向華平

摘要：在15L發(fā)酵罐中放入阿維菌素進行發(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行，一種是生物量，另一種是菌絲形態(tài)，在此基礎上進一步分析參數變化。實驗結果顯示，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。阿維菌素發(fā)酵過程如果是在高溶氧條件下進行，那么，前期發(fā)酵液流體特性及反應器流場的監(jiān)控非常必要。

關鍵詞：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。對參數進行在線測量和計算，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。采用微量注射器對20μL樣品中的濾液準確吸附，并注入高效液相色譜儀。根據積分面積，發(fā)酵效價采用外標法計算。發(fā)酵液流變參數的測定：取3mL左右發(fā)酵液倒人適配器中，根據發(fā)酵液粘度高低沒定測定流變的控制程序，即確定初始轉速和最終轉速及轉速增量，平穩(wěn)時間。將測定數據保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4阿維菌素發(fā)酵實驗方案

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

2實驗結果和討論

2.1阿維菌素發(fā)酵過程

①阿維菌素在發(fā)酵前期，參數變化比較大。這一時期菌體快速生長，隨著OUR的迅速上升，DO開始急劇下降，到16h左右OUR有一個下降，繼而DO回升，持續(xù)到24h左右。這時如果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，通過調節(jié)通氣流量，將溶氧分別穩(wěn)定在20%和40%，結果除通氣流量外，各參數變化平緩;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，數值基本一致，但1OOh以后，1中的數值變化波動很大，2中的數值比較平穩(wěn)。DCW數據顯示，2 中的DCW均大于過程1的DCW，發(fā)酵初期表現明顯。2種表示生物量參數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，細菌形態(tài)本身的改變可能對細菌形成阿維菌素有影響，另一方面，細菌形態(tài)參數的改變可能引起發(fā)酵液流變學參數變化，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相互影響。前期參數變化會引起發(fā)酵液流變參數的變化;發(fā)酵液流變參數又會反過來影響后期的過程參數。因不同溶氧水平的發(fā)酵過程，其發(fā)酵液流變參數和過程參數相互影響趨勢相同。發(fā)酵液流變參數和過程參數相互作用，因此為維持實驗設計所需的供氧水平，整個發(fā)酵過程中操作參數也需調整。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)酵液流變參數的差異，使得后期出現發(fā)酵液供氧水平不同，引起這種反常態(tài)現象。

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)酵過程的進行，表觀粘度和稠度系數均按一定的規(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，說明在高溶氧情況下，菌球更加致密。從發(fā)酵結果來看，高溶解氧條件下的阿維菌素最終效價顯著高于低溶解氧條件下的阿維菌素效價。但由于發(fā)酵初期溶氧水平高的細菌生長迅速，生物量迅速增長，操作不當將導致發(fā)酵液流變性能急劇惡化，最終可能導致菌絲體糊化。因此高溶解氧情況下，有必要對發(fā)酵液流體特性和發(fā)酵前期反應器的流場進行監(jiān)測。

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