向華平

摘要：在15L發(fā)酵罐中放入阿維菌素進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，研究發(fā)酵液的流體特性，發(fā)酵液的流變特性分析從兩方面進(jìn)行，一種是生物量，另一種是菌絲形態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析參數(shù)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，阿維菌素發(fā)酵液具有剪切稀化特性，具有一定的規(guī)律變化，如：表觀粘度和稠度系數(shù)。阿維菌素發(fā)酵過程如果是在高溶氧條件下進(jìn)行，那么，前期發(fā)酵液流體特性及反應(yīng)器流場的監(jiān)控非常必要。

關(guān)鍵詞：阿維菌素;流體特性;流場監(jiān)控

1材料與方法

1.1菌種和培養(yǎng)基菌種

斜面培養(yǎng)基（%）：酵母膏0.1，麥芽糖0.1，胰蛋門胨0.2，葡萄糖0.4，瓊脂粉1.5; 滅菌前pH7.2。種子培養(yǎng)基（%）：淀粉3.0，黃豆餅粉1.1，花生餅粉1.0，酵母膏0.4，CoCl20.003，a-淀粉酶3 u/g淀粉;滅菌前pH7.6。發(fā)酵培養(yǎng)基（%）：淀粉13.0，黃豆餅粉2.55，酵母粉1，氯化鈷0.0021，自來水配制，滅菌前pH6.8-7.0。

1.2培養(yǎng)方法種子培養(yǎng)：

借助無菌接種鏟將成熟斜面上的孢子接種于種子培養(yǎng)搖瓶中，并放于28℃搖床上培養(yǎng)48h。發(fā)酵：發(fā)酵培養(yǎng)基的搖瓶中接種種子液，容量為50mL，接種量為5%。搖床在220r/min下，溫度28℃。15L發(fā)酵罐培養(yǎng)：搖瓶菌絲體接種，接種量5%，培養(yǎng)溫度280C，裝量IOL。對參數(shù)進(jìn)行在線測量和計(jì)算，如：尾氣氧、溫度、CO2、OUR、CER、RO等。

1.3分析方法

分析方法是將2.5mL發(fā)酵液中加入甲醇振蕩，待20分鐘后過濾，最后測定效價(jià)。采用微量注射器對20μL樣品中的濾液準(zhǔn)確吸附，并注入高效液相色譜儀。根據(jù)積分面積，發(fā)酵效價(jià)采用外標(biāo)法計(jì)算。發(fā)酵液流變參數(shù)的測定：取3mL左右發(fā)酵液倒人適配器中，根據(jù)發(fā)酵液粘度高低沒定測定流變的控制程序，即確定初始轉(zhuǎn)速和最終轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)速增量，平穩(wěn)時(shí)間。將測定數(shù)據(jù)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4阿維菌素發(fā)酵實(shí)驗(yàn)方案

①攪拌轉(zhuǎn)速相同條件下，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生相同平均剪切力;②實(shí)驗(yàn)操作中剪切力可忽略，在此基礎(chǔ)上確定操作工藝。目的：在發(fā)酵攪拌轉(zhuǎn)速相同情況下，對不同溶氧水平對阿維菌素產(chǎn)生菌的菌體形態(tài)、發(fā)酵液流變特性及阿維菌素合成的影響進(jìn)行研究。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1阿維菌素發(fā)酵過程

①阿維菌素在發(fā)酵前期，參數(shù)變化比較大。這一時(shí)期菌體快速生長，隨著OUR的迅速上升，DO開始急劇下降，到16h左右OUR有一個(gè)下降，繼而DO回升，持續(xù)到24h左右。這時(shí)如果DO維持在較高水平40%，OUR不會回升而是下降到一定值后基本維持不變;②阿維菌素在發(fā)酵中期，通過調(diào)節(jié)通氣流量，將溶氧分別穩(wěn)定在20%和40%，結(jié)果除通氣流量外，各參數(shù)變化平緩;③發(fā)酵后期，CER與RQ有明顯變化，在150h以后，OUR基本維持不變，而CER不斷緩慢降低，隨之RO不斷降低，同時(shí)DO水平也在緩慢下降。

2.2發(fā)酵過程生物量與菌體形態(tài)的變化分析

2批次的發(fā)酵初期，數(shù)值基本一致，但1OOh以后，1中的數(shù)值變化波動很大，2中的數(shù)值比較平穩(wěn)。DCW數(shù)據(jù)顯示，2 中的DCW均大于過程1的DCW，發(fā)酵初期表現(xiàn)明顯。2種表示生物量參數(shù)的不同變化趨勢就是對發(fā)酵過程菌體形態(tài)的變化趨勢的反映。

2.3不同發(fā)酵過程阿維菌素合成水平的差異

高溶氧水平發(fā)酵lOOh后，阿維菌素的合成速率顯著高于低溶氧水平。一方面，細(xì)菌形態(tài)本身的改變可能對細(xì)菌形成阿維菌素有影響，另一方面，細(xì)菌形態(tài)參數(shù)的改變可能引起發(fā)酵液流變學(xué)參數(shù)變化，從而影響發(fā)酵液中溶解氧、混合和生長等的變化。因此，細(xì)菌形態(tài)和發(fā)酵液的流變特性是影響阿維菌素發(fā)酵的兩個(gè)重要因素。

2.4發(fā)酵過程發(fā)酵液流變特性變化

發(fā)酵過程發(fā)酵液流變特性與過程參數(shù)相互影響。前期參數(shù)變化會引起發(fā)酵液流變參數(shù)的變化;發(fā)酵液流變參數(shù)又會反過來影響后期的過程參數(shù)。因不同溶氧水平的發(fā)酵過程，其發(fā)酵液流變參數(shù)和過程參數(shù)相互影響趨勢相同。發(fā)酵液流變參數(shù)和過程參數(shù)相互作用，因此為維持實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的供氧水平，整個(gè)發(fā)酵過程中操作參數(shù)也需調(diào)整。在不同溶氧水平下，為維持特定溶氧水平所需通氣流量。過程2在48h前，為維持高溶氧水平，其所需通氣量要高于過程1。但48h后雖然過程2需要維持更高的溶氧水平，但需要的通氣流量反而低于過程1。其原因可能是由于前期不同溶氧水平引起菌形及發(fā)酵液流變參數(shù)的差異，使得后期出現(xiàn)發(fā)酵液供氧水平不同，引起這種反常態(tài)現(xiàn)象。

總之，阿維菌素發(fā)酵液為非牛頓流體，滿足剪切稀釋特性。隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行，表觀粘度和稠度系數(shù)均按一定的規(guī)律變化。而維持高溶氧水平發(fā)酵過程，其DCW水平較高，而PMV水平與低溶氧水平的發(fā)酵過程相當(dāng)，說明在高溶氧情況下，菌球更加致密。從發(fā)酵結(jié)果來看，高溶解氧條件下的阿維菌素最終效價(jià)顯著高于低溶解氧條件下的阿維菌素效價(jià)。但由于發(fā)酵初期溶氧水平高的細(xì)菌生長迅速，生物量迅速增長，操作不當(dāng)將導(dǎo)致發(fā)酵液流變性能急劇惡化，最終可能導(dǎo)致菌絲體糊化。因此高溶解氧情況下，有必要對發(fā)酵液流體特性和發(fā)酵前期反應(yīng)器的流場進(jìn)行監(jiān)測。

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