程倫

摘 要：隨著發(fā)酵工程技術(shù)的不斷應(yīng)用，如何進(jìn)一步提升發(fā)酵生產(chǎn)水平、降低企業(yè)生產(chǎn)成本成為制藥企業(yè)十分重視的問題中，在菌種選育、基因工程構(gòu)建和發(fā)酵工藝優(yōu)化方面不斷的做出探索和努力，其中優(yōu)化發(fā)酵工藝成為成本最節(jié)約的一種提升發(fā)酵生產(chǎn)水平的方式。本文對制藥企業(yè)生產(chǎn)中如何優(yōu)化發(fā)酵工藝進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵;溶氧;工藝;優(yōu)化

1 pH指標(biāo)的優(yōu)化

①配料中的pH較為重要，分為配前、配后和消前、消后幾各階段的pH，可以根據(jù)配前和配后pH值的大小檢測材料的質(zhì)量，對配料情況做出初步的估計(jì)，根據(jù)pH值的非正常變化及時(shí)識別錯(cuò)誤，及時(shí)改進(jìn);②新配方需要用pH檢測方法對其中的材料是否會(huì)發(fā)生反應(yīng)情況進(jìn)行檢測，經(jīng)過材料兩兩混合后對pH值變化情況進(jìn)行檢測，也可以在配微量元素時(shí)進(jìn)行檢測;③在消毒時(shí)選擇合適的pH，可以有效減少消毒過程中對培養(yǎng)基的破壞，因?yàn)榕囵B(yǎng)基在消毒過程中pH值會(huì)不斷發(fā)生變化，不同pH條件下會(huì)對培養(yǎng)基的破壞程度不同，消毒時(shí)候選擇合適的pH能有效減少對pH敏感的原材料的破壞性，在消毒完成后在進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)，能有效減少培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)的破壞;④發(fā)酵產(chǎn)抗過程中，要綜合考慮營養(yǎng)物質(zhì)利用對pH造成的影響，根據(jù)不同的發(fā)酵時(shí)間來調(diào)整pH值，在不同發(fā)酵周期對pH進(jìn)行調(diào)整，不僅能有效減少雜質(zhì)，還能有效緩解溶氧。另外，培養(yǎng)過程中pH發(fā)生變化是因?yàn)榫w對碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)的利用造成的，產(chǎn)生的丙酮酸、乳酸、乙酸等有機(jī)酸逐漸累積促使pH下降。補(bǔ)料罐經(jīng)過pH調(diào)節(jié)后能更好的通過流加物料，通過調(diào)整補(bǔ)料罐來提高發(fā)酵指標(biāo)，發(fā)酵過程中調(diào)節(jié)pH可以使用多種方法，可以添加氨水和氫氧化鈉，也可以在補(bǔ)料過程中添加葡萄糖、玉米槳等物料來調(diào)節(jié)pH，效果要比單純的通酸堿好一些。

2 培養(yǎng)基配方的優(yōu)化

2.1 優(yōu)化碳氮比例

培養(yǎng)基中碳氮比例是否適合，能直接影響菌體的生長繁殖和產(chǎn)物的合成，碳源過多會(huì)造成pH過低，過低會(huì)造成菌體衰老嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)自溶;氮源過多會(huì)促進(jìn)微生物快速生長降低產(chǎn)物積累，氮源過少會(huì)造成菌絲量較少。當(dāng)前在抗生素發(fā)酵過程中有機(jī)氮源為微量元素提供了必要的營養(yǎng)補(bǔ)充，但有機(jī)氮源的質(zhì)量會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)地、工藝、運(yùn)輸及貯存等條件的不同而有所區(qū)別，使用的有機(jī)氮源經(jīng)過確定廠家后盡量不輕易調(diào)換，每次使用前要做好質(zhì)量復(fù)核，每一個(gè)批次使用都要留樣跟蹤生產(chǎn)使用情況。

2.2 優(yōu)化控制培養(yǎng)基pH

不同的菌體所用的工藝pH不同，單純配料很難滿足環(huán)境需求，需要通過通酸堿調(diào)節(jié)控制，當(dāng)前在生產(chǎn)工藝中普遍采用增添硫酸銨等酸性物質(zhì)或氨水等堿性物質(zhì)來控制和調(diào)節(jié)pH值，并是當(dāng)當(dāng)進(jìn)行氮源補(bǔ)充，使用碳酸鈣等緩沖劑來保持pH值的穩(wěn)定。比如青霉素發(fā)酵使用葡萄糖和氨水來均衡pH，葡萄糖通過自控系統(tǒng)進(jìn)行流加，氨水通過少量間歇自控流加，防止一次添加過量造成堿性過大而傷害菌體。

