消泡劑的新用途的製作方法

2023-12-04 06:48:31

專利名稱：：消泡劑的新用途的製作方法
技術領域：
：本發明涉及微生物發酵領域。更具體地涉及消泡劑在微生物發酵中的新應用。
背景技術：
：在抗生素深層發酵過程中，因攪拌和通氣會形成大量泡沫，發酵液中蛋白質、糖和代謝物等具有穩定泡沫的作用。過多的泡沫給發酵帶來了許多不利影響，如降低設備利用率，增加染菌機會等。泡沫嚴重時還會影響通氣、攪拌正常操作，造成代謝異常。然而，適當的泡沫形成對抗生素髮酵氧傳遞速率(OTR)的提高有顯著作用。因此，篩選適合的消泡劑對泡沫適量控制是抗生素髮酵過程中的重要環節之一。通常消泡的方法包括物理方法和化學方法。物理方法主要有機械攪拌、靜電消泡、冷凍法、高速離心法、加壓減壓法和超聲波等；化學方法則通過使用消泡劑來減少或控制泡沫，目前應用廣泛。發酵工業常用的消泡劑分為油脂類、聚醚類、有機矽和聚醚改性矽氧垸類等四類。消泡劑雖然可以迅速消泡，但是也抑制氣泡的分散，使體積氧傳質係數KLa降低，從而顯著影響氧的傳質速率，使溶氧(DO)迅速下降甚至到零，如果D0長時間低於臨界值，將對發酵過程產生嚴重後果。消泡劑不僅具有消泡的物理作用，也將影響抗生素產生菌的生理代謝作用，但多數消泡劑是起負面影響。因此本領域迫切需要提供一種物質，它既具有理想的消泡、抑泡能力，又不影響抗生素產生菌的生理代謝；更佳地本領域還需要提供這種物質的優化使用量，既提高發酵單位，也能達到理想的消泡效果，從而找到生理作用和物理作用的平衡點。
發明內容本發明旨在提供消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的用途。本發明的另一個目的是提供消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的使用方法。在本發明的第一方面，提供了一種消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的應用，所述的消泡劑具有消泡、抑泡和促進生物合成的作用；所述的消泡劑選自C12-C22的高碳醇、聚醚改性矽或矽類物質。在另一優選例中，所述的促進生物合成的作用包括增加產生菌菌體濃度和提高產生菌生物效價。在另一優選例中，所述的大環內酯類抗生素選自螺旋黴素、紅黴素、麥迪黴素、或吉他黴素；優選紅黴素或螺旋黴素；更優選必特螺旋黴素。在另一優選例中，所述的C12-C22的高碳醇是酯與聚多元醇的混合物，所述的聚醚改性矽是聚醚改性聚矽氧浣類物質，所述的矽類物質是帶有二甲基矽氧烷的植物性垸基化脂肪酸酯。在另一優選例中，所述的C12-C22的高碳醇是型號為SB2023的產品，所述的聚醚改性聚矽氧烷類物質是型號為XPJ680、或BX-828的產品，所述的矽類物質是型號為SB2450的產品；優選上海博易和化工有限公司生產的型號為BX-828的產品。在另一優選例中，所述的消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的濃度以發酵體系為基準為0.01-0.99%。。在本發明的第二方面，提供了一種消泡劑的使用方法，所述的方法包括步驟將消泡劑和大環內酯類抗生素產生菌發酵培養基混合，得到一發酵體系，所述發酵體系中消泡劑的濃度以發酵體系為基準為0.01-0.99%。；所述的消泡劑選自C12-C22的高碳醇、聚醚改性矽或矽類物質。在另一優選例中，所述發酵體系中消泡劑的濃度為0.05-0.5%。；優選濃度為0.08-0.3%。。