CN112266946A - 一种四环素发酵用混合氮源及其在四环素发酵中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四环素发酵用混合氮源及其在四环素发酵中的应用方法，本发明将由豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖组成的混合物用乳酸杆菌发酵降解成混合氮源，作为四环素发酵基础料及补料的新型有机氮源使用，其中应用在发酵基础料中，能使发酵初级代谢达到一定的菌体量并维持良好的菌体质量；应用在补料中，可促进菌体由初级代谢进入次级代谢时的代谢产物合成，提高菌体产素能力；尤其是该新型混合氮源在发酵后期能够得到充分彻底利用，降低发酵结束时的物质残留，最终有效降低原材料成本，并缩短发酵周期，提高发酵效率。

Description

一种四环素发酵用混合氮源及其在四环素发酵中的应用方法

技术领域

本发明属于生物与新医药技术领域，特别是涉及一种四环素发酵用混合氮源及其在四环素发酵中的应用方法。

背景技术

氮源是生物发酵过程中必不可少的元素。常用的氮源分为有机氮源和无机氮源，其中有机氮源为迟效氮源，含有少量糖类、脂肪、无机盐和生长因子，在生物代谢中作为构成微生物细胞或代谢产物中的氮素，同时也可以是培养基中碳源不足时作为碳源的碳架补充。

四环素是一类四环类抗生素，常采用生物发酵法（金色链霉菌为发酵菌株）生产。生物发酵过程中使用大量黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉等农副产品作为主要的氮源物质，供菌体生长繁殖，并在一定时期达到一定的菌丝量，使其代谢合成有效目标产物。目前，四环素发酵过程中有机氮源黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉等农副产品的用量约占原材料总量的20～30%，就其成本来说就占总原材料成本的15～25%，而且农副产品本身存在质量稳定性差的缺陷，其质量的波动会给发酵带来巨大损失，同时黄豆饼粉、酵母粉等还存在代谢缓慢、利用不彻底等问题，致使发酵周期延长，发酵结束时残留量高，给发酵后的提取及环保处理造成困难，并形成新的浪费。因此，在四环素发酵过程中减少发酵代谢波动，降低迟效氮源残留，缩短发酵周期，提高发酵效率是本行业需要解决的主要问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种四环素发酵用混合氮源，通过该混合氮源的使用以减少发酵代谢波动及氮源残留，缩短发酵周期，提高发酵效率。

本发明的另一目的是提供上述混合氮源在四环素发酵中的应用方法。

为实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

一种四环素发酵用混合氮源，其特征在于该混合氮源是将由豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖组成的混合物用乳酸杆菌发酵降解而成。

所述混合氮源的原料组成为：豆粕粉1.0～2.0%，玉米胚芽粉2.5～3.5%，尿素0.1～0.5%，磷酸二氢钾0.01～0.05%，葡萄糖0.5～1.0%，按重量体积比配制。

所述混合氮源的发酵培养过程为：将豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖按比例配料，然后接入1～3%乳酸杆菌活化液，在温度38±2℃，搅拌状态下密闭培养7～10天即可。

上述混合氮源在四环素发酵中的应用，其特征在于，以金色链霉菌为菌种发酵生产四环素的过程中，将所述混合氮源作为四环素发酵基础料及补料的新型有机氮源使用。

将混合氮源应用于四环素发酵基础料时，发酵基础料组成为：淀粉6.0～8.0%，混合氮源3.0～4.0%，硫酸铵0.4～0.6%，碳酸钙0.5～0.7%，溴化钠0.2～0.35%，M-促进剂0.002～0.003%，按重量体积比配制。

将混合氮源应用于四环素发酵补料时，补料培养基组成为：淀粉20～30%，中温淀粉酶为淀粉量的3‰，混合氮源2.0～3.0%，溴化钠0.2～0.3%，M-促进剂0.002～0.003%，适量消沫剂，按重量体积比配制。

