CN106801076A - 一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,属于发酵工程技术领域,该方法包括孢子培养、种液制备、一级种子培养、二级种子培养、发酵生产和补料控制集中工艺手段,其中,本发明主要提供了一级种子培养基、二级种子培养基和发酵培养基的成分及配比,同时在补料控制阶段进行补糖、补水、补消泡剂、补碱和补氮操作,并分别对补料时间、补料成分及补料量加以控制。该方法依赖高效、低成本发酵生产庆大霉素C1a的培养基,在发酵过程中进行工艺控制,提高了发酵单位,产量提高了43%,同时最大限度降低了生产成本,是庆大霉素C1a生产中是十分实用的。
Description
技术领域
本发明属于发酵工程技术领域,具体涉及庆大霉素的发酵生产,特别是涉及一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法。
背景技术
庆大霉素C1a是国内首创、具备独立知识产权的一类半合成新药衣替米星的母核前体。传统制备C1a的方法是采用树脂分离技术从多组分庆大霉素中提取C1a单组份,由于各组分之间结构类似,物理化学性质相近,且产量相当,导致了提取成本居高不下,市场上高纯度C1a售价居高不下。
已有文献中从科研角度报道了利用发酵摇瓶孵育种液然后进行庆大霉素C1a发酵培养,但是尚未真正实现工业化生产,对在生产过程中如何实践应用及各参数指标的确定并不十分清晰。目前发酵庆大霉素C1a的培养基和工艺基本借鉴了庆大霉素发酵生产的工艺,但是在工艺生产中存在小单孢菌产素率低、发酵用料多和周期长等问题,造成生产成本普遍较高,另外由于庆大霉素C1a菌株本身与庆大霉素生产菌株虽然同属于小单孢菌属但是生理代谢特性存在较大差异,而专属用于庆大霉素C1a生产的发酵培养基和培养方法并不完善。因此,改进庆大霉素C1a的生产方法已势在必行。如何通过调整培养基配方和工艺控制,使得发酵液组分与效价均达到一个理性的水平,同时降低庆大霉素C1a发酵的生产成本,有待进一步研究。
发明内容
针对上述庆大霉素C1a发酵生产的现状,本发明的目的在于提供一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,该方法依赖高效、低成本发酵生产庆大霉素C1a的培养基,在发酵过程中进行工艺控制,提高了发酵单位和产量,同时最大限度降低了原辅料成本。
一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,包括孢子培养、种液制备、一级种子培养、二级种子培养、发酵生产和补料控制的步骤,其中:
所述一级种子培养所用培养基为一级种子培养基,其组分及质量百分数如下:可溶性淀粉0.8%-2.0%、玉米粉1%-3%、甘氨酸 0.3%-1.2%、谷氨酸0.8%-2.0%、烟酰胺1.5%-3.0%、葡萄糖1.0%-3%、硫酸铵0.05%-0.5%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01-0.05%,其余为水;
所述二级种子培养所用培养基为二级种子培养基,其组分及质量百分数如下:可溶性淀粉1%-4%、玉米粉1%-3%、烟酰胺 1.5%-3.0%、酵母粉 1.0%-5.0%、葡萄糖1.0%-3%、硫酸铵0.05%-0.5%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01%-0.05%,其余为水;
所述发酵生产所用培养基为发酵培养基,其组分及质量百分数如下:可溶性淀粉1%-4%、玉米粉1%-3%、甘氨酸0.3%-1.2%、谷氨酸 0.8%-2.0%、烟酰胺 1.5%-3.0%、酵母粉1.0%-5.0%、葡萄糖1%-3%、硫酸铵0.05%-0.5%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01-0.05%,其余为水;