在另一優選例中，所述的C12-C22的高碳醇是酯與聚多元醇的混合物，所述的聚醚改性矽是聚醚改性聚矽氧垸類物質，所述的矽類物質是帶有二甲基矽氧烷的植物性烷基化脂肪酸酯；優選所述的C12-C22的高碳醇是型號為SB2023的產品，所述的聚醚改性聚矽氧垸類物質是型號為XPJ680、或BX-828的產品，所述的矽類物質是型號為SB2450的產品；更優選上海博易和化工有限公司生產的型號為BX-828的產品。在另一優選例中，所述的大環內酯類抗生素選自螺旋黴素、紅黴素、麥迪黴素、或吉他黴素；優選紅黴素或螺旋黴素；更優選必特螺旋黴素。據此，本發明提供了一種物質，它既具有理想的消泡、抑泡能力，又不影響抗生素產生菌的生理代謝；更佳地本發明還提供了這種物質的優化使用量，既提高發酵單位，也能達到理想的消泡效果，即找到了生理作用和物理作用的平衡點。圖1是消泡劑物理性能檢測裝置。圖2顯示了添加消泡劑對必特螺旋黴素效價的影響；其中，1號消泡劑的終濃度分別設為0.25%、0.5%和1%，其它消泡劑使其終濃度為O.01%、0.02%和0.03%，12號消泡劑再加上0.04%的濃度;其中，1、4、7、10—13分別表示實施例1表1中的1號、4號、7號、和10—13號消泡劑。圖3顯示了添加消泡劑對菌濃(PMV)的影響；其中，1號消泡劑的終濃度分別設為0.25%、0.5%和1%，其它消泡劑使其終濃度為0.01%、0.02%和0.03%，12號消泡劑加上0.04%的濃度；其中，1、4、7、10—13分別表示實施例1表1中的1號、4號、7號、和10—13號消泡劑。圖4顯示了添加0.01%12號消泡劑(上海博易和化工有限公司生產，型號BX-828)對氨基氮、總糖和還原糖的影響。圖5顯示了添加0.01%12號消泡劑(上海博易和化工有限公司生產，型號BX-828)對pH、菌濃和效價的影響。圖6顯示了添加12號消泡劑(上海博易和化工有限公司生產，型號BX-828)對紅黴素效價的影響。具體實施例方式發明人經過廣泛而深入的研究，意外地發現有一類物質，它在抗生素產生菌的發酵過程中，同時兼具物理和生理作用，即不但可以有良好的消泡、抑泡作用，同時還對產生菌的生理代謝具有促進作用。具體地，發明人發現一些消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中，6不但具有消泡、抑泡作用，還同時可以促進菌體生長和提高生物效價。發明人還發現在一定濃度範圍內，這類物質在發酵過程中的生理作用和物理作用可以達到平衡，既提高發酵單位，又能達到理想的消泡效果。所述的大環內酯類抗生素選自螺旋黴素、紅黴素、麥迪黴素、或吉他黴素；較佳地為螺旋黴素；更佳地為必特螺旋黴素。如本文所用，"消泡劑"是指一種加入到反應混合物中能促進氣泡破裂和氣體釋放以及能消除因混合、噴射或攪拌所產生的泡沫的表面活性化學物質。消泡劑可以預防、消除和/或減少泡沫。如本文所用，"消泡劑的物理作用"、"消泡劑的物理性能"和"物理作用"可互換使用，都是指消泡劑在預防、消除和/或減少泡沫方面的作用，它包括消泡作用和抑泡作用。如本文所用，"消泡"、"消泡作用"、"消泡效果"、"消泡性能"和"消泡效能"可互換使用，都是指讓泡沫自然消失的作用。如本文所用，"抑泡"、"抑泡作用"、"抑泡效果"、"抑泡性能"和"抑泡效能"可互換使用，都是指使起泡能力受到抑制的作用。本發明中的消泡劑是本領域熟知的適合發酵行業使用的具有消泡、抑泡作用的消泡劑，可以是通過商業購得，選自C12-C22的高碳醇、聚醚改性矽或矽類物質。較佳地，所述的C12-C22的高碳醇是酯與聚多元醇的混合物，所述的聚醚改性矽是聚醚改性聚矽氧烷類物質，所述的矽類物質是帶有二甲基矽氧垸的植物性垸基化脂肪酸酯；更佳地，所述的C12-C22的高碳醇是型號為SB2023的產品，所述的聚醚改性聚矽氧烷類物質是型號為XPJ680、或BX-828的產品，所述的矽類物質是型號為SB2450的產品；最佳地，上海博易和化工有限公司生產的型號為BX-828的產品。