四环素培养过程按照目前现有技术公开的培养方式控制，具体可以是：淀粉2.5%，豆粉2.5，酵母粉0.5%，玉米浆0.5%，硫酸铵0.3%，轻质碳酸钙0.3%，溴化钠0.2% 按重量体积比配制灭菌，在培养温度32～35℃，通气量1：0.4v/v/min并搅拌，培养22～26hr得种子液。将种子液按接种量15～25%接入灭菌好的发酵基培养基，在温度30～35℃，通气比1：0.5～1.0v/v/min，搅拌状态下培养，发酵过程保证溶氧20%以上，并注意补料，培养120～140hr放罐，得到含有四环素的发酵液。补料包含补入补料培养基和氨水，具体措施是：根据总糖水平补入补料培养基，当发酵液总糖降至3.0%开始补入补料培养基，控制总糖1.0～2.0%；补入15%氨水控制产物合成的最佳pH，pH下降至6.0以下开始补入，全程控制pH5.7～6。

本发明将由豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖组成的混合物用乳酸杆菌发酵降解成新型的混合氮源，作为四环素发酵基础料及补料的新型有机氮源使用，其中应用在发酵基础料中，能使发酵初级代谢达到一定的菌体量并维持良好的菌体质量；应用在补料中，可促进菌体由初级代谢进入次级代谢时的代谢产物合成，提高菌体产素能力；尤其是该新型混合氮源在发酵后期能够得到充分彻底利用，降低发酵结束时的物质残留，最终有效降低碳源原材料成本，并缩短发酵周期，提高发酵效率。

采用本发明的混合氮源，可使发酵液粘度降低50%，通气量降低50%，搅拌转速降低50%，发酵过程能耗降低30%～40%，同时减少补料量及有机氮源投入，节约原材料成本20%以上。

采用本发明的混合氮源，可使四环素发酵周期缩短至120～140hr，发酵指数提高10%以上，放罐时发酵液中的固含量减少15%以上。

具体实施方式

下面用实例予以说明本发明，应该理解的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。

实施例1

1.种子液制备：

将培养好的金色链霉菌斜面孢子接种于灭菌好的种子培养基中进行种子培养，培养温度32～35℃，通气量1：0.4v/v/min并搅拌，培养22～26hr得种子液。

所述种子培养基组成为：淀粉2.5%，豆粉2.5%，酵母粉0.5%，玉米浆0.5%，硫酸铵0.3%，轻质碳酸钙0.3%，溴化钠0.2%，按重量体积比配制，灭菌处理。

2.混合氮源制备

按照如下配比配制有机氮源培养基：豆粕粉（80目全过）1.0%，玉米胚芽粉3.5%，尿素：0.1%，磷酸二氢钾0.01%，葡萄糖0.5%，按重量体积比配制。

接种培养：储罐用蒸汽吹扫消毒，配制混合氮源培养基，接入1%乳酸杆菌活化液，在温度38±2℃，搅拌200转，密闭条件下培养9天，得混合氮源备用。

混合氮源检测参数：干物质≧3.82%，总氮≧7.28%，乳酸≧1.84%，溶磷≧1650μg/ml。

3.四环素发酵培养

将过程1制备的种子液按18%接种量接种于灭菌好的发酵培养基中进行培养，控制培养温度32℃，通气比1：0.5～0.7v/v/min，搅拌，发酵过程中注意补料，同时保证发酵过程中溶氧20%以上。

上述发酵培养基（发酵基础料）组成为：淀粉6.0%，混合氮源3.0%，硫酸铵0.6%，碳酸钙0.5%，溴化钠0.3%，M-促进剂0.002%，按重量体积比配制。

上述补料培养基组成为：淀粉20%，中温淀粉酶为淀粉量的3‰，混合氮源3.0%，溴化钠0.2%，M-促进剂0.002%，适量消沫剂。在75～80℃保温液化15分钟，然后升温至118±1℃保温20分钟。