所述补料控制是在发酵生产过程中进行补糖、补水、补消泡剂、补碱和补氮操作:
补糖控制:全程还原糖浓度控制在1-20g/L,从发酵开始至60h,当还原糖浓度低于5g/L时开始补糖,补糖量= ;发酵60h后当还原糖浓度低于5g/L时,补糖量= ;放罐前4h停止补糖;
补水控制:发酵前50h不补水,50h后黏度达到2000cp时开始补水,补水按照流加方式补入,黏度低于2000cp时停止补水;
补消泡剂控制:一次性补入1-5L无菌消泡剂;
补碱控制:当pH低于6.5时开始补碱,采用流加方式维持pH在6.5-7.5之间;
补氮控制:当氨态氮浓度低于1mg/L时开始补氮,达到5mg/L停止补氮。
进一步的,所述种液制备的过程为:刮取斜面孢子,制备孢子悬浮液;将孢子悬浮液接入无菌小型发酵罐中,在34-38℃、100-300rpm/min和通气比为0.5-15VVM的条件下培养24-48h,得种液。
进一步的,所述补糖控制中补充的是质量百分数为50%的葡萄糖水溶液。
进一步的,所述补水控制中补充的是经高压蒸汽灭菌的纯化水。
进一步的,所述补氮控制中补充的是质量百分数为10%的硫酸铵水溶液。
进一步的,所述消泡剂是与纯化水以1:3的体积比混合后使用。
进一步的,所述补碱控制中补充的是质量百分数为10%的氢氧化钠水溶液。
本发明的技术优势:
1、本发明所述工艺方法有效地提高了庆大霉素C1a产生菌的代谢合成能力,缩短了发酵培养周期,提高了产素率,与常规发酵工艺相比,采用本发明所述方法得到的发酵液菌体浓度稍有增高,黏度降低了1倍以上,有效缓解了发酵中后期菌体代谢抑制现象;发酵周期缩短了约20h,染菌率降低了2.2%,发酵液效价与发酵指数都有所提高,庆大霉素C1a的产量提高了43%。因此,本发明所述工艺方法在庆大霉素C1a的发酵生产中是行之有效的。
2、本发明所述工艺方法主要在培养基配方及补料控制两个方面对庆大霉素C1a的生产进行调控。其在培养基中加入了甘氨酸、谷氨酸、烟酰胺和酵母粉等氮源成分,在满足菌体生长与代谢的同时,对发酵过程中营养分子间的有效转化、能量传递、酶活性调控和培养环境的平衡等方面起重要作用,最终提高了庆大霉素C1a的产量,其产量与文献报道的工艺相比提高了30%以上,另一方面,减少了发酵过程中小工艺参数的调控次数,大大降低了发酵成本。
3、本发明在庆大霉素C1a产生菌的种液制备阶段,用小型发酵罐代替了传统摇瓶培养,扩大了培养体积,减少接种次数从而降低了染菌概率,通过有效控制发酵罐中的条件参数提高了菌种活性,增加了其代谢合成能力,最终使发酵单位达到了1000u/mL以上。另外,由于在庆大霉素的合成过程中有转氨的过程,本发明在适当调整发酵培养中氮源的同时,在发酵中后期的补料阶段补充适量无机氮源硫酸铵,这对庆大霉素C1a组分的合成是有利的,这可能是因为无机氮源不易为菌体转化为菌体蛋白,它既保证了在有机氮源相对匮乏的情况下氨基化的需要,同时又不会刺激菌丝的生长,故培养基氮源与补料无机氮源相辅相成,对庆大霉素发酵条件的改善是十分有利的。
具体实施案例
下面通过具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
按照表1的成分配比配制一级种子培养基、二级种子培养基和发酵培养基,将所配制的培养基经高压蒸汽灭菌,备用。
将保存的处于休眠状态的用于生产庆大霉素C1a的小单孢菌接种到斜面培养基上活化并进行培养,然后用无菌水刮取一只或两只斜面孢子并用移液器吸取至无菌三角瓶中,制备孢子悬浮液;将孢子悬浮液在火焰保护下接入无菌小型发酵罐中,在温度36℃、转速200rpm/min和通气比7.5VVM的条件下培养36h,制备种液。
一级种子培养:在2m3种子罐中加入一级种子培养基,使用无菌空气保压,然后利用压差计将1L培养好的种液接种到一级种子罐中,过程中控制罐压0.04~0.08Mpa;罐温33~38℃;空气流量0.5:1~ 1:1;转速150rpm;pH值6.0-8.0;培养时间45h。培养好的一级种子液菌体浓度在21%,pH值为7.0,无杂菌污染。
