【正文】 獲得更好的收益，降低對環(huán)境的影響，減少對環(huán)境的壓力。提取工段總收率為 70%，選取板框壓濾機 6 個，溶媒萃取池 3 個，三足式離心機 6 個。該設計成果主要采用形式為發(fā)酵車間平面布置圖（ 1 張），發(fā)酵工藝流程圖（ 1 張），發(fā)酵車間設備布置立面圖（ 1 張），提取車間設備布置圖（ 1 張）和發(fā)酵罐的三視圖（ 1 張）并編寫詳細數(shù)據(jù)說明書。s calculation 65%, the content of erythromycin fermentation broth is 14000 U/ content of the end erythromycin product is 720μ/ final selection of fermenter39。 Process。紅霉素具有廣譜抗菌作用，它的抗菌譜和青霉素 G相似，特別對革蘭氏陽性細菌、大病毒、抗酸桿菌及立克次氏體有抗菌活性，是治療由溶血性鏈球菌感染和耐藥性金黃色葡萄球菌感染所引起疾病的首選藥物。 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀 我國紅霉素發(fā)酵水平屬低水平重復操作，與發(fā)達國家相比差距較大。 紅霉素銷售狀況 近年來，通過對紅霉素結構改造半合成了許多抗炎性藥物，同時，以紅霉素合成酶基因為基礎的組合生物合成方法可以合成成千上萬種新的聚酮結構，為合成新藥提供了新方法。加之在抗生素藥物中， 紅霉素生物合成的分子生物學過程最為清晰， 因此，紅霉素的生產(chǎn)仍具有廣闊的前景 [2]。 菌種是通過育種，選育的具體抗噬菌體，生產(chǎn)能力高的菌種。選擇好菌種后在進行培養(yǎng)基的選擇，針對菌種的不同，選擇合適的培養(yǎng)基選擇方法。若使用其它菌株應進行相應的優(yōu)化實驗，從而獲得優(yōu)化的培養(yǎng)基配比。油脂組成越復雜，紅霉素產(chǎn)量越高 [3]。 紅色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)紅霉素培養(yǎng)基的響應面優(yōu)化 [4]改進，為工業(yè)發(fā)酵提供了豐富而價廉的原料 。另外，豆餅粉和玉米漿其他元素含量豐富，基本不需額外添加蛋白胨和其他微量元素，搖瓶發(fā)酵實驗結果接近于目前一般工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素的水平。 增加表柔紅霉素 aveBIV基因拷貝數(shù)：表柔紅霉素是柔紅霉素中柔紅糖胺 C2 位羥基表異構化的產(chǎn)物，是重要的抗腫瘤抗生素表阿霉素的半合成前體 [6]。 對剔除糖多孢紅菌霉中的 MCM 基因在糖基和油基中代謝的比較 [7]，得出代謝模型 在糖基中 MCM 消耗甲基丙二酸單酰 COA，而在油基中是產(chǎn)生甲基丙二酸單 4 酰 COA。 通過表達一個外源基因編碼的 S 腺苷甲硫氨酸合成酶來提高紅霉素 A 的產(chǎn)量[8,9]，研究表明將來源于鏈霉菌的 S 腺苷甲硫氨酸合成酶 (SAMs)的基因通過載體DNA 整合到 E2 糖多孢紅菌霉染色體上，提高了糖多孢紅菌霉 E1 重組菌株中 SAM的產(chǎn)量。高效液相色譜檢測紅霉素 A 的含量增加，主要雜質紅霉素 B 的含量降低。而紅霉素 B基本上沒有，紅霉素 C 的產(chǎn)生也大幅度降低。關鍵是利用 ZL1004 菌株的發(fā)酵，由實驗的 50L發(fā)酵罐，成功的進行了大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)發(fā)酵 紅霉素生產(chǎn)過程的控制技術 利用計算機技術進行調控 [11]，傳統(tǒng)的 PID控制因為算法簡單，魯棒性好，可靠性高，具有可以改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性等優(yōu)點，因而被廣泛應用于工業(yè)控制系統(tǒng)；但是對于工業(yè)過程中的時變、非線性、滯后或高階大慣性對象，常規(guī) PID 控制難以取得滿意的控制效果。 利用 VB對紅霉素發(fā)酵過程的監(jiān)控系統(tǒng) [12]，研究表明在 VB6. 0的編程環(huán)境下， 采用 ADO訪問數(shù)據(jù)庫服務器，然后采用 Active X 技術將 VB與 MATLAB的交互，利用 5 MATLAB軟件的線性分析和仿真能力，進行矩陣運算和三維圖形輸出。