林可霉素发酵代谢特性分析及工艺优化研究

• 作 者: 汤海云
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 林可霉素 林可链霉菌 发酵代谢 金属离子 BP神经网络 均匀设计 工艺优化

林可霉素是林可链霉菌由两个独立的途径分别生成的丙基脯氨酸和甲硫基林可糖，再缩合成N．脱甲基林可霉素，进一步甲基化生成林可霉素。本论文对林可霉素发酵进行了代谢特性分析和工艺优化研究，结果如下：
(1)在摇瓶实验中，初步探索了菌株的生长特性，确定了菌株发酵最佳生长和生产的基本条件，即初始接种量5％(v/v)，培养基pH值7.0。发现24h添加乳化剂有利于林可霉素发酵，放瓶效价达到2100U/ml。
(2)研究金属离子在林可链霉菌(Streptomyces lincolnensis)林可霉素生物合成中的交互作用，并应用均匀设计法，以最终发酵液的生物效价为目标函数建立模型，通过软件IJniform Design Version 3．00分析得出优化配比：FeS04·7H<,2>O 0.45g/L，CuSO<,4>·5H<,2>O1g/L，MnCl<,2> 1g/L；按优化方案添加金属离子，使发酵液的最终生物效价较原配方提高20％，明显提高了林可霉素的发酵水平。
(3)首先在50L全自动发酵罐上调整种子罐培养基中淀粉：葡萄糖的比例为4：1，去除了前期由于葡萄糖浓度过高所造成的底物抑制现象，加快前期菌体生长，提高种子质量，优化种子培养工艺；然后通过更换底层搅拌桨箭叶为平叶，葡萄糖替换液化糖为培养基和补料原料，分析发酵过程中尾气及其它参数的变化，发现前期的充分生长和中期菌体活力的维持对整个发酵过程十分重要，在50L自动发酵罐实现初步优化，从4400U/ml提高到5400U/ml。
(4)同时将摇瓶结果放大到50L罐上，在生长期末期19h添加0.02％(v/v)乳化剂，使得林可霉素产量比对照提高12％。进一步考察林可链霉菌产素期最合适的还原糖浓度0.55g/dL，和氨基氮浓度0.55g/L，确定了间歇式葡萄糖溶液和硫酸铵溶液的最佳补料时机和补料量分别为：pH上升到7.0，补加0.2％葡萄糖；氨基氮下降到0.55g/L，补加0.1％硫酸铵。进一步筛选出了上层弯叶、中层弯叶和下层平叶的搅拌桨组合，相比其它组合有较高的放罐效价和林可霉素菌体得率，放罐效价提高到7400U/ml；最后将补加葡萄糖、硫酸铵优化工艺进行了60M<3>生产罐的初步放大，使发酵水平达到了6100U/ml。
(5)通过对积累的大量发酵过程数据进行处理，建立了三层BP神经网络预估模型，实现了对效价的实时预估。