CN104561168A - 发酵生产洛伐他汀用发酵培养基及发酵过程中的补水方法 - Google Patents

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白芳静
王文笙
田晓梅
戴晓艳
金伟
谢寅伟
闫婷婷
吴洪宁
张爽
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Abstract

本发明的目的在于提供一种发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，含有以下组份及配比：乳糖16-20g/100ml、黄豆饼粉0-4g/100ml、棉籽饼粉2-6g/100ml、玉米浆0.3-1ml/100ml、磷酸二氢钾0.02-0.05g/100ml、消泡剂0.02-0.08ml/100ml；本发明同时提供一种采用所述培养基进行发酵，在发酵过程中的补水方法。本发明提供的发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，原料廉价易得，降低了生产成本；采用的棉籽饼粉中棉酚毒性小，质量稳定，增加了发酵的稳定性；本发明通过补水，提高了发酵指数。

Description

发酵生产洛伐他汀用发酵培养基及发酵过程中的补水方法
技术领域
本发明属于生物制药领域，涉及一种发酵生产洛伐他汀用发酵培养基及采用所述培养基进行发酵，在发酵过程中的补水方法。
背景技术
洛伐他汀(Lovastatin)属羟甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂(HMG-CoA-RI)，通过竞争性抑制HMG-CoA还原酶活性，阻断内源胆固醇合成，从而起到调脂降脂作用。洛伐他汀由日本远藤及Albort等人于1979年及1980年首次从土曲霉的发酵液中发现，由美国默克公司(Merck Co)开发，并于1987年通过FDA批准上市，是推向市场的第一个HMG-CoA-RI。从上市以来，洛伐他汀便成为临床治疗和预防高血脂症的首选药物，而且近年又发现了它的很多新药理活性，如抗癌、抗氧化、改善血管内皮细胞功能等，其临床应用还可能扩大。
洛伐他汀分子式：C24H36O5
洛伐他汀结构式：
目前工业上采用微生物发酵法生产洛伐他汀；在现有的发酵技术中，发酵配方中的棉籽饼粉质量的稳定性严重影响最终发酵水平的稳定性。即使更换为棉酚毒性小，质量稳定的棉籽饼粉，在实际应用于发酵过程中仍然会出现如下问题：1、发酵罐运转的前期，菌种快速大量生长，导致发酵液粘度急剧增大；将通气量、搅拌及罐压均调节至最大，仍不能满足溶氧需求，且逐渐产生气溶胶现象。2、发酵前期pH反弹及回落均变慢，由原来的一天拉长为2天，菌球直径变小，菌体耗糖速率降低，周期变长，放罐体积大大缩小，只能达到初始装料体积的60％-70％，导致发酵指数大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，所述发酵培养基可提高发酵稳定性，且原料廉价易得；本发明同时提供一种采用所述发酵培养基进行发酵，在发酵过程中的补水方法，所述补水方法能够使得发酵液粘度降低，提高发酵指数。
一种发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，含有以下组份及配比：乳糖16-20g/100ml、黄豆饼粉0-4g/100ml、棉籽饼粉2-6g/100ml、玉米浆0.3-1ml/100ml、磷酸二氢钾0.02-0.05g/100ml、消泡剂0.02-0.08ml/100ml。
进一步地，所述的发酵培养基，优选以下组份及配比：乳糖18g/100ml、黄豆饼粉2g/100ml、棉籽饼粉3g/100ml、玉米浆1ml/100ml、磷酸二氢钾0.05g/100ml、消泡剂0.05ml/100ml。
一种发酵过程中的补水方法，其技术方案是，将菌种在上述发酵培养基中进行发酵培养，并在发酵前期(即对数生长期)进行补水控制。
所述发酵过程中的补水方法，菌体进入对数生长期后开始补水，补水的速率为初始发酵液体积的0.5-1％(V/V)/h。
所述发酵过程中的补水方法，维持溶氧达到20-70％，优选50％；可通过调整工艺参数，如搅拌速度、通气量、罐压等，达到目的。
进一步地，补水过程中，若调整工艺参数，溶氧仍不能满足需求，可适当加大补水速率达到初始补水速率的1.1-2倍，控制溶氧达最佳需求。
进一步地，补水过程中，溶氧高于最佳需求时，下调工艺参数，如罐压、通气量及搅拌速度等，降低溶氧量至最佳需求。
所述发酵过程中的补水方法，全程补水量达初始发酵液体积的10-30％(V/V)为宜，此时可停止补水。
所述发酵过程中的补水方法，菌种为发酵生产洛伐他汀的微生物菌种，优选土曲霉或其变种，或红曲霉中的一种。
与现有发酵技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，采用的原料廉价易得，降低了生产成本；采用的棉籽饼粉中棉酚毒性小，质量稳定，增加了发酵的稳定性。
