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摘 要：本文对头孢菌素C高产菌株发酵工艺以及发酵液的预处理方法进行了介绍与研究，在对发酵工艺进行改良与优化后，有效提高了产品的产量。在发酵的过程中，需要观察发酵液粘度的变化情况，还要了解哪些物质会阻遏产物生成以及头孢菌素C的生物合成。通过多次试验发现，菌丝高度分化后，其浓度对效价增长并没有影响。在本次研究中，确定了最佳的超滤温度以及pH值，还总结出了发酵液超滤后最佳的清洗方法。
关键词：头孢菌素C；发酵；超滤；预处理
头孢菌素C是一种常见的抗生素，其代谢产物具有广谱抗菌的作用，在确定头孢菌素C的化学结构后，了解到其是一种不同于青霉素的内酰胺抗生素。在对头孢菌素C的合成途径以及代谢进行了研究后，发现其无法直接应用在临床上，属于半合成产品，具有良好的治疗效果，是一种有效的抗感染药物。头孢菌素在抗感染药物中占有较大的比重，其每年的销售数额也比较大，并且有时会超过青霉素，其具有良好的发展前景，为了提高制药企业生产效益，还需要对发酵工艺进行优化，降低生产的成本。
1 头孢菌素C简介
头孢菌素C是一种两性化合物，其分子中有两个羧基、一个氨基，在中性和偏酸性下会呈现出酸性，而且会与碱金属合成形成盐类。头孢菌素C与其他头孢菌素在弱碱的条件下会发生水解，在酶催化水解反应下无法生存稳定的头孢噻唑基，在反应的过程中还会导致二氢噻嗪环破裂，形成以侧链为主的衍生物。头孢菌素C的结构式如图1所示。
头孢菌素C是一种头孢烯类，其主要是作用机制是抑制细菌细胞壁的合成，在作用的过程中产生的毒性非常低，其一种疗效较高的抗生素，所以在临床中有着广泛的应用。在医疗事业发展不断加快的同时，头孢菌素的发展却异常缓慢，新的头孢菌素产品在不断减少，临床研究的品种也只有几种而已。相关医学工作者对头孢类半合抗产品在不断的研究，而且在对化合物进行改造后，突破了抗细菌感染的范畴，达到了蛋白酶抑制剂的功效，在癌症治疗以及白内障疾病的治疗中都发挥出了重大的作用。
2 头孢菌素C菌种的选育
采用发酵法生产药物时，需要选择良好的菌种，采用自然分离得到的菌种一般无法满足工业生产的需要，所以需要采用菌种选育的方式对菌种的特性进行改良，从而提高微生物发酵的产量，促进微生物发酵工业的快速发展。做好菌种的选育，可以有效的提高发酵产量，也可以保证产品的质量，增加产品的品种，改良发酵工艺技术。在头孢发酵生产中，获得优良的菌株主要是采用自然选育以及诱变育种的方法，为了提高菌种的纯度，还会不断的进行自然选育，避免菌种出现衰退的情况，达到稳定生产的效果。有的生产单位会引进纯化高产菌株，这些都是保证菌株质量的有效方法。
3 头孢发酵的控制参数
在头孢发酵的过程中，需要控制好物理、化学、生物等过程的参数。物理参数是指控制好发酵过程的温度以及酶反应速率；控制好发酵罐压力，避免收到污染影响菌体的代谢；控制好通气比，控制好发酵过程的耗氧情况；控制好发酵过程搅拌器的转动速度，考虑菌丝的剪切影响；还要控制粘度，通过测量培养液的黏度，即可确定细胞的浓度。化学参数是指控制好发酵液的pH值，其与菌体生长以及产物合成有着较大的关系；工作人员还要控制好溶解氧的浓度，观察溶氧浓度的变化，可以了解产生菌对氧利用的规律，还要发现发酵过程中出现的异常情况。生物参数是指观察菌丝的形态，其可以衡量种子的质量，也可以控制发酵过程的代谢。菌体浓度的控制对微生物发酵也有着重大影响，只有控制好这些参数，才能保证头孢菌素C发酵液预处理达到理想的情况。
4 头抱菌素C发酵液的预处理
