内蒙古科技大学毕业设计说明书
第二章 设计说明
2.1 青霉素发酵过程
青霉素发酵过程中的代谢变化分为菌体生长、青霉素合成和菌体自溶三个阶段[2] (1) 菌体生长阶段
发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。这个阶段主要是碳源（包括糖类、脂肪等）和氮源的分解代谢，以及菌体细胞物质的合成代谢变化，前者的代谢途径和后者有机地联系在一起，碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被消耗，新菌体不断合成。随着菌体浓度的不断增加，摄氧率不断增大，溶解氧水平不断降低。当达到菌的临界浓度时，摄氧率达到最大，溶解氧降至最小。当营养物质的消耗达到一定程度，菌体生长达到一定浓度，或者溶解氧的供应下降到某一水平，即成为限制因素时，菌体生长速度减慢；同时，由于菌体的某些中间代谢产物的迅速积累、原有的酶活力下降以及出现与抗生素合成有关的新酶等原因，导致生理阶段的转变，发酵就从菌体生长阶段转入青霉素合成阶段。
(2) 青霉素合成阶段
这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。这期间以碳源和氮源的分解代谢和青霉素的合成代谢为主，前者的代谢途径和后者有机地联系在一起，碳源、氮源等营养物质不断消耗，青霉素不断合成。此外，由于存在着抗生素合成和菌体合成二条不同的代谢途径，需要严格控制发酵条件，以利抗生素合成代谢的进行。一般在这个阶段，发酵液中碳源、氮源和磷酸盐等营养物质的浓度必须控制在一定范围内，才有利于青霉素合成；如果这些物质过多，则只会促进菌体生长，抑制青霉素合成；如果这些物质过少，则菌体容易衰老，青霉合成能力也会衰退，对生产不利。除此之外，发酵液的pH 值、温度和溶解氧浓度等都会影响发酵过程中的代谢变化，进而影响青霉素产量，必须予以严格控制。 此阶段一般又称为青霉素分泌期或发酵中期。
(3) 菌体自溶阶段
这个阶段菌体衰老，细胞开始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率下降，
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氨基氮增加，pH上升。此时发酵必须结束，否则不仅会使青霉素受到破坏，还会给发酵液过滤和提炼带来困难。 此阶段一般又称为菌体自溶期或发酵后期。
2.2 生产方法
青霉素G生产分为菌种发酵和提取精制[2]两个步骤:
菌种发酵：将产黄青霉菌接种到固体培养基上，在25℃下培养7～10天，即可得青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空；气、搅拌，在27℃下培养24～28h，然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中，通入无菌空气，搅拌，在27℃下培养7天。在发酵过程中需补入苯乙酰胺前体及适量的培养基。
提取精制：将青霉素发酵液冷却，过滤。滤液在pH2～2.5的条件下，于离心机内用醋酸丁酯进行逆流萃取，得到BA萃取液，BA经水洗离心机洗去溶于水的色素及溶于水的杂酸。将此BA萃取液经活性炭脱色，脱色BA加入碳酸钾溶液调pH至7左右离心机反萃取得RB，RB加丁醇经共沸蒸馏过滤干燥即可得青霉素G钾盐。
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2.3 工艺流程
产黄青霉 在25-26°C，培养6-8d，形成单斜面孢子 将孢子制成悬液，接入到大米培养基上，25°C，相对湿度50%，生长7d。 米孢子 一级种子罐 通入无菌空气，充分搅拌300-350r/min,在温度（27±0.5）°C下培养40-50h。 二级种子罐 通气体积比1:3, 充分搅拌250-280r/min, 在温度（25±0.5）°C下培养发酵罐 通入充足空气，充分搅拌150-200r/min, 在25-26°C，培养168h。 发酵液 采用鼓式真空过滤机过滤，除去菌丝体和大部分蛋白。 发酵滤液 用10%硫胺调节pH 4.5-5.0,加入0.07%溴代十五烷吡啶，再通过板枢式过滤机。 一次BA萃取一次水提液 调pH至中性，加2.5倍体积 无水丁醇，在16-26°C， 0.67-1.3Kpa下蒸馏 干燥晶体 脱色液 结晶混悬液 图2.1 工艺流程图
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2.4 工艺特点
本工艺工程为三级发酵[3]，一级种子罐-二级种子罐-发酵罐。二级种子罐、一级种子罐培养时间短，培养基一次投入，中间不补料，发酵罐考虑到各种由于底物浓度过高引起的底物抑制情况以及产物合成期对营养成分的需求，采用中间补料。主要补油、补糖、补氨水调解PH，在放罐前一次性补消沫油。一级种子罐采用实罐消毒，二级种子罐、发酵罐培养基采用连续消毒。一级种子罐体积小采用夹套换热，二级种子罐采用内蛇管，发酵罐用外盘管加内蛇管换热，内蛇管也作为罐内挡板，以加强罐内料混合程度。 主要技术资料: (1) 接种量
一级种子罐至二级种子罐按15%计算； 二级种子罐至发酵罐按15%计算； (2) 培养基灭菌
一级种子罐及二级种子罐培养基采用空消灭菌； 发酵罐培养基采用实消灭菌； (3) 通气量
一级种子罐：0.2（VVM），二级种子罐：0.15 (VVM)， 发酵罐：0.09 (VVM)； (4) 无菌空气处理系统
空气处理量：按设计要求 空压机出口压力：0.25~0.3（Mpa） 进总过滤器的相对湿度：60% 空气洁净度：100级 (5) 发酵周期：
一级种子罐：64小时，二级种子罐：56小时，发酵罐：136小时 (6) 装料系数
一级种子罐：65%，二级种子罐：70%，发酵罐：80% (7) 自控要求：
发酵系统：种子罐、发酵罐温度自控，PH控制，罐压指示，溶氧指示，转速显示及变频调速，液位报警； 连消系统：温度、流量连锁控制；