头孢菌素C生产工艺-头孢菌素c发酵工艺

头孢菌素C，其钠盐二水物为单斜晶体。溶于水，不溶于乙醇、乙醚。当水溶液pH2.5-8时稳定。主要作为制备7-氨基头孢霉烷酸（7-ACA）的中间体。对金葡菌、伤寒杆菌、大肠杆菌有活性。但由于抗菌活力低，临床未广泛应用。但通过改造可获得高效衍生物，目前主要作为制备7-氨基头孢霉烷酸（7-ACA）的中间体。

头孢菌素C是丝状真菌--顶头孢霉菌的次级代谢产物，是顶头孢霉菌的初级代谢在特定条件下的继续与发展的产物，要提高CPC的产量就必须从初级代谢着手。培养基中营养物质浓度合适时菌体才能生长良好，其中各种营养物质的浓度配比也直接影响菌体的生长繁殖和代谢水平。碳、氮作为生命的基本营养元素，在顶头孢霉菌的生命代谢过程中是必不可少的，其比值对菌体的成长状况和代谢水平影响较大。

(1) 发酵培养基组成对CPC产量的影响

在选择CPC发酵培养基时应从以下几个方面考虑：原料价格低廉，质量稳定，易获得；必须提供顶头孢菌素生长以及发酵产CPC的基本营养成分；有利于提高培养基中的底物浓度，提高CPC合成速度，缩短发酵周期；提高原料利用率；尽量减少副产物的形成，最后便于下游CPC的分离纯化。

①碳源与发酵水平的关系

常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇。葡萄糖是碳源中最易利用的糖。

有效地提高培养基中葡萄糖的含量可加速菌体生长，但是含量增加到一定浓度则又会抑制次级代谢的正常进行，导致产量下降。因此通过优化顶头孢霉菌培养基中的碳源结构和含量，可以有效地加速菌体生长代谢速度，提高产能，从而降低生产成本。

②氮源对发酵水平的影响

氮源主要用来构成菌体细胞物质和产抗代谢物。氮源的选择不当，质量欠佳，浓度配比不合理，会严重影响发酵单位。在实际的头孢菌素的发酵生产过程中往往都以玉米浆作为主要氮源，但由于作为可被迅速利用氮源的玉米浆，总氮和氨基酸态氮含量较低、质量波动亦较大远远不能满足生产菌生长和头孢霉素生物合成的需要。而且经过长期考察，发现发酵起步单位波动比较大，pH值波动也较大，在生产控制上不能达到统一，经常出现pH值突然升高，工艺参数不稳定。因此，必须寻找质量稳定的有机氮源来替代玉米浆。安琪酵母股份有限公司的酵母浸出物产品(酵母浸粉或酵母浸膏)，质量稳定，营养丰富，总氮和氨基酸态氮含量较高，作为一种优质的有机营养源，可以替代玉米浆，满足头孢菌素发酵水平，明显的提高发酵单位，给客户带来更高的价值。

(2) 发酵操作条件对CPC产量的影响

除了培养基的组成外，发酵过程中采取的操作条件也会对CPC的产量产生影响。顶头孢菌素在工业生产培养基中主要呈现出两种形态：丝状和分节孢子， 菌丝会使发酵液粘度过高，不利于传质，传热。因此除了温度、pH、压力等参数外，搅拌对CPC的生产影响显著。在高剪切力强度作用下，菌体生长缓慢，菌丝干重较低，CO2的排出率和摄氧率都降低，分节孢子大量减少，CPC产量急剧下降，因此，高强度的搅拌不利于CPC发酵生产，而低强度的搅拌必然不利于传质传热和氧的溶解，从而最终影响CPC发酵产量。因此，在发酵过程控制发酵规模放大时要结合流体力学，生化反应动力学，细胞生长动力学来进行发酵工艺的优化。

(3) 定时放料与头C产量的关系
由于硫铵浓度的下降，增大了加料体积，随着发酵时间的延长，发酵罐中发酵液体积和菌丝浓度不断增大，使溶氧不断下降，同时造成罐压升高，空气流量下降，从而打破菌体维持产物合成的平衡，要使菌体处于较高的生产速率，必须使罐内有效体积，菌体生长速率、氧的供需不断地建立一种近似原来的平衡状态，即在不断补料的同时，定时放料，下面是不同时间点带放其罐批产量情况与分批发酵生产情况如表四、表五所示。
由表四的结果表明，以第三组试验方法产量最高，因为大罐接后体积为42.5～43m3，前期补料较少，设定蒸发量在整个发酵过程中恒定不变，到65小时V补≈V蒸发，而效价以恒定的生产速率增长是从75小时开始，可持续到110小时，此时发酵体积为43.5～46.5m3，并且罐内有效体积在44～45m3时，单位增长最快，由于人为降低硫铵浓度，增大补料量，94小时罐内体积已达到46m3以上，单位达到13000～14000u/ml，为使其以恒定生产速率生长，必须使罐内体积恢复到44.5m3左右，故94小时带放最佳，这与表四试验结果相一致。
由表五结果可见，通过半连续发酵，菌体的平均生产速率比一般的补料分批发酵提高9.45％，从而使罐批产量增大，主要是由于中间带放使菌体代谢尽可能处于原有的平衡状态，同时增加了稀释的承受能力，使菌体比生产速率增加，相应地增加了比生产速率及生产速率。

(4) 在半连续发酵中补料与带放量的关系
因空气湿度受季节影响导致蒸发量相差较大，为确保全年各月份产量均衡，首先保证放罐体积相同即保证带放体积相等。
V带放=(V油＋VNS＋V氨水＋V代)×(1－η)……D
η：蒸发率
无论在那个季节油及氨水浓度不变，菌体合成代谢形成的水不变，那么各月份的加油量、氨水和代谢水可近似相等，设这常数为Vk，则不同月份每批硫铵加量为：
VNS=〖V带－VK（1－η）〗/（1－η）
如果各月份每批带放相同的体积，则根据各月份的蒸发率来调整硫铵的浓度即可。

(5) 半连续发酵对头C发酵液质量的影响
半连续发酵DCPC/CPC杂质含量，较批发酵下降了10.54％，这是由于：
1批发酵到90小时后因体积增大，为防止逃液，被迫升高罐压，降低空气流量，造成气泡体积减小，从而缩小了气泡与液体的接触面积，不利于氧的传递，通过带放使罐压和通气量恢复原来状态，增大氧传递速度。
2因批发酵后期液面高，增大加油率，结果不仅增大发酵液表观粘度，使通气效率下降，而且，过多的油会聚集在菌体表面，减少气泡与菌体的接触面积，降低氧传递速率，因油具消泡作用，故减少气—液界面以及气—液接触时间，从而降低通气效率，通过带放降低了罐内体积和罐压，加油率下降，铲除上述因素导致氧的利用率下降。
3在批发酵后期，由于氧传递受阻，造成菌体内部合成产物的氧比消耗速率Q02P半连续发酵在头C发酵生产中的应用，打破了国内外传统的单批发酵，不仅增大了罐批产量，提高了发酵指数和发酵液质量，同时还可延长发酵周期，提高设备利用率，使发酵成本下降，至于在补料过程中，加料稀释率ω多大时，带放次数多少，每次带放体积多大，使罐批产量最大，还需进一步研究。