在发酵液总糖降至3.0%以下时将补料培养基补入发酵系统，控制发酵液总糖1.0～2.0%，通入质量浓度15%氨水控制pH5.7～6.0。

发酵培养122hr放罐，得到含有四环素的发酵液。经测算，发酵效价30212 u/ml，发酵指数2.013 u/ml•h，放罐固含量15%。

实施例2

1.种子液制备：同实施例1。

2. 混合氮源制备

按照如下配比配制有机氮源培养基：豆粕粉（80目全过）1.5%，玉米胚芽粉2.5%，尿素：0.25%，磷酸二氢钾0.025%，葡萄糖0.9%，按重量体积比配制。

接种培养：储罐用蒸汽吹扫消毒配料，配制混合氮源培养基，接入1%乳酸杆菌活化液，温度38±2℃，搅拌200转，密闭培养8天，得混合氮源备用。

混合氮源检测参数：干物质≧3.98%，总氮≧7.42%，乳酸≧1.82%，溶磷≧1780μg/ml。

3. 四环素发酵培养

将过程1制备的种子液按18%接种量接种于灭菌好的发酵培养基中，培养温度33℃，通气比1：0.6～0.8v/v/min，搅拌，发酵过程中注意补料，同时保证发酵过程中溶氧20%以上。

上述发酵培养基组成为：淀粉7.0%，混合氮源4.0%，硫酸铵0.4%，碳酸钙0.6%，溴化钠0.25%，M-促进剂0.0025%，按重量体积比配制。

上述补料培养基组成为：淀粉25%，中温淀粉酶为淀粉量的3‰，混合氮源2.5%，溴化钠0.2%，M-促进剂0.0025%，适量消沫剂。在75～80℃保温液化15分钟，升温至118±1℃保温20分钟。

当发酵液总糖降至3.0%以下时将补料培养基补入发酵系统，控制发酵液总糖1.0～2.0%，通入15%的氨水控制pH5.7～6.0。

发酵培养125hr放罐，得到含有四环素素的发酵液。经测算，发酵效价31089 u/ml，发酵指数2.102 u/ml•h，放罐固含量17%。

实施例3

1.种子液制备：同实施例1。

2. 混合氮源制备

按照如下配比配制有机氮源培养基：豆粕粉（80目全过）2.0%，玉米胚芽粉3.0%，尿素：0.5%，磷酸二氢钾0.05%，葡萄糖1.0%，按重量体积比配制。

接种培养：储罐用蒸汽吹扫消毒配料，配制混合氮源培养基，接入1%乳酸杆菌活化液，温度38±2℃，搅拌200转，密闭培养7天，得混合氮源备用。

混合氮源检测参数：干物质≧4.02%，总氮≧7.19%，乳酸≧1.79%，溶磷≧1802μg/ml。

3. 四环素发酵培养

将过程1制备的种子液四环素发酵20%接种量接种于灭菌好的发酵培养基中，培养温度33℃，通气比1：0.7～1.0v/v/min，搅拌，发酵过程中注意补料，同时保证发酵过程溶氧20%以上。

上述发酵培养基组成为：淀粉8.0%，混合氮源3.5%，硫酸铵0.5%，碳酸钙0.7%，溴化钠0.30%，M-促进剂0.003%，按重量体积比配制。

上述补料培养基组成为：淀粉30%，中温淀粉酶为淀粉量的3‰，混合氮源2.0%，溴化钠0.3%，M-促进剂0.003%，适量消沫剂。在75～80℃保温液化15分钟，118±1℃保温20分钟，总糖降至3.0%以下时补入发酵系统，控制发酵液总糖1.0～2.0%，通入15%的氨水控制pH5.7～6.0。

发酵培养135hr放罐，得到含有四环素素的发酵液，发酵效价31982 u/ml，发酵指数2.115 u/ml•h，放罐固含量18%。

对比实施例1

1.种子培养液制备同实施例1。

2.发酵培养：将种子培养液按18%接种量接种于灭菌好的发酵培养基中。

上述发酵培养基组成为：淀粉8.5%，豆粉3.25%，玉米浆3.0%，酵母粉0.8%，硫酸铵0.75%，碳酸钙0.76%，溴化钠0.35%，M-促进剂0.003%，淀粉酶0.03%，按重量体积比配制，液化30分钟后灭菌。

发酵培养：培养温度34～31℃，通气量1：1.2～1.5v/v/min，搅拌，过程补料包括补氮源和碳源混合料，发酵过程中保证溶氧20%以上，培养180hr放罐，得到含有四环素素的发酵液。

