2011陶瓷工艺学考试重点.doc

头孢菌素C半连续发酵工艺的研究 自1980年青霉素半连续发酵工艺研究成功，使青霉素生产获得质的飞跃。因头孢菌素产生菌种子周期长达172小时，而发酵周期只有126±4小时，并且发酵第一阶段，即菌体形成产抗期时间长(约40±5小时)，再受补料量的限制，致使头C发酵工艺发展缓慢。目前，国内外头C生产一直采取补料分批发酵法，迄今为止，关于头C半连续发酵工艺的研究，在国内外还尚未见报道，本文参照皮尔特(Pirt)的理论，在有限的发酵周期内，结合头C生产经验，对头孢菌素C半连续发酵工艺进行了研究，通过改进现行补料工艺，采用补料并定时放料分批发酵(即半连续发酵)，提高了头C的生产速率，使发酵指数和罐批产量有了较大幅度的提高，收到理想效果。一、材料和方法1、菌种。顶头孢霉HC－98－1菌株系河北中润公司101车间头C生产菌株。2、培养基（1）种子培养基：玉米浆、蔗糖、葡萄糖、DL－蛋氨酸、豆油、CaCO3，pH：6.5－6.6。（2）发酵培养基：玉米浆、淀粉、糊精、蛋氨酸、葡萄糖、油、CaCO3、MgSO4、(NH4)2SO4、FeSO4、MnSO4、ZnSO4、CuSO4，pH：6.0－6.1。3、实验方法（1）降低补料浓度，增大补料量，提高放罐体积。（2）在发酵过程中，不断补料的同时，每隔一定时间取出一定体积的发酵液。（3）头孢菌素C含量用HPLC测定，其色谱条件为：色谱柱为C18，4.6×25mm；流动相为乙腈：乙酸钠缓冲液(1:50)，进样量20μl，流速：2.0ml/min，检测波长：254nm。二、分析结果与讨论1、改变补料浓度与头C产量的关系罐批产量 Pc=V放×μ效价要追求Pc最大化,必须提高放罐体积和发酵单位,放罐体积Vw=V初＋V补＋V代谢－V蒸发－V取样……AV初：接后体积V补：补加油硫铵和氨水体积V代谢：菌体对基质氧化及产物合成产生的水V取样：在整个发酵过程中所取的无菌样和测生化样V蒸发：空气通过发酵液带走的水其计算公式如下：We=ρQ×（P－Pw）/P×(Xout－Xin)×T……Bρ：空气密度(T/M3)Q：通气量(M3/h)P：标准大气压Pw：空气中所含水蒸汽分压Xout：排气中的湿含量Xin：对应于Pw的湿含量T：发酵时间由上式可见，蒸发量??通气量成正比，与空气密度成正比，与空气湿度成反比，所以蒸发量受季节影响较大，这就要求我们设法改进空气分布，提高溶氧，降低通气量，减少蒸发量。由蒸发量计算公式和头C生产统计加料量与放罐体积之间的关系找出全年各月份实际蒸发率实验值见表一。不同月份蒸发量与放罐体积对照结果见表二。表二的放罐体积看到不同季节蒸发量对放罐体积有较大的影响。增大放罐体积的另一主要途径就量增大补料体积，在头C发酵过程中V补料=V油＋V氨水＋V硫铵……C油在头C发酵过程中供能源、菌体碳骨架和参于合成头C分子，它经生化反应产生的水才能增大体积，氨水浓度固定不变只起调PH值，加量较小，硫铵为菌体提供硫原子和氮源，上述三者参加生化反应的综合式为：C57H104O6＋NH3＋H2SO4＋O2→C12H21O8N3S＋CO2↑＋H2O由上式可知头C产量与油和硫铵加量正比的，为此我们结合对C式分析结果把硫铵浓度由原来的22±l％降到13±0.5％其结果如表三。由表三看到降低硫铵浓度后，放罐体积在同月份情况下，可增大2.35m3，即提高5.17％，从而使罐批产量比原来提高6.63％。2、定时放料与头C产量的关系由于硫铵浓度的下降，增大了加料体积，随着发酵时间的延长，发酵罐中发酵液体积和菌丝浓度不断增大，使溶氧不断下降，同时造成罐压升高，空气流量下降，从而打破菌体维持产物合成的平衡，要使菌体处于较高的生产速率，必须使罐内有效体积，菌体生长速率、氧的供需不断地建立一种近似原来的平衡状态，即在不断补料的同时，定时放料，下面是不同时间点带放其罐批产量情况与分批发酵生产情况如表四、表五所示。由表四的结果表明，以第三组试验方法产量最高，因为大罐接后体积为42.5～43m3，前期补料较少，设定蒸发量在整个发酵过程中恒定不变，到65小时V补≈V蒸发，而效价以恒定的生产速率增长是从75小时开始，可持续到110小时，此时发酵体积为43.5～46.5m3，并且罐内有效体积在44～45m3时，单位增长最快，由于人为降低硫铵浓度，增大补料量，94小时罐内体积已达到46m3以上，单位达到13000～14000u/ml，为使其以恒定生产速率生长，必须使罐内体积恢复到44.5m3左右，故94小时带放最佳，这与表四试验结果相一致。由表五结果可见，通过半连续发酵，菌体的平均生产速率比一般的补料分批发酵提高9.45％，从而使罐批产量增大，主要是由于中间带放使菌体代谢尽可能处