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发酵罐及发酵工程应用实例
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一、发酵罐
由于氧在培养液中的溶解度较小，为了增加培养液中氧的浓度，满足微生物的需求，保持培养液的均匀悬浮状态，促使发酵热散失，往往需要在发酵罐中通气、搅拌。
在发酵生产中，

抗生是生物之间的一种相互关系，即一种生物通过分泌化学物质来抑制、排斥另一种生物的现象。此现象主要发生于微生物之间，也见于某些植物和动物。

抗生素是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中，所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰或抑制其它生物活细胞发育功能的化学物质。
二、发酵工程应用实例

问题：
什么是抗生(antibiosis)？什么是抗生素(antibiotics)？
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⑴抗生素的种类
抗生素的种类繁多（目前已知天然抗生素不下万种）。从合成的角度来看，抗生素可简单地分为天然品和人工合成品，前者由微生物代谢产生的，后者是对天然抗生素进行结构改造获得的部分合成产品。
例如：由真菌产生的抗生素——青霉素。
青霉素
－CH2－C－NH－
O
O
N
COOH
CH3
CH3
S
氨苄青霉素
－CH－C－NH－
O
O
N
COOH
CH3
CH3
S
NH2
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孢子制备
种子罐
（一级）
种子罐
（二级）
种子培养
25℃ 40-45h
种子培养
25℃ 13-15h
种子
种子制备
发酵的上游工程
发酵
发酵罐
（一级）
发酵罐
（二级）
发酵罐
（三级）
22－26℃
40－45h
发酵
13－15h
发酵液
放罐
过滤
pH =
15℃
滤液
萃取
萃取液
浓缩、脱色
结晶、干燥
青霉素盐
（产品）
醋酸丁酯（BA萃取液）
发酵的下游工程（提炼）
①工艺流程
菌种
黄青霉素
冷冻管
斜面母瓶
大米孢子
孢子培养
25℃ 6-7天
孢子培养
25℃ 6-7天
成熟孢子
⑵青霉素的发酵生产
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基质浓度在分批发酵过程中，常因前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏（或抑制）或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或抑制，苯乙酸的生长抑制）；而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成，为了避免这一现象，在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法，缓慢流加基质以维持一定的最适浓度。
在基质流加中特别注意的是葡萄糖的流加。因为葡萄糖即使是超出最适浓度范围较小的波动，都将引起严重的阻遏或限制，使生物合成速度减慢或停止。
由于目前糖浓度的检测尚难在线进行，故葡萄糖的流加不是依据糖浓度控制，而是间接根据pH值、溶氧或C02 释放率予以调节。
【基质浓度】
①工艺控制
在青霉素发酵工程中，其主要工艺控制因素有基质浓度、温度、pH值和溶氧等。
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青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别，但一般认为应在25℃左右较好。温度过高将明显降低发酵产率，同时增加葡萄糖的维持消耗，降低葡萄糖至青霉素的转化率。
【温度】
对于好氧的青霉素发酵来说，溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时，青霉素产率急剧下降；低于10%饱和度时，则造成不可逆的损害。
当溶氧浓度过高，说明菌丝生长不良或加糖率过低，造成呼吸强度下降，同样影响生产能力的发挥。
【溶氧】
青霉素发酵的最适 ，有时也可以略高或略低一些，但应尽量避免pH>。因为青霉素在碱性条件下不稳定，容易加速其水解。
【pH值】
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⑶红霉素的发酵生产
①红霉素
红霉素是由红色链霉菌（Streptomyces erythreus）所产生的大环内酯（ macrolide）系的代表性的抗生素。其抗菌谱主要是部分革兰阴性杆菌，与青霉素同属于窄谱抗生素（Narrow Spectrum Antibiotics）。
红霉素
H
CH3
H3C
H
H3C
OH
O
HO
H
HO
H3C
O
H
C2H5
O
H
CH3
H
H
H
CH3
CH3
N(CH3)2
OH
O
O
O
CH3
H3CO
OH
O
CH3
红霉素分子中含有一个大环内酯作为配糖体，并以糖苷键和 2个分子的糖相连。其中糖的二甲胺基显碱性。
多氧大环内酯
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②生产工艺流程
菌种
红色