浅谈发酵液粘度在抗生素发酵生产中的探索和应用

王宇航

摘 要：1877年，Pasteur和Joubert首先认识到微生物产品有可能成为治疗药物，他们发表了实验观察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽杆菌的生长。1976年，中国医学科学院抗生素研究所从济南游动放线菌的培养液中，分离出创新霉素，是中国发现的一个新型结构的抗生素。抗生素原指微生物产生的、能在低浓度（以微克/毫升计）杀死或抑制细菌或真菌等微生物的物质，现在也包括天然产生的抗生素经化学方法改造所得的半合成抗生素，并且将能抑制肿瘤、原虫等微生物产物也归入抗生素类。抗生素的化学结构种类繁多，主要有糖类、大环内酯类、肽类、多醚类、内酰胺类、蛋白质类、核苷类、多烯类、四环类、安莎类等[1-3]。抗生素生产主要采用微生物发酵法，属于次级代谢产物，少数如氯霉素、磷霉素亦可用化学合成法生产。本文对发酵液粘度在抗生素发酵生产中的应用进行研究。

关键词：发酵液；抗生素；应用

1877年，Pasteur和Joubert首先认识到微生物产品有可能成为治疗药物，他们发表了实验观察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽杆菌的生长。20世纪50年代至70年代，是抗生素开发的黄金时期，新上市的抗生素逐年增多。1971年至1975年达到顶峰，5年间共有52种新抗生素问世。抗生素原指微生物产生的、能在低浓度（以微克/毫升计）杀死或抑制细菌或真菌等微生物的物质，现在也包括天然产生的抗生素经化学方法改造所得的半合成抗生素，并且将能抑制肿瘤、原虫等微生物产物也归入抗生素类。抗生素的化学结构种类繁多，主要有糖类、大环内酯类、肽类、多醚类、内酰胺类、蛋白质类、核苷类、多烯类、四环类、安莎类等。抗生素生产主要采用微生物发酵法，属于次级代谢产物，少数如氯霉素、磷霉素亦可用化学合成法生产。本文对发酵液粘度在抗生素发酵生产中的应用进行研究。

1 粘度在生产中的应用

1.1 粘度过大的罐

1.1.1 危害

发酵液是一个气、固、液的多项混合体，发生结构性突变也不是随时发生的。当气、固含量以及气、固微粒分散到一定临界值时，就发生连续的流动相和气、固分散相的突变，表现在发酵液非牛顿性的变化，显示粘度上升。粘度过大，发酵液过于粘稠，相应地溶氧较差，导致氧气供应不足，且液面翻腾性较差，造成发酵液内的二氧化碳不易释放，菌丝生长代谢异常，将势必影响发酵水平。在发酵过程中，由于通气和搅拌而引起发酵液出现泡沫。如果在较稠厚的发酵液中形成流态性泡沫时，是难以消除的，其中的气体就很难得到及时的更新，降低氧的传递速率，直接影响微生物的呼吸[4-5]。有可能是“气溶胶”现象，停留的微气泡与快速增长的菌体形成气溶胶，产生的结构性黏度严重影响发酵液的混合特性，一旦出现此现象，发酵失败。

1.1.2 措施

粘度过大的措施主要有人为地定期加消沫剂，改善气液体混合效果，提高氧的传递速率，改变发酵液的物理状态，降低表观粘度；降低培养基糖控制浓度，稀释培养基，改善溶氧状；补一些糖浓度较低的补料：稀释发酵液，改善发酵液物理状；加入适量的去离子；适当增加流量，增加溶氧水平，促进菌丝正常生长。

1.2 粘度过小的罐

针对一些粘度过小的罐，首先要明确粘度过小的原因。菌丝量偏小造成的粘度过小，可以采取一些诸如补种、升温培养等措施。“气泛”现象指的是在特定条件下，通人发酵罐内的空气流速达某一值时，使搅拌功率下降，当空气流速再增加时，搅拌功率不再下降，此时的空气流速称为“气泛点”。对一定设备而言，空气流速与空气流量之间呈正相关性。空气流量的改变必然引起空气流速的变化。已知空气流速的变化会引起体积氧传递系数的改变，当空气流速达气泛点时，体积氧传递系数不再增加。由于搅拌力度过大，造成菌丝过于散、碎，导致的粘度过小，可降低搅拌转速或改变搅拌叶的形式、搅拌器的直径、空气线速度等。

2 粘度检测数据

通过100批长达的考察，我们发现了如下规律，发酵至12小时，由于微生物的代谢作用，发酵液粘度降至很低（低于100Pa·s），呈现牛顿型流体性质。12小时起由于菌丝体浓度不断增加，则发酵液粘度逐渐增大，直至粘度达260Pa·s，表现为涨塑性流体的性质，随后发酵液粘度逐渐下降至一个最小值，此后粘度逐步回升并稳定在80Pa·s-100Pa·s范围内。

3 发酵液粘度的测定方法

3.1 测定发酵液通过毛细管的时间t1

调节恒温槽温度，在洗净烘干的奥式黏度计中用量筒移入10ml培养液，然后垂直浸入恒温槽中。恒温后，用洗耳球将液体吸到高于刻度线a，再让液体由于自身重力下降用秒表记下液面从a流到b的时间t1，重复三次，误差不得超过0.2秒，取平均值。

3.2 测定蒸馏水通过毛细管的时间t2

洗净黏度计并烘干，用量筒移入10毫升蒸馏水，同步骤3.1的方法测定蒸馏水从a流到b的时间的平均值t2。

3.3 测定发酵液的密度ρ

用比重瓶测定该实验温度下的培养液的密度。

3.4 实验结果计算

记录发酵液和蒸馏水通过毛细管的时间t1、t2，取平均值后按公式处理数据。

4 讨论

液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度做为衡量发酵液的一个应用参数，在某种程度与菌丝浓度呈正相关关系，适当地发酵液粘度是确保发酵水平的基础，但粘度异常的形成机制非常复杂，我们采取的措施有一部分也是属于治标不治本的办法。

参考文献

[1]蔡仲曦，干荣富.我国头孢菌素类抗生素之原料药与中间体现状与发展趋势[J].精细与专用化学品，2003（02）.

[2]iso-Migrastatin，mi-grastatin，and dorrigocin production inStreptomyces platen-sisNRRL 18993 is governed by a single biosynthetic aachin-ery featuring an acyltransferase-less Type I polyketide syn-thase. Lim SK，Ju JH，Zazopoulos E，et al. J B C，2009.

[3]Diverted totalsynthesis leads to the generation of promising cell-migrationinhibitors for treatment of tumor metastasis：in vivoandmechanistic studies on the migrastatin core ether analog. Oskarsson T，Nagorny P，Krauss IJ，et al. Journal of the American Chemical Society，2010.

[4]趙虹，许锋.乳液型有机硅消泡剂中硅油粒径对消泡效果的影响[J].有机硅材料及应用，1995（03）.

[5]程翠英，唐伟，田立民.改进有机硅及纯有机硅消沫（泡）剂对抗生素发酵生产的促进作用及发展趋势[J].医药工程设计，2001（03）.endprint