(2)本发明通过补水，在发酵前期有效地控制了发酵液的粘度问题，从而使中后期的溶氧控制变得简单；使用较低的转速和通气量就能满足溶氧需求，大大降低了动力成本。
(3)本发明通过补水，发酵液粘度降低后，菌体形成的菌丝球直径加大，氧传递系数加大，菌体耗糖速率加快，发酵周期缩短，提高了发酵指数。
(4)采用本发明补水所得的发酵液在使用板框过滤时阻力很小，过滤迅速，滤饼松散、厚实、不粘手，非常有利于提取工作。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
实施例1
发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，含有以下组份及配比：乳糖18g/100ml、黄豆饼粉2g/100ml、棉籽饼粉3g/100ml、玉米浆1ml/100ml、磷酸二氢钾0.05g/100ml、消泡剂0.05ml/100ml；利用该发酵培养基发酵生产洛伐他汀的菌种为土曲霉。
将培养好的土曲霉种子接入灭好菌的装有发酵培养基的4吨发酵罐后，料液体积达2.2m3；开启搅拌60rpm，通气量30m3/h，罐压0.05Mpa；发酵运转至13小时，菌体生长旺盛，此时开始补水，补水速率约20L/h，补水开始后溶氧还是一直处于下降状态，此时不断提高搅拌及通气量，维持50％的溶氧量，至35小时搅拌达140rpm，通气量达50m3/h，罐压达0.06Mpa；继续运转5小时后，溶氧有回升趋势，此时停止补水，共补水约600L；同时随着时间的进行，逐步下调罐压、搅拌、通气量维持50％的溶氧量。
本批最终发酵周期约187小时，放罐体积2.2m3，发酵单位达13000u/ml以上，洛伐他汀理论产量为28.6Kg。发酵过程中，菌球直径大而均匀，发酵液粘度很低，溶氧很容易就可以维持在最佳水平，全程动力消耗很低。
实施例2
发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，含有以下组份及配比：乳糖16g/100ml、黄豆饼粉2g/100ml、棉籽饼粉4g/100ml、玉米浆0.6ml/100ml、磷酸二氢钾0.03g/100ml、消泡剂0.04ml/100ml；利用该发酵培养基发酵生产洛伐他汀的菌种为土曲霉。
将培养好的土曲霉种子接入灭好菌的装有发酵培养基的4吨发酵罐后，料液体积达2.0m3；开启搅拌60rpm，通气量30m3/h，罐压0.05Mpa。发酵运转至14小时，菌体生长旺盛，此时开始补水，补水速率约15L/h，补水开始后溶氧还是一直处于下降状态，此时不断提高搅拌及通气量，维持40％的溶氧量，至38小时共补水约400L，停止补水；41小时，溶氧逐步回升，逐步下调罐压、搅拌、通气量维持40％的溶氧量。。
本批最终发酵周期约175小时，放罐体积1.95m3，发酵单位达14220u/ml以上，洛伐他汀理论产量为27.7Kg。发酵过程中，菌球直径大而均匀，发酵液粘度很低，溶氧很容易就可以维持在最佳水平，全程动力消耗很低。
实施例3
发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，含有以下组份及配比：乳糖20g/100ml、黄豆饼粉1g/100ml、棉籽饼粉5g/100ml、玉米浆0.8ml/100ml、磷酸二氢钾0.04g/100ml、消泡剂0.07ml/100ml；利用该发酵培养基发酵生产洛伐他汀的菌种为红曲霉。
将培养好的红曲霉种子接入灭好菌的装有发酵培养基的4吨发酵罐后，料液体积达2.0m3；开启搅拌60rpm，通气量30m3/h，罐压0.05Mpa；发酵运转至12小时，菌体生长旺盛，此时开始补水，补水速率约12L/h，补水开始后溶氧还是一直处于下降状态，此时不断提高搅拌及通气量，维持60％的溶氧量，至43小时共补水约400L，停止补水；46小时，溶氧逐步回升，逐步下调罐压、搅拌、通气量维持60％的溶氧量。
本批最终发酵周期约179小时，放罐体积2.1m3，发酵单位达14386u/ml以上，洛伐他汀理论产量为30.2Kg。发酵过程中，菌球直径大而均匀，发酵液粘度很低，溶氧很容易就可以维持在最佳水平，全程动力消耗很低。
对比例
为了更好地说明本发明的有益效果，在此将与实施例1-3相比，发酵培养基和菌种均相同，但未采用补水工艺时的发酵指数罗列如下：
罐批1(与实施例1相比)：发酵周期约240小时，放罐体积1.2m3，发酵单位达19800u/ml以上，洛伐他汀理论产量为23.7Kg；
罐批2(与实施例2相比)：发酵周期约220小时，放罐体积1.4m3，发酵单位达18235u/ml以上，洛伐他汀理论产量为25.5Kg；
罐批3(与实施例3相比)：发酵周期约226小时，放罐体积1.45m3，发酵单位达17821u/ml以上，洛伐他汀理论产量为25.8Kg。
与实施例相比，对比例中发酵前期没有补水，菌体快速大量生长，导致发酵液粘度急剧增大；同时菌球直径变小，菌体耗糖速率降低，周期变长，放罐体积大大缩小，因而发酵指数大大降低。

