抗生素发酵

第十五章微生物生物技术第一节工业发酵的菌种和发酵特征生产菌种的要求和来源大规模发酵的特征第二节工业发酵的方式连续发酵固定化酶和固定化细胞发酵固态发酵混合培养物发酵混合发酵是指多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵，也称混合培养。混合发酵有三个突出优势充分利用培养基、设备、人员和霎时间，可以在共同的发酵容器中经过同一工艺过程，提高所需产品的质量，或获得二种、多种产品，即可做到三少一多：生产人员少，原材料和能源消耗少，设备和器材少，而生产的产品的效益或种类多。混合发酵能够获得一些独特的产品，而纯种发酵是很难做到的。混合的多种菌种，增加了发酵中许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应，或促进生长代谢，提高生产效率。第三节发酵的主要产品食品和饮料抗生素和其他微生物药物及生物制品氨基酸、有机酸、醇、维生素、核苷酸、激素等酶制剂微生物农药、肥料和饲料大豆发酵饮料众所周知，大豆的营养非常丰富，但有些人却难以接受大豆的涩味和豆腥味，使大豆的食用对象受到限制，采用加热、去除种皮和化学药液浸泡等方法，基本上可达到除腥去涩的目的。将乳酸菌接种于用豆乳中进行发酵，不仅可进一步去除腥涩味，而且制得的酸豆奶中含有乳酸菌产生的B族维生素，弥补了豆乳营养不足，且大豆发酵饮料中的营养物质比豆乳更容易被人体吸收。因此说，大豆发酵饮料是一种营养价值较高的营养性饮品。菜汁酸豆奶的生产1工艺流程菜汁↓豆乳→配料→杀菌→冷却→接种→发酵→菜汁酸豆奶2操作要点：将1L豆乳、0.8L胡萝卜汁和0.3kg葡萄糖以及10g碳酸钙混合均匀，120℃灭菌5min，冷却到40℃后，接种保加利亚乳杆菌，发酵，当pH达到6.0左右时停止发酵，即可得到有水果香味的胡萝卜汁酸豆奶。酵母菌发酵果汁饮料的生产果汁发酵饮料所用的酵母菌有啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、中型假丝酵母(Candidaintermedia)和葡萄酒酵母(S.ellipsoideus)等。原料果汁采用由葡萄、柑橘等各种水果压榨出来的果汁，或除去固形物后的果汁。1工艺流程：果汁→接种→发酵→超滤→滤液→分装→成品2操作要点：将葡萄酒酵母接种于蜜桔汁（糖度10.5Bx，不溶性固形物0.5%以下）中，20℃发酵48h，然后用醋酸纤维膜超滤器进行超滤，滤液用来配制果汁饮料，未通过超滤膜的残液含有酵母菌，可用作下次发酵的菌种。乳酸菌发酵蔬菜汁饮料的生产以各种蔬菜汁为主要原料，少量乳品为辅助原料，利用乳酸菌发酵酿制成蔬菜汁发酵饮料。工艺流程：蔬菜汁→接种→发酵→过滤→滤液→成品操作要点（以胡萝卜汁发酵饮料为例）：取鲜胡萝卜汁（糖度6.0%）100份，固形物96%的脱脂奶粉5份，混合均匀，溶解，调pH至6.5，于95℃灭菌，冷却到35℃，接种保加利亚乳杆菌，菌数达到2х106个/ml，于37℃静置发酵约10h。当发酵液的pH为4.0左右时，终止发酵。发酵液过滤，除菌体，添加砂糖和香精，混匀，95℃灭菌，即为胡萝卜汁发酵饮料食用菌饮料的生产1.食用菌诸如香菇、蘑菇、平菇、金针菇、猴头和伞菇等含丰富的氨基酸、维生素和多种药效成分，是一种比较理想的食品。食用菌的子实体、菌丝体和培养液均可作为生产食用菌饮料的原料。2.工艺流程：①子实体→破碎→加水、搅拌→保温→过滤→浓缩→分离，取清液→配制→成品②菌丝体→灭菌→过滤，取滤液→除去果胶→配制→灭菌→成品3.操作要点：①取鲜蘑菇子实体1kg洗净，用搅拌机破碎加入10L水，在搅拌条件下，于90℃保温6h，过滤后收集滤液，接着将滤液减压浓缩到10Bx，置于4℃储存48h后，用离心机分离取清液，在清液中加入适量糖和柠檬酸，灭菌后得成品。②培养菌丝体至20天左右终止发酵，加热灭菌，过滤除去菌丝体，收集滤液。去果胶，加入适量糖和柠檬酸，灭菌后得成品。