如本文所用，"高碳醇"和"高碳醇類消泡劑"可互換使用，都是指強疏水弱親水的線型分子。如本文所用，"聚醚改性聚矽氧院類物質"和"聚醚改性聚矽氧垸類消泡劑"可互換使用，都是指選擇具有較強抑泡作用的聚醚和疏水性強、破泡迅速的二甲基矽油為主要成分和能使矽油與聚醚有機結合起來的乳化劑、穩定劑等成分組成的兼有有機矽特性和聚醚特性的穩定的消泡劑。如本文所用，"矽類"和"矽類消泡劑"可互換使用，都是指主鏈為矽氧鍵的非極性分子。本發明所述的大環內酯類抗生素產生菌可以是本領域熟知的能通過發酵產生大環內酯類抗生素的菌株。本發明所述的大環內酯類抗生素產生菌發酵培養基可以是本領域熟知的培養大環內酯類抗生素微生物的培養基。本發明所述的必特螺旋黴素產生菌可以是本領域熟知的能通過發酵產生必特螺旋黴素的菌株，優選基因工程菌，最佳地是必特螺旋黴素基因工程菌WSJ-1-195。本發明所述的必特螺旋黴素產生菌發酵培養基可以是本領域熟知的培養必特螺旋黴素微生物的培養基。在本發明中，"生物合成"是指微生物通過發酵產生次級代謝產物的過程，尤其是指大環內酯類抗生素產生菌通過發酵產生大環內酯類抗生素的過程，特別是指必特螺旋黴素產生菌通過發酵產生必特螺旋黴素的過程。在本發明中，"生物效價"、"發酵效價"和"效價"可以互換使用，是指大環內酯類抗生素產生菌所產生的次級代謝產物的能力，尤其是指必特螺旋黴素產生菌所產生的次級代謝產物的能力。本發明提到的上述特徵，或實施例提到的特徵可以任意組合。本案說明書所揭示的所有特徵可與任何組合物形式並用，說明書中所揭示的各個特徵，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特徵取代。因此除有特別說明，所揭示的特徵僅為均等或相似特徵的一般性例子。本發明的主要優點在於對聚醚改性聚矽氧烷類消泡劑進行合理使用，使其在發酵過程中同時具有消泡、抑泡和促進生物合成的作用。下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件或按照製造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則所有的百分比和份數按重量計。除非另行定義，文中所使用的所有專業與科學用語與本領域熟練人員所熟悉的意義相同。此外，任何與所記載內容相似或均等的方法及材料皆可應用於本發明方法中。文中所述的較佳實施方法與材料僅作示範之用。實施例11材料與方法1.1菌種必特螺旋黴素基因工程菌WSJ-1-195，由瀋陽同聯製藥集團上海研究所提供。1.2培養基配方(參見王以光，金蓮舫，金文藻，等.4'醯化酶基因的克隆及在螺旋黴素產生菌中的表達[J].生物工程學報，1992，8(1):1)1.2.1斜面培養基澱粉，黃豆餅粉，NaCl，CaCO:,，KH2P04，蛋白腖等。1.2.2種子培養基澱粉，黃豆餅粉，NaCl,CaCO:,,KH2P04,蛋白腖等。1.2.3發酵搖瓶培養基葡萄糖，澱粉，魚粉，NH4N03，CaCO:,，KH2P04,MgS047H20，NaCl等。1.2.4生物效價測定培養基牛肉膏，蛋白腖，葡萄糖，酵母膏，瓊脂等。1.3培養方法1.3.1斜面培養方法茄子瓶中加入40ml斜面培養基，12rC滅菌30分鐘。挖塊接種，37'C培養13d，然後放置在4'C冰箱，保存備用。1.3.2種子搖瓶培養方法從茄子瓶中挖下lcmX2cm斜面孢子，然後接種至裝有50ml種子培養基的500ml搖瓶中，置於搖床28'C培養48—52小時。然後按10%接種量接於二級種子培養基28'C培養24—26小時，搖床轉速220轉/分鐘。1.3.3發酵搖瓶培養方法按4%接種量，將培養好的二級種子液接種到發酵培養基中。置於搖床28。C培養92—96小時，搖床轉速220轉/分鐘。