上述氮源为15%氨水，pH6.1以下首次补料，控制pH5.7～6.0；

上述碳源混合料为：淀粉40%，玉米浆2.2%，酵母粉0.6%，溴化钠0.32%，M-促进剂0.0025%，碳酸钙0.75%，淀粉酶0.03%，混合后先液化30分钟后灭菌，灭菌条件：120～122℃，保压30分钟所得。根据总糖水平补入碳源混合料，当总糖降至5.0%以下首补，控制发酵液中总糖水平2.5～4.0%。

发酵培养183hr放罐，效价30219 u/ml，发酵指数1.893 u/ml•h，总糖2.80%，固含量40%。

对比实施例2

1.种子制备同实施例1。

2. 发酵培养：将种子培养液按18%接种量接种于灭菌好的发酵培养基中。

上述发酵培养基组成为：淀粉8.5%，豆粉3.25%，玉米浆3.0%，酵母粉0.8%，硫酸铵0.75%，碳酸钙0.76%，溴化钠0.35%，M-促进剂0.003%，淀粉酶0.03%，按重量体积比配制，液化30分钟后灭菌。

发酵培养：培养温度31～34℃，通气量1：1.2～1.5v/v/min，搅拌，过程补料包括补氮源和碳源混合料，发酵过程保证溶氧20%以上，培养180hr放罐，得到含有四环素素的发酵液。

3.过程补料

上述氮源为15%氨水，pH6.1以下首次补料，控制pH 5.70～6.0；

上述碳源混合料为：淀粉40%，玉米浆2.2%，酵母粉0.6%，溴化钠0.32%，M-促进剂0.0025%，碳酸钙0.75%，淀粉酶0.03%，混合后先液化30分钟后灭菌，灭菌条件：120～122℃，保压30分钟所得。根据总糖水平补入碳源混合料，总糖降至5.0%以下首补，控制总糖水平2.5～4.0%。

发酵培养183hr放罐，效价30219 u/ml，发酵指数1.893 u/ml•h,总糖2.80%，固含量40%。

Claims (7)

1.一种四环素发酵用混合氮源，其特征在于该混合氮源是将由豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖组成的混合物用乳酸杆菌发酵而成。

2.按照权利要求1所述的四环素发酵用混合氮源，其特征在于所述混合氮源的原料组成为：豆粕粉1.0～2.0%，玉米胚芽粉2.5～3.5%，尿素0.1～0.5%，磷酸二氢钾0.01～0.05%，葡萄糖0.5～1.0%，按重量体积比配制。

3.按照权利要求1所述的四环素发酵用混合氮源，其特征在于所述混合氮源的发酵过程为：将豆粕粉、玉米胚芽粉、尿素、磷酸二氢钾和葡萄糖按比例配料，然后接入1～3%乳酸杆菌活化液，在温度38±2℃，搅拌状态下密闭培养7～10天即可。

4.一种如权利要求1至3所述的混合氮源在四环素发酵中的应用，其特征在于，在以金色链霉菌为发酵菌种生产四环素的过程中，将所述混合氮源作为四环素发酵基础料及补料的新型有机氮源使用。

5.按照权利要求4所述的混合氮源在四环素发酵中的应用，其特征在于，将混合氮源应用于四环素发酵基础料，配比组成为：淀粉6.0～8.0%，混合氮源3.0～4.0%，硫酸铵0.4～0.6%，碳酸钙0.5～0.7%，溴化钠0.2～0.35%，M-促进剂0.002～0.003%，按重量体积比配制。

6.按照权利要求4所述的混合氮源在四环素发酵中的应用，其特征在于，将混合氮源应用于四环素发酵补料的配比组成为：淀粉20～30%，中温淀粉酶为淀粉量的3‰，混合氮源2.0～3.0%，溴化钠0.2～0.3%，M-促进剂0.002～0.003%，适量消沫剂，按重量体积比配制。

7.按照权利要求6所述的混合氮源在四环素发酵中的应用，其特征在于，所述补料培养基根据发酵液总糖水平补入，当发酵液总糖降至3.0%开始补入补料培养基，控制总糖1.0～2.0%。