采用 zig Bee技術實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的無線傳輸是完全可行的，最終生成具有短距離無線通信能力的 ZigBee實驗系統(tǒng)，既可以減輕控制現(xiàn)場電纜眾多的問題 ，又可以提高傳感器的可移動性， 從而提高傳感器安裝的靈活性和使用的便利性。該研究只針對工程菌 ZL1004，不涉及其它菌株，因此在使用其它工程菌發(fā)酵時可參考相應的實驗方法進行供氧條件的判定。發(fā)酵前期溫度偏高有利于菌體的生長，發(fā)酵后期降溫有利于延緩菌體的衰老，從而增長紅霉素合成期，增加紅霉素的積累。 采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行實時測量 [15]，研究通過使用左旋人工神經(jīng)網(wǎng)絡對紅霉素發(fā)酵液中菌絲的濃度、糖的濃度、化學效力進行測定。左旋人工神經(jīng)網(wǎng)絡比普通的人工神經(jīng)網(wǎng)絡操作更簡單。除雜后的紅霉素發(fā)酵液先經(jīng)過陶瓷膜澄清，再經(jīng)過有機納濾膜濃縮，后處理得到成品。 紅霉素提取脫色方面的研究 有關研究使用陰離子交換纖維對發(fā)酵液進行脫色 [17]。同種條件下陰離子交換纖維比陰離子交換樹脂效果 要好，而且紅霉素損失也小。 研究通過高效液相色譜法進行紅霉素發(fā)酵液組成的測定 [18]，研究表明對發(fā)酵液過濾后進行冷凍干燥處理與氯仿萃取比較得出，冷凍干燥處理紅霉素損失幾乎為 0，又因為雜質均為水溶性物質，故采用乙醇等有機溶劑溶解，得到純度相當高的紅霉素溶液，然后利用合適的離子交換載體、緩沖液對紅霉素進行測定。通 常檢測批量少。 紅霉素生產(chǎn)過程相關的設備 標準式發(fā)酵罐 [20]，是純種培養(yǎng)生物工程中使用最為普通的發(fā)酵罐，約占發(fā)酵罐總數(shù)的 80%90%以上，隨著發(fā)酵過程的控制和檢測水平提高，發(fā)酵罐的容積增大已成生物發(fā)酵業(yè)的趨勢。因此，需對均相液液調和、非均相液液分散和混合以及固液懸浮等四種攪拌過程的機理分別進行分析。細分還有立式薄壁常壓容器、鋼制立式圓筒形固定頂儲罐等。離心機有很多類：三足式離 7 心機、上懸式離心機、臥式刮刀卸料離心機等。 干燥 [25]是生物產(chǎn)品分離的最后一步，其目的主要是除去原料、半成品中的水分或溶劑， 以便于加工、運輸、使用、貯藏等。 8 工藝原則 進行工藝流程設計，必須考慮的幾個原則： （ 1）保證產(chǎn)品的質量符合國家標準，國家規(guī)定原料藥紅霉素產(chǎn)品中紅霉素 A的含量必須大于 80%。 （ 2）盡量采用成熟的、先進的技術和設備。從本設計的總體來看，菌種選用的是德國進口的發(fā)酵效價很高的一種，生產(chǎn)工藝來看是國內(nèi)用的比較多的一種，其中補料系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)是國內(nèi)很先進的設備。本設計完全滿足要求。 （ 5）生產(chǎn)過程幾乎全部采用的機械化，部分系統(tǒng)自動化。 工藝流程的確定 ：種子培養(yǎng)及發(fā)酵菌株的確定 1） 菌種的篩選：菌種的篩選采用最常用的且有效的斜面孢子培養(yǎng)。同時需注意 ，每批孢子成熟后除做搖瓶試驗測定生產(chǎn)能力外，還應插進一試驗罐對比考察發(fā)酵水平，如不低于前批孢子，可用于生產(chǎn)。選擇合適的培養(yǎng)基配比，在避光，37℃ 下，進行菌種的擴大培養(yǎng)。 9 4） 菌種發(fā)酵水平的最終確定：菌種發(fā)酵水平的最終確定需進行發(fā)酵的放大，也就是在試驗罐中檢測其發(fā)酵水平，只有在此達到標準才能進行發(fā)酵生產(chǎn)，接種到生產(chǎn)發(fā)酵罐 中。 為了使菌種在放大過程中保持其穩(wěn)定高產(chǎn)的性能，同時滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要，在生產(chǎn)開始采用三級發(fā)酵。與處理后的發(fā)酵液通過板框壓濾機進行除雜，同時清洗板框后的清洗液返回預處理罐。 