1.4生理參數測定方法1.4.1發酵液中總糖(還原糖)的測定採用斐林法[:']。1.4.2氨基氮含量的測定釆用甲醛法測定[4]。1.4.3菌濃(Packedmassvolume，PMV)測定取10ml發酵液，於TGL-16型高速臺式離心機3000轉/分鐘離心10分鐘，測定菌體百分比濃度。1.4.4生物效價的測定短小芽孢桿菌(&"7/"s/^w7m)作為鑑定菌，按文獻(王以光，金蓮舫，金文藻，等.4'醯化酶基因的克隆及在螺旋黴素產生菌中的表達[J].生物工程學報，1992，8(1):1)進行。1.4.5菌絲形態觀察(參見曾小魯.實用生物製片技術[M].北京高等教育出版社，1989:60)用普通光學顯微鏡，菌絲經美藍染色。1.5消泡劑的消泡和抑泡性能測定方法1.5.1供試消泡劑消泡劑均採購於市場，分類情況見表l-表l消泡劑種類tableseeoriginaldocumentpage101.5.2裝置實驗裝置如圖l所示。採用直徑6cm、高35cm帶有刻度的玻璃量筒，導入一根空氣導管到量筒底部。向玻璃量筒內注入一定量的發酵液，以恆定空氣速率通過玻璃量筒底部，使發酵液產生氣泡，通過讀取刻度可記錄泡沫高度。1.5.3測定方法為了測定的方便，規定消泡性能的衡量指標是消去1700ml泡沫需要的時間，時間愈短，消泡效果愈好。抑泡性能的衡量指標是在培養基中加入消泡劑後，生成200ml泡沫所需時間，時間愈長，抑泡效果愈好。在2000ml玻璃量筒中加入200ml發酵液以恆定通氣速率(3L/分鐘)通入空氣，當泡沫體積達到2000ml時，記錄生成此體積泡沫所需時間和自然下降至300ml刻度處(即消去1700ml泡沫)時所需時間。測定消泡性能，先重新鼓泡，泡沫達到2000ml時，加入一定量的消泡劑，然後記錄泡沫從2000ml降至300ml所需時間。測定抑泡性能時，首先向未鼓泡的200ml發酵液中加入一定量的消泡劑，攪拌使其分散均勻，然後鼓泡，記錄生成200ml泡沫所需時間即為該消泡劑的抑泡時間。2實驗結果2..1消泡劑對發酵液物理作用測定結果消泡劑的物理作用包括消泡作用和抑泡效果。消泡劑在發酵液中的消泡和抑泡性能如表2和表3所示。表2消泡性能比較\^泡時間(秒)消泡劑種類^^\消泡劑加量(l(T6g/ml)1.563.126.2512.525l號3842號3042059625193號23117413597324號35727221094455號21016913282316號1501203519107號86563519108號18214512172109號143111805217IO號645247198U號4229218612號3525108513號55301810511tableseeoriginaldocumentpage12試驗中通過鏡檢菌絲，我們發現含有12號消泡劑試驗組的菌絲細長結成網狀，而對照組菌絲則比較短，且粗，部分成團，說明12號消泡劑有利於菌絲的舒展生長，同樣這也有利於搖瓶中氧的傳遞，據戴劍漉報導，相對高的溶氧有利於必特螺旋黴素的生物合成。3結論從13種不同類型的消泡劑中篩選得到12號消泡劑，其對必特螺旋黴素發酵液的消泡、抑泡有良好的作用，而且還對必特螺旋黴素生物合成有促進作用，在0.01%使用濃度下，使發酵單位提高了34.5%,因此，該消泡劑適合在必特螺旋黴素的發酵過程中使用。實施例2在紅黴素發酵中的生理效果實施例1中的12號消泡劑在另一大環內酯類抗生素一一紅黴素發酵中驗證了同樣效果。操作條件挖取新鮮斜面(lcmXlcm)接到裝有80raL種子培養基的500mL搖瓶中，溫度34。C，轉速220r/min，培養44-48h後，轉到發酵瓶中培養，接種量為5%，溫度34。C，轉速240r/min,培養144h。