СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕНИЦИЛЛИНА Российский патент 1998 года по МПК C12P1/06 C12P37/00 

Изобретение относится к медицинской и микробиологической промышленности и касается способа получения пенициллина.

Известны способы получения пенициллина путем культивирования продуцента в питательной среде в аэробных условиях с дробной подачей легкоокисляемых сахаров, поддержанием концентрации предшественника, аммонийного азота и водородного показателя культуральной жидкости на постоянном уровне с последующим сливом и выделением целевого продукта [1-3]
Недостатками указанных способов являются использование пищевого сырья, в частности глюкозы и сахара, и недостаточно высокий съем культуральной жидкости.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ получения пенициллина, положенный в основу "Опытно-промышленного регламента на производство бензилпенициллина методом полунепрерывного регулируемого биосинтеза", разработанного в ВНИИА в 1984 г [1]
Указанный способ включает проведение процесса биосинтеза на ферментационной среде с постоянным дозированием углеводов по возрастающей схеме. В качестве источника аммонийного азота используют аммоний сернокислый и аммиачную воду. Водородный показатель поддерживают на определенном уровне щелочной и аммиачной водой.

Целью предлагаемого способа является повышение съема культуральной жидкости, выхода целевого продукта и снижение сырьевых затрат.

Поставленная цель достигается способом биосинтеза пенициллина, в котором регулируют потребление аммонийного азота и накопление влажной биомассы дополнительными добавками кукурузного экстракта в количестве 0,5 1,0% от массы культуральной жидкости, реологические свойства регулируют добавками натрия серноватистокислого в количестве 0,1 0,2% от массы культуральной жидкости, а в качестве источника углеводов используют 30%-ный раствор зеленой патоки по упрощенной схеме подачи с учетом изменения водородного показателя среды: начиная с 12 ч роста со скоростью 0,025 0,034% (от объема культуральной жидкости, по мере самопроизвольного повышения водородного показателя до значения 6,6 6,8 pH к 36 40 ч роста со скоростью 0,16 - 0,21% ч, при последующем понижении водородного показателя, начиная с 60 70 ч роста, скорость подачи зеленой патоки снижается до 0,11 0,14%/ч, а со 100 ч роста и до конца процесса 0,075 0,09%/ч.

В основе известного метода получения пенициллина лежит регуляция скорости роста продуцента путем дробной подачи легкоокисляемых сахаров по нарастающей программе и в поддержании основных компонентов среды на оптимальном для биосинтеза уровне, при этом скорость подачи не должна превышать скорости максимального потребления. Основную биомассу, необходимую для синтеза продукта, надо накопить к 60 80 ч роста, однако скорость роста культуры, а также вязкость среды необходимо регулировать, чтобы предупредить лимитирование процесса недостатком кислорода. Максимальная биомасса без нарушения снабжения культуры кислородом (со скоростью 0,5 1 ммоль/л в минуту) называется критической и зависит от условий массообмена в конкретной аппаратуре. Для производственных условий в аппаратах емкостью 50 м³ оптимальная скорость синтеза 200±50 ед/мл в час обеспечивается следующими показателями:
критической биомассой на уровне 35±5%
вязкостью к. ж. 5 7 с, измеряемой скоростью истечения 50 мл к.ж. через капилляр диаметром 2 мм.

рабочим объемом 36 38 т к.ж. в аппарате, путем проведения периодических отливов на фильтрацию в процессе ферментации.

Для поддержания этих параметров предлагаем по ходу процесса при снижении объемной доли влажной биомассы ниже 30% и при остановке потребления аммонийного азота производить долив кукурузным экстрактом, а при повышении массовой доли влажной биомассы выше 40% и ухудшении реологических свойств, т.е. увеличения вязкости культуральной жидкости выше 7 с, что ведет за собой нарушение массообмена, производить долив натрия серноватистокислого.

В табл. 1 приведены результаты испытания заявляемого способа получения пенициллина в аппаратах вместимостью 50 м³ (производственные условия) в сравнении с известным способом.

Полученные данные показывают:
1) возможность полноценной замены дефицитного пищевого сырья глюкозы на отход крахмала-паточного производства зеленую патоку без снижения технологических показателей процесса (предлагаемая схема подачи углеводов в зависимости от изменения водородного показателя позволяет не только упростить режим, но и снизить материальные затраты);
2) возможность оптимизации технологических параметров-скорости роста продуцента и вязкости культуральной жидкости путем внесения по ходу процесса натрия серноватистокислого и кукурузного экстракта, и как следствие, стимуляция биосинтеза пенициллина.