發(fā)酵流程 一級種子罐 1 二級種子罐 1 三級種子罐 1 發(fā)酵罐 預處理罐 板框壓濾機 溶媒萃取 碟片分離 成鹽 高速離心 結晶 干燥 成品 10 1）發(fā)酵系統(tǒng) 表 Table Parameters of Fermentation system 項目 單位 指標 發(fā)酵單位 U / mL 14000 成品單位 U / mg 720 發(fā)酵周期 h 160 發(fā)酵熱 kJ /（ m3 h） 25122 總收率 % 65 年工作日 D / y 330 染菌率 % 發(fā)酵液重度 kg / m3 1050 發(fā)酵液粘度 Cp 50 2）無菌空氣處理系統(tǒng) 表 Table Parameters of Sterile air processing 項目 單位 指標 空壓機出口壓力 Mpa 進罐空氣溫度 ℃ 4045 進總過濾器空氣濕度 % 60 空氣潔凈度 級 100 3） 連續(xù)滅菌溫度 135 ℃ 4） 提取工段要求 表 參數(shù) Table Parameters of Extraction section 收率 提取 堿化 板框 丁提 成鹽 淋洗 指標 70% 85% 97% 90% 98% 98% 5） 廠址：撫順 11 6） 培養(yǎng)基配比 表 Table Component of the Medium 原料名稱 一級種子罐〔 %〕 二級種子罐 〔 %〕 三級種子罐 〔 %〕 發(fā)酵罐 〔 %〕 黃豆餅粉 葡萄糖 硫酸銨 氯化鈣 碳酸鈣 磷酸二氫鉀 消沫油（ L/ m3） 16 4 2 玉米漿（ L /m3） 氯化鈷（ L /m3） 7）補料 （ 1）補氨水量：按 （ L / m3發(fā)酵液體積 ）計算發(fā)酵過程氨水補加總量；（ 2）補糖液量：按 90（ kg / m3發(fā)酵 液體積 ）計算發(fā)酵過程中糖液補加總量；（ 3）加消沫油量：按 （ L / m3發(fā)酵液體積 ）計算發(fā)酵過程加消沫油總量；（ 4）補硫酸銨量：按 （ L / m3發(fā)酵液體積 ）計算發(fā)酵過程硫酸銨補加量。（ 2）二級種子罐至三級種子罐按 10%計算。 9）培養(yǎng)基滅菌 （ 1）一級種子罐及二級種子罐培養(yǎng)基和實罐滅菌。（ 3）硫酸銨和消沫油采用實罐滅菌，氨水采用過濾除菌。（ 2）二級種子罐、滅菌培養(yǎng)基至三級種子罐設置一個分配站。（ 4）滅菌培養(yǎng)基至發(fā)酵罐設置一個分配站。 11）裝料系數(shù) 一級種子罐： 60 %；二級種子罐： 60 %；三級種子罐： 60 %；發(fā)酵罐： 70 %； 12）通氣量 一級種子罐： 2（ VVM）；二級種子罐： （ VVM）；三級種子罐： （ VVM）； 50 m370 m3發(fā)酵罐： （ VVM） ； 80 m3 100 m3發(fā)酵罐： （ VVM）。 14）培養(yǎng)時間 一級種子罐： 64 h；二級種子罐： 56 h；三級種子罐： 64 h；發(fā)酵罐： 160 h。（ 2）連消系統(tǒng)：溫度和流量連鎖控制。 16）水 系統(tǒng)和蒸汽 （ 1）自來水：常溫、 〔 MPa〕，用于配料、夏天實罐滅菌前期冷卻、清洗設備等。（ 3）低溫水： 914℃ （溫差 5℃ ）， 〔 MPa〕，用于夏天空氣后級冷卻及發(fā)酵控溫冷卻。（ 5）蒸汽：發(fā)酵車間用汽壓力為 〔 MPa〕。 % 65 每天需放罐發(fā)酵液的體積 Vd： ? ? ? ?? ?x1UmtUM1 0 0 0V fqd ???????? ? [m3 / d] （ 41） ＝〔 1000330720〕 /〔 33014000（ ）〕 ＝ 〔 m3/d〕 注釋：每天需生產(chǎn)產(chǎn)品： ??? m1000M 1000＝330 / 1000330 〔 kg / d〕 考慮 3%染菌和 65%總收率： 每天需生產(chǎn)產(chǎn)品 ? ?X1MM 12 ???? ? （ 42） =1000 /（ ）＝ 〔 kg / d〕 每天生產(chǎn)產(chǎn)品的效價數(shù)： UqM10U 26q1 ?? （ 43） =10001000720 ＝ 1012〔 U〕 14 每噸發(fā)酵液中產(chǎn)物含量： f6qt U10U ? （ 44） =1000100014000 =1010〔 U〕 因此： 每天需生產(chǎn)發(fā)酵液的體積數(shù) fq1qd UUU ? （ 45） ＝ 1012/ 1010 ＝ 〔 m3 / d〕 2）發(fā)酵罐公稱容 積 V0和臺數(shù) n的計算 （ 1） 發(fā)酵罐公稱容積 V0的計算 ? ?Ldd0 NVV ??? (46) 式中： Nd每天放罐罐數(shù)， 1 / d； φL發(fā)酵罐裝料系數(shù)，可取 70%。則 ?損 （ 413） ＝ ＝ 〔 m3〕 （ 3）