胡 濤

江西新瑞豐生化有限公司，江西新干 331307

赤霉酸是通過(guò)一種黑曲霉發(fā)酵培養(yǎng)代謝得到的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，被分離、鑒定和命名的一共有116種。其中在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的就是GA3（注：本文所寫赤霉酸就是指GA3），在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。赤霉酸具有非常高的植物調(diào)節(jié)活性，對(duì)各種農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育都有很明顯的調(diào)節(jié)作用。在北方，赤霉酸主要應(yīng)用于葡萄、紅棗、山楂、油桃等經(jīng)濟(jì)作物上，在花期噴灑一定濃度赤霉酸溶液可以有效提高果樹(shù)的坐果率，促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育，果樹(shù)產(chǎn)量提高20%～30%左右。在南方，赤霉酸主要應(yīng)用于雜交水稻制種上，調(diào)節(jié)水稻父母本在同一時(shí)間開(kāi)花，使母本授粉率大幅提高，進(jìn)一步提高了雜交水稻種子的產(chǎn)量，降低了種子的生產(chǎn)成本，為農(nóng)民減輕了負(fù)擔(dān)。

發(fā)酵過(guò)程中，由于是好氧發(fā)酵培養(yǎng)，菌體的生長(zhǎng)和代謝需要一定量的氧氣，這個(gè)時(shí)候發(fā)酵培養(yǎng)液中溶解氧的多少直接影響了菌體的代謝和生長(zhǎng)。生產(chǎn)的不同階段，菌體的生長(zhǎng)和代謝在不同時(shí)間具有非常明顯的差異，對(duì)氧氣的需求量也有著很大不同。其中影響溶解氧的因素很多，包括通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等。本文僅通過(guò)對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程溶氧的測(cè)定，初步確定了赤霉酸發(fā)酵過(guò)程分階段控制的較適無(wú)菌空氣通氣量，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用后有效節(jié)約了大量無(wú)菌空氣的輸出，減少了電能的消耗。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

60m3通用式發(fā)酵罐。外盤管加六組內(nèi)蛇管換熱器，攪拌底層為六平葉渦輪攪拌，上三層為四寬葉葉輪漿攪拌。轉(zhuǎn)速160r/min，功率155kW，電流140A?？装辶髁坑?jì)，溶氧電極。

1.2 發(fā)酵培養(yǎng)

種子液經(jīng)過(guò)二級(jí)發(fā)酵擴(kuò)大培養(yǎng)好接入60m3發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。接后體積控制在45m3，培養(yǎng)溫度28℃，攪拌轉(zhuǎn)速160r/min，罐壓0.025MPa～0.03MPa，通氣量按對(duì)照42m3/min進(jìn)行試驗(yàn)考查溶解氧的變化情況。

溫度、DO值由微機(jī)在線收集。

1.3 分析測(cè)試方法

溶氧：通過(guò)溶氧電極由計(jì)算機(jī)在線收集檢測(cè)

通氣量：通過(guò)孔板流量計(jì)由計(jì)算機(jī)在線收集檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過(guò)程中DO變化規(guī)律

赤霉素發(fā)酵過(guò)程分3個(gè)階段：

前期：菌體的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，菌體大量繁殖。

中期：菌體繁殖和衰亡保持平衡，合成大量赤霉素。

后期：菌體代謝減慢直至大量衰亡，合成赤霉素逐步減少。

根據(jù)發(fā)酵培養(yǎng)條件進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，收集過(guò)程中DO值如下：

接種后，隨著菌絲的不斷生長(zhǎng)繁殖，DO值逐漸下降，在80h左右達(dá)到最低值15%的最低點(diǎn)，然后逐漸緩慢回升。在每次補(bǔ)料和補(bǔ)糖時(shí)出現(xiàn)一個(gè)較低谷；

由圖1可以看出，發(fā)酵過(guò)程中DO變化如以下特點(diǎn)：

1）0h～20h,因菌絲總量較少，呼吸強(qiáng)度低，DO仍在70%以上的相對(duì)較高水平；

2）20h～40h，菌絲進(jìn)一步繁殖并接近基本濃度，菌體代謝旺盛，且此期間第一次補(bǔ)料，DO急速下降到50%左右；

3）40h～120h，菌體達(dá)到并維持基本濃度，代謝旺盛，DO處在發(fā)酵全程最低段；

4）120h～放罐前12h，代謝有所減弱，DO逐漸升高到80%以上；

5）放罐前，菌絲鏡檢變細(xì)變短，染色后著色淺，效價(jià)增長(zhǎng)減緩，菌濃有所下降。

2.2 發(fā)酵過(guò)程中最適DO濃度及通氣量的選擇

由于發(fā)酵過(guò)程中攪拌轉(zhuǎn)速是恒定的，所以DO的變化主要與通氣量有關(guān)。根據(jù)DO變化曲線，我們選擇將最低DO控制在20%、25%、30%以上分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如下表：

放罐效價(jià) 放罐體積 放罐總億 發(fā)酵指數(shù)對(duì)照 100 100 100 100 DO30%以上試驗(yàn) 98 103 102 102 DO25%以上試驗(yàn) 97 104 101 100 DO20%以上試驗(yàn) 97 103 98 98

從上表可以看出：將DO控制在30%以上時(shí)，放罐效價(jià)略低，但發(fā)酵總億和發(fā)酵指數(shù)略有提高。綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮，流量分階段控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）0h～20h，20m3/min ；

2）20h～40h，30m3/min ；

3）40h～120h，42m3/min ；

4）120h～放罐，30m3/min；

經(jīng)過(guò)30罐披發(fā)酵驗(yàn)證和綜合設(shè)計(jì)，在放罐效價(jià)相當(dāng)（99%）的情況下，放罐體積較對(duì)照增加約1.9m3，有效提高了設(shè)備的裝料系數(shù)，大大節(jié)約了電力消耗。

3 結(jié)論

赤霉素發(fā)酵過(guò)程中，無(wú)菌空氣的輸入需要大量的電能，電力成本約占發(fā)酵生產(chǎn)成本的30%～40%。本研究通過(guò)對(duì)通氣量和溶解氧的分析，在不影響整個(gè)發(fā)酵生產(chǎn)效率的前提下，根據(jù)微生物發(fā)酵的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)酵不同階段通氣量的大小，滿足菌體生長(zhǎng)代謝對(duì)氧氣的基本需求。制定了上述的通氣量?jī)?yōu)化方案，在近二年的對(duì)照生產(chǎn)中，我們制定的這套通氣量方案，在實(shí)際生產(chǎn)中，赤霉酸的產(chǎn)能沒(méi)有出現(xiàn)明顯的下降。相反，由于整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中總的通氣量的降低，用于輸送無(wú)菌空氣的空壓機(jī)的使用次數(shù)和強(qiáng)度有著明顯的下降，有效節(jié)約了大量的電能，發(fā)酵成本得到近一步的控制，每年給企業(yè)帶來(lái)了不小的經(jīng)濟(jì)效益。但影響溶解氧的因素非常復(fù)雜，本文僅對(duì)通氣量進(jìn)行了考察，其它如攪拌功率、基質(zhì)濃度、溫度、pH值等的影響尚待進(jìn)一步探討。

[1]王成迎，石永芝.泰樂(lè)菌素發(fā)酵中通氣量與DO的分析控制。黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，17(3)：82-85.