氨基酸，是指同一分子内含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的化合物之总称，亦包括脯氨酸之类的亚氨基酸。人体必需氨基酸有L苏氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸，L-缬氨酸、L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋白氨酸8种，L-精氨酸在体内只合成一部分，属半必需氨基酸氨基酸主要以发酵法大量生产，也有采用酶法、合成法以及提取法等氨基酸及生产工艺L-赖氨酸生产的工艺流程如下斜面↓摇瓶种子↓种子罐淀粉营养盐↓水解糖→→→→→配料→灭菌→发酵罐←分过滤器←总过滤器←压缩空气糖蜜N、P、K、Mg↓发酵液↓酸化液↓离子交换柱732树脂↓水冲洗↓2N氨水洗脱↓收集液↓薄膜浓缩↓离心减压浓缩（再上柱）母液←←←←←↓粗结晶↓脱色↓抽滤↓离心减压浓缩（再上柱）二次母液←←←←↓离心↓结晶↓烘干↓成品氨基酸的应用一、氨基酸在食品中的应用1.作呈味物质2.作食品添加剂3.作香味物质4.提高蛋白质质量的氨基酸二、氨基酸在饲料中应用：饲料添加剂1.2.治疗药3.药合成原料四、氨基酸在工业上应用：除草剂，植物生长促进剂柠檬酸的黑曲霉糖质深层发酵工艺发酵生产工艺流程：薯干→粉碎→调浆→接种培养→菌丝过滤→碳酸钙中和→酸解与脱色→树脂法除金属离子→浓缩结晶→成品干燥葡萄糖酸的生产工艺1菌种：能发酵葡萄糖产葡糖酸的微生物除曲霉和醋酸菌外，还有青霉(尤其是黄青霉)、数种假单胞菌(卵状假单孢菌)、英拉氏2黑曲霉发酵工艺：将含葡萄糖15-35％和MgSO4、KH2PO4等无机盐的培养基长菌后，无菌NaOH调至pH6.5，接入菌种孢子悬浮液或培养24h的菌丝，通气培养，保温33-35℃，并用NaOH维持pH6.5±0.5，如糖浓度为35％，则发酵时约为40h，将发酵液过滤得清液，浓缩至42-45％固形物浓缩液。NaOH调节至pH7.5，再干燥磨粉。或将发酵液加氢氧化钙，使生葡糖酸钙而析出。微生物农药微生物杀虫剂：细菌杀虫剂，真菌杀虫剂，病毒杀虫剂，微生物杀菌剂：细菌杀菌剂，真菌杀菌剂，病毒杀菌剂微生物除草剂：细菌除草剂，真菌除草剂，病毒除草剂细菌杀虫剂已分离到的昆虫病原菌的菌种和变种约有100种，其中研究最多、效果最好的是芽孢杆菌属的苏云金杆菌类和日本金龟子芽孢杆菌真菌杀虫剂能使昆虫感染的真菌约有530余种，其中用于杀虫的主要有虫霉和半知菌。虫霉主要感染双翅目，其次是半翅目、鳞翅目、鞘翅目等七个目的昆虫；半知菌中杀虫最有效的是白僵菌，主要感染鞘翅目甲虫和鳞翅目幼虫。我国白僵菌有白僵菌、球孢白僵菌和卵孢白僵菌三种人们对昆虫病毒的认识可以追溯到12世纪中叶，迄今，至少已知1600多种昆虫能被病毒感染。根据最新的国际病毒分类委员会报告，感染昆虫的病毒分别被归属于17个科，共1000余种。其中的杆状病毒科和呼肠孤病毒科是目前生产上应用最多的二类病毒。我国病毒资源丰富，到1982年已发现昆虫病毒61种，1995年增至190种250株，此后相继在各地分离鉴定了一些种类，2001年已报道的昆虫病毒近220种，约250株。病毒杀虫剂微生物杀菌剂应用最广的微生物杀菌剂是农用抗生素，自70年代初开始被人们所注意，80年代有了较大发展。主要有井冈霉素、抗霉素120(类似AntimycinA)、公主岭霉素(Gongzhulingcin)、波拉霉素、武夷菌素、中生霉素(糖苷类)、科生霉、宁南霉素等。这些抗生素对许多作物病害如水稻纹枯病、白叶枯病，瓜类花叶病、枯萎病，小麦赤霉病及果树的多种病害有良好的控制作用。微生物除草剂我国，列入名的杂草有704种，分属87科366属，对农业生产造成为害的重要农田杂草有60多种。微生物除草剂是指利用植物的致病微生物（真菌、线虫、病毒）防治田间杂草。我国“鲁保一号”真菌防治大豆兔丝子，美国、澳大利亚和欧洲利用粉苞柄锈菌防治小麦田中的主要杂草灯心粉苞苣均取得较大面积防效微生物肥料（菌肥）采用人工方法培养有益微生物而制成的生物肥料。