春雷霉素生產(chǎn)發(fā)酵工藝優(yōu)化的研究

程倫 李麗霞

摘要：春雷霉素是農(nóng)用抗菌素類殺菌劑，作為一種生物農(nóng)藥，發(fā)酵生產(chǎn)過程中，接種時(shí)間、接種量、pH 控制、碳源的選擇等參數(shù)的選擇，對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生很大的影響，本文通過對(duì)一些參數(shù)的研究，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)出率。

關(guān)鍵詞：春雷霉素；工藝優(yōu)化

一、春雷霉素概述

春雷霉素（Kasugamycin）又稱春日霉素、加收米、加瑞農(nóng)等，是1963年4月從日本奈良縣春日神社境內(nèi)的土壤中分離得到的一種放線菌所產(chǎn)生的氨基糖苷類抗菌素，其產(chǎn)生菌為小金色鏈霉菌。中國(guó)科學(xué)院微生物所于1970年研制成功并命名為春雷霉素。

春雷霉素是農(nóng)用抗菌素類殺菌劑，具有很強(qiáng)的內(nèi)吸滲透性，同時(shí)具有預(yù)防和治療作用，其治療作用更為顯著。春雷霉素通過干擾病原菌氨基酸代謝的酯酶系統(tǒng)，破壞蛋白質(zhì)的生物合成，抑制菌絲的生長(zhǎng)并造成細(xì)胞顆粒化，使病原菌失去繁殖和侵染能力，從而達(dá)到殺死病原菌、防治病害的目的。

作為一種生物農(nóng)藥，春雷霉素在防治稻瘟病上有特效。經(jīng)多年使用，防效一般均在85%以上，有的地方高達(dá)90%。春雷霉素不僅用于防治稻瘟病，還用于防治番茄葉霉病、潰瘍病、黃瓜角斑病、枯萎病、炭疽病、柑桔潰瘍病、辣椒瘡痂病等，效果十分明顯。特別是因其對(duì)人畜無(wú)毒、無(wú)殘留、無(wú)污染，符合現(xiàn)代環(huán)保要求，適合生產(chǎn)蔬菜等綠色食品使用，倍受歡迎，被中國(guó)綠色食品發(fā)展中心推薦為AA級(jí)綠色食品生產(chǎn)資料，被農(nóng)業(yè)部列為無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)推薦農(nóng)藥，被上海市列為蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化工程首推殺菌劑。它低殘留、無(wú)公害等綠色特點(diǎn)，現(xiàn)在為國(guó)內(nèi)外農(nóng)藥發(fā)展的主要方向。

二、春雷霉素的生產(chǎn)工藝

抗生素在發(fā)酵過程中受諸多因素影響，且各因素相互制約。掌握發(fā)酵代謝規(guī)律、微生物與其周圍環(huán)境的相互關(guān)系等手段，可以操控代謝，達(dá)到提高產(chǎn)物的目的。通過分析我們發(fā)現(xiàn)，目前影響單位提高主要有以下幾個(gè)方面：首先是碳源的選擇不合理，發(fā)酵過程中以玉米油為碳源的發(fā)酵代謝水平低，通過選擇新的碳源來提高代謝水平；其次是菌種在穩(wěn)定的 pH 范圍下適宜生長(zhǎng)，有利于提高發(fā)酵單位。再次，選擇新碳源后，其他發(fā)酵條件相應(yīng)進(jìn)行了調(diào)整，以達(dá)到生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。

主要技術(shù)參數(shù)

1.技術(shù)指標(biāo)：發(fā)酵水平：9±1g/l，最高13g/l；發(fā)酵時(shí)間：168±24小時(shí)；收率：≥80%，有效成分含量：≥65%（粉）

2. 發(fā)酵參數(shù)：補(bǔ)料分批發(fā)酵、間歇時(shí)間（h）、發(fā)酵周期（h）、發(fā)酵體積（m3）、放罐體積 （m3）、單產(chǎn)（kg）、最終產(chǎn)品濃度（kg/m3）、最大通風(fēng)（VVM）。

（二）工藝優(yōu)化過程

1.材料準(zhǔn)備

菌種。春雷霉素小金色鏈霉菌。

培養(yǎng)基。一級(jí)種子培養(yǎng)基：高溫黃豆餅粉、NaCl、KH2PO4、酵母粉、飴糖、消沫劑、消后體積300L，消前調(diào)pH6.0以上。