二级种子培养:在15m3种子罐中加入二级种子培养基,使用无菌空气保压,然后将培养好的一级种子液全部移入二级种子罐进行培养。过程中控制罐压0.04~0.08Mpa;罐温33~38℃;空气流量0.5:1~1:1;转速100rpm;pH值6.0-8.0;培养时间43h。培养好的二级种子液菌体浓度在30%,pH值为7.0,无杂菌污染。
发酵培养:在60m3种子罐中接入发酵培养基,使用无菌空气保压,然后将培养好的二级种子液全部移入发酵罐中进行培养。过程中控制罐压0.04~0.08Mpa;罐温33~38℃;空气流量0.5:1~1:1;转速100-150rpm;pH值6.0-8.0;过程中还原糖浓度维持在1-10g/L;发酵周期为110h,放罐菌浓为35%,发酵效价为1132u/ml,pH值7.5。
在发酵培养过程中进行补料控制:补糖:全程还原糖浓度控制在1-20g/L,当还原糖浓度低于5g/L时开始补糖,补糖量(g/L)计算公式为:发酵体积*(10-还原糖浓度)/50%;60h后补糖量(g/L)计算公式:发酵体积*(5-还原糖浓度)/50%;放罐前4h停止补糖。
补水:前50h不补水,50h后黏度达到2000cp时开始补水,补水按照流加方式补入,黏度低于2000cp时停止补水。
补氮:补氮按照氨态氮浓度为依据补入,当氨态氮浓度低于1mg/L时开始补氮,达到5mg/L停止补氮。
补消泡剂:出现泡沫大,一次性补入1-5L灭菌的消泡剂(视泡沫情况而定)。
补碱控制:当pH低于6.5时开始补碱,采用流加方式维持pH在6.5-7.5之间。
表1:培养基成分及配比
注:表1中%表示质量百分数。
对照例1
按照表2的成分配比配制一级种子培养基、二级种子培养基和发酵培养基,将所配制的培养基经高压蒸汽灭菌,备用。
表2:培养基成分及配比
注:表2中%表示质量百分数。
将保存的处于休眠状态的用于生产庆大霉素C1a的小单孢菌接种到斜面培养基上活化并进行培养,然后用无菌水刮取一只斜面孢子并用移液器吸取至1L的无菌三角瓶中,加入150mL培养基后置于37℃、200rpm/min的恒温摇床中培养36h,制备摇瓶种液。
一级种子培养:在2m3种子罐中加入一级种子培养基,使用无菌空气保压,然后利用压差计将培养好的摇瓶种液接种到一级种子罐中,共接种1L摇瓶种液,过程中控制罐压0.04~0.08Mpa;罐温33~38℃;空气流量0.5:1~ 1:1;转速150rpm;pH值6.0-8.0;培养时间45h。培养好的一级种子液菌体浓度在21%,pH值为7.0,无杂菌污染。
二级种子培养与发酵培养过程与实施例1相同。
在发酵培养过程中进行补料控制:
补全料:从发酵20h后开始补料,一个周期内补料3次。
补氨水:自发酵33小时后开始补氨水,每4小时补一次,每次10-15L,使发酵罐中氨基氮浓度不低于45mg/100mL。
补碱:调节发酵液pH,保持发酵液pH在6.8-7.2之间。
对实施例1与对照例1发酵结束后得到的发酵液在效价、菌浓、发酵周期、发酵指数等方面进行评价。如下表3所示,
表3:发酵液质量评价
结果表明,采用常规发酵方式的对照例得到的发酵液在发酵过程中由于黏度增加,氧传递受阻,菌体呼吸受到抑制,无氧呼吸相对增加,产生酸性物质,同时发酵过程中菌体产生的代谢产物释放到发酵液中,都会影响发酵液的pH,培养环境中缺乏缓冲成分就会导致pH下降呈现酸性。与对照例相比,采用本发明所述工艺方法的实施例得到的发酵液菌体浓度稍有增高,黏度降低了1倍以上,pH和放罐体积变化均不大,同时发酵周期缩短了约20h,染菌率降低了2.2%,效价与发酵指数都有所提高,庆大霉素C1a的产量提高了43%。因此,本发明所述工艺方法依赖高效、低成本庆大霉素C1a培养基,在发酵过程中进行工艺控制,提高了发酵单位和产量,同时最大限度降低了原辅料成本,是在工业生产中行之有效的方法。
