工艺进行优化较为困难。
目前的研究理论认为,补水可以提高溶氧量,因此补水工艺可以在一定程度上提高发酵的产量,但是实践发现,通过补水大幅度提高产量的难度大,与发酵的其他条件息息相关,补水工艺难以确定。因此,未见关于头孢菌素C发酵的具体补水工艺的报道,也未见补水工艺可以降低头孢菌素C杂质含量的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有补水工艺的头孢菌素C的发酵方法。
本发明提供了一种头孢菌素C的发酵方法,它包括如下步骤:
a、取顶头孢霉菌,制备一级种子、二级种子;
b、取步骤a制备的二级种子,接种至顶头孢霉菌发酵培养基中发酵,发酵30~110h后进行补水;
c、取步骤b所得发酵液,分离纯化,即得头孢菌素C。
其中,步骤a所述顶头孢霉菌为保藏号为ATCC36225的顶头孢霉菌。
其中,步骤b所述发酵的条件为:发酵时间为130h;0~40h的温度为28℃,40~130h的温度为24℃;pH为5.6。
其中,步骤b所述补水的体积为发酵液总体积的5~20%。
进一步的,所述补水的时间为发酵40~80h后,补水的体积为发酵液总体积的10~12%。
更进一步的,所述补水的时间为发酵60h后,补水的体积为发酵液总体积的12%。
其中,步骤b所述补水的流加量为100~500L/h。
其中,步骤b所述补水的停止时间为发酵开始后120h。
其中,步骤b中,在发酵过程的以下时间段内补入葡萄糖溶液和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h,连续流加4~11g/L·h;80~130h,连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h,连续流加1~6g/L·h;90~130h,连续流加3~8g/L·h;
其中,葡萄糖溶液的浓度为600-700g//L。
其中,步骤b所述发酵培养基包括如下成分:步骤b所述发酵培养基包括如下成分:玉米浆39~76重量份、植物油49~71体积份、葡萄糖4~13重量份、水解淀粉19~31重量份、甲硫氨酸2~9重量份、花生粉9~21重量份、消泡剂1.4~4体积份、碳酸钙4~11重量份、硫酸镁1~6重量份、硫酸铵7~16重量份、硫酸亚铁0.04~0.1重量份、硫酸锰0.01~0.05重量份、硫酸锌0.01~0.05重量份、硫酸铜0.01~0.05重量份。
所述重量份和体积份的关系为:重量份每g对应体积份每ml。
进一步的,所述发酵培养基包括如下成分:玉米浆50重量份,豆油55体积份,葡萄糖8重量份,水解淀粉26重量份,甲硫氨酸4重量份,花生粉15重量份,消沫剂2体积份,碳酸钙6重量份,硫酸镁4重量份,硫酸铵13重量份,硫酸亚铁0.09重量份,硫酸锰0.03重量份,硫酸锌0.025重量份,硫酸铜0.025重量份。
DOCPC为头孢菌素C生产过程中的关键杂质,该杂质含量在提取过程中极难除去,因此在源头减量成为减少DOCPC含量的关键。
本发明提供一种发酵生产头孢菌素C的方法,在发酵过程中特定的时间内进行补水,可同时达到头孢菌素C单罐批产量提高、DOCPC杂质含量显著降低的效果,大幅度降低成本,工业应用前景良好。
显然,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
具体实施方式
下面以实施例作进一步说明,但本发明不局限于这些实施例。
实施例1本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养30h开始流加无菌水,每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的15%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表1:
表1发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
30 |
15% |
2734.4 |
0.83 |
实施例2本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养40h开始流加无菌水每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的12%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表2:
表2发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
40 |
12% |
2747.8 |
0.79 |
实施例3本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养60h开始流加无菌水,每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的12%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表3:
表3发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
60 |
12% |
2861.4 |
0.65 |
实施例4本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养80h开始流加无菌水,每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的10%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表4:
表4发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
80 |
10% |
2796.3 |
0.88 |
实施例5本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养100h开始流加无菌水,每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的8%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表5:
表5发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
100 |
8% |
2716.1 |
0.91 |
实施例6本发明发酵生产头孢菌素C的方法
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
发酵培养110h开始流加无菌水,每小时的流加量在100~500L/h,流加至120h停止,累计加量为发酵液体积的5%。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表6:
表6发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
110 |
5% |
2694.6 |
0.93 |
对比例1现有方法制备头孢菌素C
1、发酵方法
(1)制备一级种子
取保藏编号为ATCC36225的顶头孢霉菌茄子瓶斜面,制备的菌悬液25%(m重量份/体积份)。按照1%的接种量接种至种子培养基中,在pH为7.0、27℃培养50h。
一级种子培养基:玉米浆20g,豆油35mL,葡萄糖13g,蔗糖10g,消沫剂0.5g,碳酸钙1g。
(2)制备二级种子
取一级种子按照8%接种量接种于二级种子培养基中,在pH为6.5、27℃培养50h。
二级种子培养基:玉米浆16g,豆油40mL,葡萄糖6g,消沫剂0.5g,碳酸钙4g,硫酸钙5g,花生粉4g,黄豆粉4g。
(3)发酵
取二级种子按照18%接种量接种于发酵培养基中,培养130h,0~40h 28℃,40~130h 24℃,pH为5.6。
发酵培养基:玉米浆50g,豆油55mL,葡萄糖8g,水解淀粉26g,甲硫氨酸4g,花生粉15g,消沫剂2mL,碳酸钙6g,硫酸镁4g,硫酸铵13g,硫酸亚铁0.09g,硫酸锰0.03g,硫酸锌0.025g,硫酸铜0.025g。
培养期间,发酵罐进行补料:在以下时间段内补入葡萄糖溶液(葡萄糖的浓度为600-700g//L)和植物油,工艺如下:
葡萄糖溶液:40~80h连续流加4~11g/L·h;80~130h连续流加9~21g/L·h;
植物油:50~90h连续流加1~6g/L·h;90~130h连续流加3~8g/L·h。
整个发酵过程不补水。
2、实验结果
发酵结束后,取发酵罐发酵液通过微孔滤膜过滤,得滤液。
效价检测:取1g发酵液与50mL的容量瓶中加水至刻度摇匀,制备得到头孢菌素C混合液,取制得的头孢菌素C,分别检测效价。
色谱条件如下:色谱柱:Hypersil ODS5um×4.6mm×250mm,波长:254nm,流速:1mL/min,进样量:20uL。
放罐总十亿为头孢菌素C的产量单位。发酵罐容积为500m3。
放罐总十亿的计算方式为:十亿=效价(μg/mL)*体积(m3)/1000
发酵实验结果见表7:
表7发酵实验结果
补水时间(h) |
补水量 |
放罐总十亿 |
DOCPC组分(%) |
0 |
0 |
2580.5 |
1.11 |
将本发明方法(实施例1~6)及现有方法(对比例1)的参数及发酵结果进行归纳,见表8。
表8发酵结果比较
由表8可以看出:与现有方法相比,使用本发明方法发酵头孢菌素C时,可使头孢菌素C的单罐产量提高4.42%以上,DOCPC杂质含量降低16.22%以上,在提高头孢菌素C产量的同时,大大降低了杂质含量。
在优选范围内(实施例2~4记载的工艺范围),单罐头孢菌素C的产量可提高6.48%以上,DOCPC杂质含量降低20.72%以上;在最佳工艺参数下(实施例3的工艺参数),单罐头孢菌素C的产量可提高10.89%,DOCPC杂质含量降低41.44%,显著降低生产成本,经济效益显著。
综上,本发明方法通过特定的发酵方法,可同时达到头孢菌素C单罐批产量提高、DOCPC杂质含量显著降低的技术效果,大幅度降低生产成本,具有非常良好的工业应用前景。