試驗組在培養基中添加不同濃度12號消泡劑，以不加消泡劑作對照，發酵結束後測定生物效價。圖6顯示添加0.02%優選消泡劑組，紅黴素發酵單位提高30.9%。結果表明，12號消泡劑對必特螺旋黴素發酵液的消泡、抑泡有良好的作用，而且還對紅黴素生物合成有促進作用，在0.02%使用濃度下，使發酵單位提高了30.9%，因此，該消泡劑適合在紅黴素的發酵過程中使用。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的實質技術內容範圍，本發明的實質技術內容是廣義地定義於申請的權利要求範圍中，任何他人完成的技術實體或方法，若是與申請的權利要求範圍所定義的完全相同，也或是一種等效的變更，均將被視為涵蓋於該權利要求範圍之中。權利要求1.一種消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的應用，其特徵在於，所述的消泡劑具有消泡、抑泡和促進生物合成的作用；所述的消泡劑選自C12-C22的高碳醇、聚醚改性矽或矽類物質。2.如權利要求1所述的應用，其特徵在於，所述的促進生物合成的作用包括增加產生菌菌體濃度和提高產生菌生物效價。3.如權利要求1所述的應用，其特徵在於，所述的大環內酯類抗生素選自螺旋黴素、紅黴素、麥迪黴素、或吉他黴素；優選紅黴素或螺旋黴素；更優選必特螺旋黴素。4.如權利要求1所述的應用，其特徵在於，所述的C12-C22的高碳醇是酯與聚多元醇的混合物，所述的聚醚改性矽是聚醚改性聚矽氧烷類物質，所述的矽類物質是帶有二甲基矽氧烷的植物性烷基化脂肪酸酯。5.如權利要求1所述的應用，其特徵在於，所述的C12-C22的高碳醇是型號為SB2023的產品，所述的聚醚改性聚矽氧烷類物質是型號為XPJ680、或BX-828的產品，所述的矽類物質是型號為SB2450的產品；優選上海博易和化工有限公司生產的型號為BX-828的產品。6.如權利要求1所述的應用，其特徵在於，所述的消泡劑在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中的濃度以發酵體系為基準為0.01-0.99%。。7.—種消泡劑的使用方法，其特徵在於，所述的方法包括步驟將消泡劑和大環內酯類抗生素產生菌發酵培養基混合，得到一發酵體系，所述發酵體系中消泡劑的濃度以發酵體系為基準為0.01-0.99%。；所述的消泡劑選自C12-C22的高碳醇、聚醚改性矽或矽類物質。8.如權利要求7所述的使用方法，其特徵在於，所述發酵體系中消泡劑的濃度為0.05-0.5%。；優選濃度為0.08-0.3%。。9.如權利要求7所述的使用方法，其特徵在於，所述的C12-C22的高碳醇是酯與聚多元醇的混合物，所述的聚醚改性矽是聚醚改性聚矽氧烷類物質，所述的矽類物質是帶有二甲基矽氧烷的植物性垸基化脂肪酸酯；優選所述的C12-C22的高碳醇是型號為SB2023的產品，所述的聚醚改性聚矽氧垸類物質是型號為XPJ680、或BX-828的產品，所述的矽類物質是型號為SB2450的產品；更優選上海博易和化工有限公司生產的型號為BX-828的產品。10.如權利要求7所述的使用方法，其特徵在於，所述的大環內酯類抗生素選自螺旋黴素、紅黴素、麥迪黴素、或吉他黴素；優選紅黴素或螺旋黴素；更優選必特螺旋黴素。全文摘要本發明公開了聚醚改性聚矽氧烷類物質在大環內酯類抗生素產生菌發酵過程中能同時具有消泡、抑泡和促進生物合成的作用。本發明還公開了這類物質的使用方法。文檔編號C12P19/00GK101560540SQ200810036228公開日2009年10月21日申請日期2008年4月18日優先權日2008年4月18日發明者炬儲,劉延茂,莊英萍,張嗣良,王軍峰,王永紅,郝玉有申請人:華東理工大學;上海同聯製藥有限公司