3 溶氧工藝的優(yōu)化

①溶氧控制要綜合分析生產(chǎn)情況，當(dāng)發(fā)酵罐罐體較深、攪拌功率大、通氣孔較多時(shí)，溶氧就較高，要根據(jù)不同的發(fā)酵周期科學(xué)調(diào)節(jié)變頻、通氣量、罐壓等，確保每個(gè)周期有一個(gè)適合的溶氧條件。比如前期通過調(diào)整通氣量、罐壓、溫度等來滿足條件需求;后期需要調(diào)節(jié)攪拌等指標(biāo)，還要根據(jù)菌種和產(chǎn)物對不同條件的敏感程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，對溫度敏感就要調(diào)整溫度，對壓力和二氧化碳敏感就要調(diào)整壓力;后期要根據(jù)發(fā)酵液性質(zhì)和電機(jī)功率來調(diào)整攪拌工序，需要注意的是，攪拌速度過快容易導(dǎo)致菌絲自溶化稀出現(xiàn)逃液和污染雜菌，進(jìn)行攪拌時(shí)要根據(jù)需要科學(xué)的選擇設(shè)備，做好接口和縫隙處的清潔，防止出現(xiàn)染菌現(xiàn)象;②要根據(jù)設(shè)備的情況設(shè)計(jì)空氣分布器，使空氣分布器和物料混合度達(dá)到最好要求，同時(shí)要注意染菌，要方便清洗和消毒，防止出現(xiàn)堵塞;另外，可以通過合理控制補(bǔ)料時(shí)間和補(bǔ)料量緩解溶氧，提高發(fā)酵指標(biāo)。

4 補(bǔ)料控制的優(yōu)化

一方面，使用儀表檢測通過參數(shù)科學(xué)控制補(bǔ)料流速，比如青霉素發(fā)酵過程中對溶氧狀況和液面情況進(jìn)行控制從而調(diào)節(jié)糖加量;另一方面，根據(jù)檢測指標(biāo)對補(bǔ)料量進(jìn)行調(diào)整，比如在頭孢菌素發(fā)酵過程中，補(bǔ)油控制至關(guān)重要，根據(jù)殘油和其他指標(biāo)來控制和調(diào)整補(bǔ)油量，設(shè)計(jì)補(bǔ)油上限。目前連續(xù)補(bǔ)料控制主要通過反饋控制和無反饋控制來進(jìn)行補(bǔ)料過程優(yōu)化。

5 滅菌工藝的優(yōu)化

溫度和時(shí)間控制是滅菌的重要環(huán)節(jié)，提高溫度和滅菌時(shí)間就會(huì)提升滅菌效果，但也會(huì)增加對培養(yǎng)基的破壞性。要根據(jù)不同的菌種找出無菌和營養(yǎng)之間的最好的控制指標(biāo)，才能起到較好的效果。需要注意的是，發(fā)酵液經(jīng)過消毒會(huì)遭到很大的破壞，所以首先需要控制消毒前的pH，而后控制消毒時(shí)的溫度和時(shí)間。發(fā)酵補(bǔ)料消毒通過調(diào)節(jié)幾種料的pH一起消毒，幾種物料按照比例進(jìn)行不發(fā)生反應(yīng)既能調(diào)節(jié)濃度控制蒸發(fā)量，又節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。另外，導(dǎo)致染菌的原因包括設(shè)備、空氣凈化、后補(bǔ)物料、接種帶菌等多種因素，空氣凈化失效帶菌占比最高，所以通過大頻次除濕或更換空氣過濾器來保證無菌。

6 結(jié)語

當(dāng)前制藥企業(yè)通過不斷改良生物菌種和優(yōu)化生產(chǎn)工藝來提高發(fā)酵水平，菌種改良需要配備水平較高的技術(shù)研究人員和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，投資成本很大，優(yōu)化發(fā)酵工藝成為最為簡約和高效的技術(shù)手段，通過優(yōu)化各種工藝參數(shù)、提高發(fā)酵指標(biāo)達(dá)到優(yōu)化發(fā)酵工藝、提高發(fā)酵生產(chǎn)水平的目的。

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