Использование заявленного способа получения пенициллина по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность процесса на 14,8% с одновременным снижением расхода источника углеводов.

Предлагаемый способ может быть проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Ферментацию пенициллина проводили в аппаратах вместимостью 50 м³ при вкладе мощности 1,2 кВт/ч/м³ и подаче воздуха 1 об/об среды в минуту.

Ферментационная среда имела известный состав (см. выписку из опытно-промышленного регламента на производство бензилпенициллина методом полунепрерывного регулируемого биосинтеза), в процессе биосинтеза дозировали 30%-ный раствор зеленой патоки со скоростью, меняющейся в зависимости от изменения водородного показателя культуральной жидкости. Схема подачи зеленой патоки в пересчете на основное вещество:
с 12 до 36 ч роста подают зеленую патоку со скоростью 0,025 0,034%/ч от объема культуральной жидкости;
с 36 до 70 ч роста при самопроизвольном защелачивании культуральной жидкости до 6,6 6,8 pH скорость подачи увеличивают до 0,16 0,21%/ч;
с 70 до 100 ч роста при понижении значения водородного показателя до 6,3 6,5 pH скорость подачи снижают до 0,11 0,14%/ч;
со 100 ч и до конца процесса ферментации зеленую патоку подают со скоростью 0,1 0,075%/ч.

На 45 ч роста при увеличении вязкости культуральной жидкости до 11 с сделали дополнительный долив натрия серноватистокислого в количестве 0,1% от объема культуральной жидкости, через 8 ч показатель вязкости улучшился до 5 с. На 65 ч роста вязкость увеличилась до 7 ч, был снова сделан долив натрия серноватистокислого, вязкость улучшилась до 5 с.

На 120 ч роста приостановилось потребление азота аммонийного, влажная биомасса снизилась, в связи с чем произвели долив кукурузного экстракта в количестве 0,5% от объема культуральной жидкости, в результате восстановилось потребление аммонийного азота и массовая доля влажной биомассы возросла с 30 до 33%
Через 170 ч культивирования получают 48 м³ культуральной жидкости, содержащей 25000 ед/мл пенициллина. Производительность процесса составляет 0,126 млрд.ед./м³/ч. Расход зеленой патоки на 1 млрд.ед. пенициллина в культуральной жидкости составляет 4,2 кг.

Примеры 2 7
Процесс биосинтеза пенициллина осуществляли аналогично примеру 1, но в примерах 2, 3, 4 дополнительные доливы не производились, а в примерах 5, 6, 7 использовались доливы натрием серноватистокислым и кукурузным экстрактом с целью корректировки показателей вязкости и биомассы.

В табл. 2 приведены показатели биосинтеза пенициллина на сливе и расход источника углеводов на 1 млрд.ед. культуральной жидкости.

Источники информации
1. Опытно-промышленный регламент на производство бензилпенициллина методом полунепрерывного регулируемого биосинтеза, М. 1984, ВНИИА (прототип), с. 1 12.

2. Авт. свид. СССР N 506185, C 12 D 9/10, 1976.

Авт. свид. СССР N 1189106, C 12 P 37/00.

Использование: микробиологическая и медицинская промышленность, получение пенициллина. Сущность изобретения: в способе получения пенициллина выращивание культуры продуцента осуществляют на питательной среде, содержащей источник азота, а в качестве источника углевода - зеленую патоку в условиях дробного добавления углевода, при этом потребление аммонийного азота и накопления влажной массы регулируют дополнительными добавками кукурузного экстракта в количестве 0,5 - 1,0% от массы культуральной жидкости, а для регулирования реологических свойств культуральной жидкости производят дополнительные добавки натрия серноватистокислого в количестве 0,1 - 0,2% от массы культуральной жидкости. 2 табл.

Способ получения пеницилина путем выращивания культуры продуцента на питательной среде, содержащей источники углерода и азота в условиях дробного добавления углевода, регулирования потребления аммонийного азота, реологических свойств культуральной жидкости и накопления влажной биомассы с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве источника углевода используют зеленую патоку, для регулирования потребления аммонийного азота и накопления влажной биомассы дополнительно вводят кукурузный экстракт в количестве 0,5 1% от массы культуральной жидкости, а для регулирования реологических свойств культуральной жидкости натрий серноватистокислый в количестве 0,1 0,2% от массы культуральной жидкости.