恒温摇床在抗生素等微生物次级代谢产物发酵生产中的应用

13671631393

        抗生素等微生物次级代谢产物的发酵生产是生物制药领域的核心环节，恒温摇床作为实验室及中试阶段的关键设备，凭借精准的温度控制与高效的振荡混合能力，为微生物生长及产物合成提供了稳定的环境。其应用过程可细化为四个核心环节，各环节的操作规范直接影响发酵效率与产物质量。
一、发酵体系构建与摇床参数预设
        在发酵启动前，需完成培养基配置、菌种活化与摇床参数校准三大基础工作。培养基需根据目标微生物（如青霉素生产菌产黄青霉、红霉素生产菌红色糖多孢菌）的营养需求精准配比，通常包含碳源（葡萄糖、淀粉）、氮源（蛋白胨、硫酸铵）、无机盐（磷酸盐、镁盐）及微量元素，且需经 121℃高压蒸汽灭菌 20-30 分钟，避免杂菌污染。菌种活化则需将冷冻保藏的斜面菌种接入种子培养基，在 37℃恒温培养箱中培养 18-24 小时，待菌液 OD600 值达到 0.6-0.8 时，按 5%-10% 的接种量接入发酵摇瓶。
        恒温摇床的参数设定需匹配微生物代谢特性：温度控制精度需达到 ±0.5℃，如产黄青霉发酵适宜温度为 25-28℃，而链霉菌类则需 30-32℃；振荡频率通常设定为 180-220rpm，振幅控制在 20-50mm，确保培养基充分混合，提升溶氧量；同时需调节摇床内部湿度至 60%-80%，防止摇瓶内培养基水分过度蒸发。参数设定后需空载运行 30 分钟，验证温度均匀性与振荡稳定性，确保设备处于最佳工作状态。
二、发酵过程动态监控与环境调节
        发酵阶段需持续监控摇瓶内微生物生长状态与代谢产物浓度，通常每 4-6 小时取样分析。通过紫外分光光度计测定菌液 OD 值，可判断微生物生长阶段（延迟期、对数期、稳定期），当进入稳定期后，次级代谢产物开始大量合成，此时需重点监测产物浓度，如采用高效液相色谱（HPLC）分析抗生素含量。
        恒温摇床的实时调节对维持发酵环境至关重要。若发现溶氧量不足（可通过溶解氧电极间接监测），可适当提高振荡频率或减小摇瓶装液量（通常装液量为摇瓶体积的 1/5-1/3）；若温度波动超出范围，需检查设备加热 / 制冷系统，确保温度稳定；此外，部分微生物发酵过程中会产生酸性代谢产物，需定期向摇瓶内添加无菌氨水或氢氧化钠溶液，调节 pH 值至适宜范围（如青霉素发酵最适 pH 为 6.0-6.5），避免 pH 异常抑制微生物生长。
三、发酵终点判断与产物提取前处理
        准确判断发酵终点是提升产物产量的关键，需综合多指标评估：当产物浓度达到最大值且持续 2-3 个取样周期不再增加时，或菌液 OD 值开始下降、培养基碳氮源消耗殆尽时，即可终止发酵。此外，还需观察摇瓶内菌丝体形态，如出现菌丝自溶现象（菌液浑浊度降低、出现沉淀），需及时终止发酵，防止产物降解。
        发酵结束后，需对发酵液进行前处理，为后续产物提取做准备。首先将摇瓶内发酵液转移至离心管，在 4℃、8000-10000rpm 条件下离心 15-20 分钟，分离菌丝体与上清液；若产物存在于菌丝体内（如某些大环内酯类抗生素），则需采用超声破碎或高压匀浆法破碎细胞，再通过离心获取含产物的浆液。同时，需对上清液或浆液进行预处理，如加入絮凝剂（如壳聚糖）去除蛋白质杂质，或通过过滤（如微滤膜）澄清液体，确保后续提取过程高效进行。
四、摇床操作优化与发酵效率提升
        在长期发酵生产中，通过优化恒温摇床操作参数与发酵工艺，可显著提升产物产量。例如，采用分段控温策略：在微生物对数生长期设定较高温度（如 30℃）促进菌体繁殖，进入稳定期后降低温度（如 25℃），抑制菌体过度生长，转而促进次级代谢产物合成；振荡频率也可根据生长阶段调节，对数期采用较低频率（180rpm）避免菌体损伤，稳定期提高频率（220rpm）增强溶氧供应。
        此外，摇瓶的摆放方式与数量也会影响发酵效果。在摇床托盘上均匀摆放摇瓶，避免局部重量不均导致振荡失衡；控制摇瓶数量不超过托盘容量的 80%，确保气流在摇床内均匀流通，维持温度与湿度稳定。同时，定期对恒温摇床进行维护保养，如清洁托盘轨道、校准温度传感器、更换振荡电机润滑油，可延长设备使用寿命，减少因设备故障导致的发酵失败。通过上述优化措施，可使抗生素等次级代谢产物的发酵产量提升 10%-30%，为工业化生产提供可靠的工艺参数参考。
        上海喆图，培养箱，干燥箱，试验箱，马弗炉，水浴锅，摇床，振荡器，欢迎询价。