二級(jí)種子培養(yǎng)基：高溫黃豆餅粉、NaCl 、KH2PO4、酵母粉、飴糖、消沫劑， 消后體積6m3，消前調(diào)pH6.0 以上，28攝氏度培養(yǎng)。

發(fā)酵培養(yǎng)基：低溫餅粉、 NaCl 、 KH2PO4、玉米漿、飴糖、消沫劑、計(jì)算體積42m 3，消前調(diào)pH6.2-6.4 。

2.工藝過程

采用一二級(jí)種子罐同步連消，發(fā)酵罐單獨(dú)滅菌的方法。連消溫度由 123℃降至 122℃，防止破壞培養(yǎng)基，保證種子質(zhì)量和及時(shí)移種，相對(duì)延長(zhǎng)了抗生素分泌期，提高發(fā)酵水平。

培養(yǎng)條件。一級(jí)種子培養(yǎng)：在 700L 種子罐中按配比加入培養(yǎng)基，滅菌溫度 120-121℃保溫30分鐘，降溫至 28℃接種進(jìn)行一級(jí)種子培養(yǎng)，攪拌轉(zhuǎn)速270rpm/min ，通氣量 30m3 /h，取樣測(cè)量菌絲量和pH，接種到二級(jí)種子罐內(nèi)。二級(jí)種子培養(yǎng)：在11m3種子罐中按配比加入培養(yǎng)基，滅菌溫度 121-122℃保溫30分鐘，降溫至 28℃接種進(jìn)行二級(jí)種子培養(yǎng)，攪拌轉(zhuǎn)速 170rpm/min ，取樣測(cè)量菌絲量和pH接種到發(fā)酵罐內(nèi)。

發(fā)酵培養(yǎng)。在 62m3種子罐中按配比加入培養(yǎng)基，滅菌溫度 121-123℃保溫30分鐘，降溫至28℃接種進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，根據(jù)代謝情況進(jìn)行攪拌，轉(zhuǎn)速140rpm/min。

接種量、接種周期的最優(yōu)選擇。春雷霉素采用三級(jí)發(fā)酵，分別將一級(jí)種子和二級(jí)種子的生長(zhǎng)周期和種子量進(jìn)行了分批對(duì)比，從而確定最優(yōu)值。春雷種子罐周期為26h，通過顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)種子罐種齡延長(zhǎng)2-3小時(shí)，菌絲會(huì)染色淺、細(xì)碎、中罐放罐前甚至?xí)匀堋?/p>

（二）代謝培養(yǎng)

1. 以飴糖代替玉米油作為主要碳源。在生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)，在以玉米油作為主要碳源的代謝過程中，代謝變化不明顯，而以飴糖為主要碳源，糖的代謝變化明顯。發(fā)酵單位的增長(zhǎng)情況與現(xiàn)有碳源代謝情況無(wú)必要關(guān)聯(lián)，而與還原糖的代謝有重要關(guān)聯(lián)。我們認(rèn)為，以補(bǔ)糖代替補(bǔ)油是提高發(fā)酵單位的重要原因。

2.控制發(fā)酵過程中臨界和最適pH值。在生產(chǎn)過程中，春雷霉素發(fā)酵的合適pH范圍為 6.3-6.8。通過通氨和補(bǔ)糖共同調(diào)節(jié)pH。在注意春雷霉素自身穩(wěn)定性的同時(shí)有效提高了發(fā)酵效價(jià)。以pH 在6.8左右就放罐，我們?cè)谠囼?yàn)中觀察到，pH不超過6.7發(fā)酵穩(wěn)定，且發(fā)酵過程中pH越穩(wěn)定，發(fā)酵單位就越高，我們把設(shè)定pH6.7為臨界值，并且將pH細(xì)化在6.3-6.7 范圍內(nèi)，將放罐各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行有效控制，使發(fā)酵更加穩(wěn)定。

三、結(jié)論

研究結(jié)果表明：在春雷霉素發(fā)酵過程中，春雷種子罐最適周期一級(jí)種子為26h ，二級(jí)種子為24h ，用補(bǔ)料糖水代替補(bǔ)料油后不僅成本下降，而且發(fā)酵體積增大，發(fā)酵總億也會(huì)相應(yīng)的增加。在補(bǔ)充碳源的同時(shí)補(bǔ)加玉米油，pH控制在6.3-6.7范圍內(nèi)，同時(shí)設(shè)定臨界pH值，將放罐各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行精確控制，有效保證了發(fā)酵水平。

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（作者單位：華北制藥華勝有限公司）