Claims (10)

1.一种发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，其特征在于，含有以下组份及配比：乳糖16-20g/100ml、黄豆饼粉0-4g/100ml、棉籽饼粉2-6g/100ml、玉米浆0.3-1ml/100ml、磷酸二氢钾0.02-0.05g/100ml、消泡剂0.02-0.08ml/100ml。
2.根据权利要求1所述的发酵生产洛伐他汀用发酵培养基，其特征在于，含有以下组份及配比：乳糖18g/100ml、黄豆饼粉2g/100ml、棉籽饼粉3g/100ml、玉米浆1ml/100ml、磷酸二氢钾0.05g/100ml、消泡剂0.05ml/100ml。
3.一种发酵过程中的补水方法，存在于将菌种在权利要求1或2所述的发酵生产洛伐他汀用发酵培养基上进行发酵培养的过程中，其特征在于，在发酵前期进行补水。
4.根据权利要求3所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，菌体进入对数生长期后开始补水，补水的速率为初始发酵液体积的0.5-1％(V/V)/h。
5.根据权利要求3所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，维持溶氧达到20-70％。
6.根据权利要求3或5所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，维持溶氧达到50％。
7.根据权利要求3或4所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，溶氧不能满足需求，加大补水速率为初始补水速率的1.1-2倍。
8.根据权利要求3所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，全程补水量达初始发酵液体积的10-30％(V/V)。
9.根据权利要求3所述发酵过程中的补水方法，其特征在于，所述菌种为发酵生产洛伐他汀的微生物菌种。
10.根据权利要求3所述发酵发程中的补水方法，其特征在于，所述菌种选取土曲霉或其变种，或红曲霉中的一种。
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