根瘤菌肥料磷细菌肥料5406抗生菌肥料PGPR菌糠肥料微生物饲料是利用微生物的新陈代谢和繁殖的菌体来生产和调制的饲料发酵饲料单细胞蛋白(SCP)饲用微生物添加剂菌糠饲料抗生素发酵工艺：以红霉素为例一、工艺流程：8-10d24h72h砂土管孢子斜面二级斜面一级种子罐37℃31℃36℃24h150-155h加甲醛、ZnSO4调pH，静置二级种子罐发酵罐发酵液过滤31℃60h前35℃，60h后为33℃pH8.2-8.8分层，离心醋酸调pH为5-5.5加NaOH碱化于-5℃加丙酮洗净结晶滤液酸化水溶液碱化萃取液结晶成品静置分层静置分层冷冻结晶干燥1斜面培养：淀粉1%，(NH4)2SO40.3%，玉米浆0.6～1.0%，NaCl0.3%,CaCO30.25%(调好pH后加入)琼脂2%，pH7.0-7.2。37℃培养7-10d，成熟孢子呈灰带微红色，孢子层丰满，4℃保存不超过21天。2一级种子培养：豆饼粉2.5%，葡萄糖3%，淀粉4%，蛋白胨0.5%，酵母粉0.5%，(NH4)2SO40.5%，玉米浆0.2%，NaCl0.4%，KH2PO40.06%，MgSO40.025%CaCO30.6%，豆油0.3%，pH6.5-7.0。35℃，24h内1:0.6(V/V)，24h至36h1:1(V/V)，36h至转罐(约72h)为1:1.5(V/V)。72h左右时，较稠，挂壁，不分层，菌丝密集，表面无泡沫，pH回升(6.2左右)3二级种子培养：豆饼粉2.2%，葡萄糖3%，淀粉3%，(NH4)2SO40.1%，玉米浆0.8%，CaCO30.6%，pH6.5-7.0。31℃,3h内1:1.5(V/V)，3h至转罐通气量不变。当菌丝体长而浓，原生质开始略有收缩，外形较稠，还原糖至2%以下时，即可转罐。三、发酵罐培养培养基：豆饼粉2.4%，葡萄糖3%，淀粉2.5%，(NH4)2SO40.1%，玉米浆0.3%，CaCO30.6%，豆油0.15%，丙酸或丙醇0.6%(24、48和72h分别加入)，pH6.5-7.0。60h前35℃，后33℃。从开始至8h为1:1(V/V)，后维持1:1(V/V)。接菌量10-15%，150-155h。代谢分三个时期：1、菌丝繁殖期：接种始到30h，菌丝生长快，繁殖旺盛，迅速利用糖和含氮物质；pH较缓慢上升，6.5-6.9间；菌丝体密2、红霉素分泌期：菌丝体生长逐渐减弱至平衡，着色较浅且不太均匀；pH逐渐上升至7.2-7.5间，糖继续被利用，氮处平3、菌丝自溶期：菌丝体逐渐衰老，着色很浅且不均匀，菌丝变短无规则，最终自溶；pH上升至7.5以上，产量逐渐下降。放罐指标：pH升至7.8，罐压上升缓慢，培养液开始转稀，利用红霉素不同酸碱度下溶解于不同溶剂特性，发酵液转移到有机溶剂中，再在适当酸性条件下使红霉素从溶剂中转移到酸性缓冲液中，后在适当碱性条件下，使红霉素再一次转移到溶剂中。溶剂反复萃取，达浓缩去杂之目的。1.发酵液处理：加0.1-0.2%甲醛溶液、4-6%的ZnSO4，用15-20%的碱液调pH至8.2-8.82.滤液处理：算好醋酸丁酯加入量，碱液调pH至10-10.5，边加边搅拌。加适量消乳剂。保温30-32℃3.醋酸丁酯提取液处理：加适量磷酸盐缓冲液，10%醋酸调pH至5-5.5，分层，去废醋酸丁酯，10%NaOH调pH到7-8，同时加适量醋酸丁酯。4.酸化缓冲液的处理：经中和的酸性缓冲提取液保温35-45℃，加醋酸丁酸酯萃取，用10%NaOH碱化，调pH至10-10.3，二次分级萃取，静置分层，得醋酸丁酯萃取液。经冷冻干燥，分装。组织培养细胞或动物机体细胞在病毒或其他干扰素诱生剂的作用下，产生了一种低分子量的可溶性糖蛋白，当它进入其他未感染的细胞时，可诱导该细胞产生抗病毒蛋白质，从而抑制其他病毒的复制，此种物质称为干扰素(Interferon,IFN)。1957年艾萨克斯和林德曼在研究流感病毒干扰现象时发现并命名的。分三个阶段：57-67年，IFN的发现和寻找高效诱生剂阶段，此阶段找到了如仙台病毒、新城疫病毒、铁洛龙、葡枝青霉素、PolyI：