需要说明的是,本发明所述实施例为说明性的,并不以此限定本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准,在不脱离本发明实质和精神的前提下,对本发明所做的同等替换或修改,均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,包括孢子培养、种液制备、一级种子培养、二级种子培养、发酵生产和补料控制的步骤,其特征在于:
所述一级种子培养所用培养基为一级种子培养基,其组分及质量百分数如下:可溶性淀粉0.8%-2.0%、玉米粉1%-3%、甘氨酸 0.3%-1.2%、谷氨酸0.8%-2.0%、烟酰胺1.5%-3.0%、葡萄糖1.0%-3%、磷酸二氢钾0.05%-0.5%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01-0.05%,其余为水;
所述二级种子培养所用培养基为二级种子培养基,其组分及质量百分数如下:可溶性淀粉1%-4%、玉米粉1%-3%、烟酰胺 1.5%-3.0%、酵母粉 1.0%-5.0%、葡萄糖1.0%-3%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01%-0.05%,其余为水;
所述发酵生产所用培养基为发酵培养基,其组分及其质量百分数如下:可溶性淀粉1%-4%、玉米粉1%-3%、甘氨酸0.3%-1.2%、谷氨酸 0.8%-2.0%、烟酰胺 1.5%-3.0%、酵母粉1.0%-5.0%、葡萄糖1%-3%、硝酸钾0.01%-0.5%、碳酸钙0.4%-1.0%、氯化钴0.001%-0.005%、氯化钙0.01%-0.05%、泡敌0.01%-0.05%和消沫剂0.01-0.05%,其余为水;
所述补料控制是在发酵生产过程中进行补糖、补水、补消泡剂、补碱和补氮操作:
补糖控制:全程还原糖浓度控制在1-20g/L,从发酵开始至60h,当还原糖浓度低于5g/L时开始补糖,补糖量=;发酵60h后当还原糖浓度低于5g/L时,补糖量=;放罐前4h停止补糖;
补水控制:发酵前50h不补水,50h后黏度达到2000cp时开始补水,补水按照流加方式补入,黏度低于2000cp时停止补水;
补消泡剂控制:一次性补入1-5L无菌消泡剂;
补碱控制:当pH低于6.5时开始补碱,采用流加方式维持pH在6.5-7.5之间;
补氮控制:当氨态氮浓度低于1mg/L时开始补氮,达到5mg/L停止补氮。
2.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述种液制备的过程为:刮取斜面孢子,制备孢子悬浮液;将孢子悬浮液接入无菌小型发酵罐中,在34-38℃、100-300rpm/min和通气比为0.5-15VVM的条件下培养24-48h,得种液。
3.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述补糖控制中补充的是质量百分数为50%的葡萄糖水溶液。
4.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述补水控制中补充的是经高压蒸汽灭菌的纯化水。
5.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述补氮控制中补充的是质量百分数为10%的硫酸铵水溶液。
6.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述消泡剂是与纯化水以1:3的体积比混合后使用。
7.如权利要求1所述的一种发酵生产庆大霉素C1a的工艺方法,其特征在于:所述补碱控制中补充的是质量百分数为10%的氢氧化钠水溶液。
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