玉米浆对林可霉素生物合成影响的研究摘要:采用BioFlo-110L中试生物反应器，通过在线、离线参数等关联分析，发现玉米浆用量对林可霉素生物合成调控很关键。适量补入玉米浆，可以增加三羧酸循环通量，强化菌体维持代谢和次级代谢，发酵单位较原工艺增长8.59%；将中试实验结果应用到63t生产罐实验，发酵单位增长6.32%。关键词：王米浆；林可霉素；生物合成林可霉素生物合成途径推测途径已有文献报道，即先由两个独立途径分别完成1，一是L-酪氨酸合成丙脯氨酸，一条是由景天糖-7-磷酸合成a-甲硫林可霉素，两个亚基经缩合再甲基化生成。林可霉素分子式C18H34N2O6S，不含磷，但在合成途径中，磷起着重要调节作用2，高浓度磷酸盐能刺激微生物的生长繁殖，而抑制多种抗生素生物合成3。NH4+是微生物易利用的氮源，能促进细胞的生长繁殖，同时能产生铵阻遏效应4。在林可霉素实际生产中，主要通过对氮源和磷源的调节，实现对发酵的控制，采用原料主要为玉米浆和硫酸铵，其中玉米浆含有丰富的氨基酸、生物素、可溶性磷和维生素，将玉米浆加入到发酵液后，可提高辅酶Q合成量，增加细胞呼吸强度5。林可霉素发酵过程中，中后期次级代谢强度变弱现象十分普遍。本研究采用BioFlo-110L中试生物反应器开展实验，改变玉米浆补料量，对采集到的参数结合生物合成原理分析，确定了玉米浆的最佳调控方案，改善了生产中的“后劲”不足。1材料与方法1.1菌种林可链霉菌（S. lincolnensis）。1.2培养基配方（略）1.3培养条件与培养办法1.3.1110L罐培养条件与办法（略）1.3.2 63t罐培养条件和办法（略）2结果与讨论2.1发酵中后期次级代谢变弱现象对各低产和高产罐各30批产量统计，发现低产罐前期发酵特征与高产罐相似，中后期分化明显，低产罐产率下降快。显微镜下对低产罐菌丝形态进行观察，变化过程为：菌丝团网逐渐消失，新生菌丝减少，残片段多，自溶时间早。2.2玉米浆对发酵过程的调控作用研究在110L罐上进行了5批中试，记为A1、A2、A3、A4、A5，并保持前80小时工艺相同。80h后工艺：A1、A2、A3、A4、A5每小时补入玉米浆7ml、13ml(原工艺)、19ml、25ml、31ml。各罐细胞干重（DCW）变化如图1。A1罐，100h后DCW明显下降，放罐下降至38.45 g/L；88h后产率变小，放罐产量6260?g/ml。A2罐，100h后DCW缓慢下降，放罐下降至39.34g/L；136h后产率变小，放罐产量6615?g/ml。A3罐，80h后DCW稳定，保持在41g/L左右；136h后产率变小，放罐产量7188?g/ml。A4罐，80h后DCW一直上升，放罐至43.46g/L；112h后单位增长慢，放罐产量6798?g/ml。A5罐，80-124hDCW缓慢上升，124h升至39.34g/L，之后缓慢下降，放罐降至40.6 g/L；88h后产率变小，放罐产量为6395?g/ml。 首先，对各罐菌丝形态分析A1罐80h后菌丝网逐渐减少，菌丝变细变短，后期断片状。A2罐菌丝形态相对改善，75-136h，菌丝呈团网，菌丝长但细， 136h后细且短。A3罐中后期呈大团网状，菌丝粗且长，伸展有空泡A4罐中后期菌丝粗长，着色较深，看不到空泡，出现返青现象A5罐中期菌丝粗长，后期短粗，一直着色深。其次，对各个罐林可霉素平均比生长速率（?）进行比较。由图1可以看出随着玉米浆补入量的增大，?也增大。A1罐的?最小，显然是由于补入玉米浆量太低，不能满足林可霉素菌进行维持代谢的需要，导致菌体生理活性降低，菌浓降低，次级代谢水平也随着降低；A2相对改善，但仍不足；A3中后期保持小的正?（0.0025/h），期间产率增量最大，说明菌体维持代谢和次级代谢水平较高。A4中后期?最大,说明玉米浆补入量偏大，过量的补入导致菌体基础代谢水平高，而次级代谢水平降低。A5由于补入玉米浆量过大，中后期基础代谢水平增高，但玉米浆含高浓度NH4+和RS，第一由于铵离子阻遏效应，使林可霉素产抗菌的谷氨酰胺合成酶的比活力降低，会使菌体初级和次级代谢都受到负面影响；第二产抗菌在高氮源环境中，菌丝抗剪切力降低，在搅拌桨叶作用下，菌丝断裂；第三由于玉米浆的PH低，而且菌体对高RS的利用使发酵液PH降至很低水平，使发酵后期PH波动大，最终导致后期?值为负。2.2.2实时曲线分析由上分析可知A1为典型低产罐，A3为高产罐，在发酵中后期A3和A1罐的林可霉素产抗菌的OUR逐渐拉开差距。A3在OUR平台20mmol/Lh左右，RQ维持在0.75左右，A1在OUR平台10mmol/Lh左右，RQ基本在0.65以下。说明A1在发酵中后期菌丝呼吸强度变小，维持代谢变弱，而A3菌丝活力一直较强，维持代谢较稳定，为菌体进行高水平的次级代谢提供了基本保障。2.3新工艺在63t罐的放大实验将A3罐控制工艺放大至63吨生产罐实验，验证三批，菌丝形态得到很大改善，放罐时平均效价7108?g/ml，较实验前提高了6.32%。3结论以 110L发酵反应器为设备，用林可链霉菌发酵生产林可霉素，单位较原工艺增长8.66%，最终确定了最佳玉米浆补料方案。63t罐放大验证3个批次，发酵产量增幅为6.32%。参考文献1Peschke U characterization of thelincornycin-productiongene cluster of S.linconnensis78-11J.Mol microbial2李小兵.林可霉素发酵过程中磷的调控.中国医药工业杂志3张嗣良，储炬，多尺度微生物过程优化。北京：化学工业出版社4金?，焦瑞身，硝酸盐，镁盐对林可霉素生物合成的促进作用5陈坚，堵国成，卫功元等。微生物重要代谢产物-发酵生产与过程解析。北京：化学工业出版社