最初头抱菌素发酵液采用传统的板框或真空转鼓过滤机进行过滤。首先使发酵液冷却到15℃以下再用稀硫酸酸化至PH2.5-3.0，放置一段时间，使发酵液中残余的蛋白质变性沉淀，同时使其中的DCPC内酷化，而易于和头C分离。随着膜技术的发展及在工业生产中的地应用，板式超滤膜被应用到头抱菌素C发酵液的提取分离过程中。目前，国内生产厂家采用分离头抱菌素C发酵液主要是板式超滤膜。它能一次截留发酵液中的菌丝体、蛋白质和悬浮离子等杂质，简化操作工艺流程、减轻劳动强度，由于不采用助滤剂从而减轻了环境污染，同时滤液质量和产品收率也得到提高。但是头抱菌素C发酵液成份复杂、料液粘稠，批次之间差异较大，尤其随着工艺不断优化，给膜分离带来通量衰减快、污染严重、使用寿命短等一系列问题。
近年来，随着工业上超滤技术的广泛应用，无机材料制成的陶瓷膜获得了快速发展。它具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄，分离效率高等特点。目前已经有生产厂家开始尝试把陶瓷膜用于头抱菌素C发酵液的过滤。
5 发酵工艺的优化
菌丝量是菌体细胞内部生长信息最直接的反映。根据菌丝量可以确定合适的补料量、供氧量及合适的生长环境，从而有利于大量生产抗生素。而关联菌丝量与代谢产生的CO2可为计算机控制提供可靠数据。由于不能全部分离出纯菌丝，所以必须以间接手段测定菌丝量。头抱菌素C发酵液液相中主要由可溶性物质、不溶性物质及细胞菌丝体组成，离心法测定菌丝浓度由于难以将培养基中的不溶性物质与菌丝完全分离，故使测定结果受到影响。所以本试验测量了6批经高温灭菌后的发酵培养基固形物含量。
结果表明：发酵培养基的固形物含量相对较低，并且随着发酵的进行，不溶性培养基会被逐渐消耗，因此离心法可以作为细胞生长的表征参数。
结束语
随着我国医疗事业的不断发展，相关医学工作者应不断的研究，从而生产推广处新的菌种，并对生产工艺进行优化。由于生产设备、原材料的质量有着一定差异，所以在制定生产工艺时，一定要做到结合实际，在优化工艺的同时，主要是为了提高发酵液的产量。在头孢菌素C的发酵中，需要做好菌株的选育工作，并且观察在发酵过程中菌丝发生的变化以及代谢情况，在发现异常情况后，要及时对工艺进行调整。在对头孢菌素C发酵液进行预处理时，应考虑到膜通量、收率、料液质量等因素的影响，提高预处理的效果，这样才能促进头孢菌素C的应用与推广。
参考文献
[1]孟国庆.头孢菌素C高产菌株选育及发酵特性研究[D].山东轻工业学院，2011.
[2]李建华.头孢菌素C发酵过程补料策略代谢分析及计算流体力学应用研究[D].华东理工大学，2010.
[3]刘烦.发酵生产头孢菌素C在线补料控制和优化工艺研究[D].江南大学，2013.
[4]桑美纳.不同补料控制方式下发酵生产头孢菌素C的性能比较研究[D].江南大学，2012.
关键词：头孢菌素C；发酵；超滤；预处理
头孢菌素C是一种常见的抗生素，其代谢产物具有广谱抗菌的作用，在确定头孢菌素C的化学结构后，了解到其是一种不同于青霉素的内酰胺抗生素。在对头孢菌素C的合成途径以及代谢进行了研究后，发现其无法直接应用在临床上，属于半合成产品，具有良好的治疗效果，是一种有效的抗感染药物。头孢菌素在抗感染药物中占有较大的比重，其每年的销售数额也比较大，并且有时会超过青霉素，其具有良好的发展前景，为了提高制药企业生产效益，还需要对发酵工艺进行优化，降低生产的成本。
1 头孢菌素C简介
头孢菌素C是一种两性化合物，其分子中有两个羧基、一个氨基，在中性和偏酸性下会呈现出酸性，而且会与碱金属合成形成盐类。头孢菌素C与其他头孢菌素在弱碱的条件下会发生水解，在酶催化水解反应下无法生存稳定的头孢噻唑基，在反应的过程中还会导致二氢噻嗪环破裂，形成以侧链为主的衍生物。头孢菌素C的结构式如图1所示。
头孢菌素C是一种头孢烯类，其主要是作用机制是抑制细菌细胞壁的合成，在作用的过程中产生的毒性非常低，其一种疗效较高的抗生素，所以在临床中有着广泛的应用。在医疗事业发展不断加快的同时，头孢菌素的发展却异常缓慢，新的头孢菌素产品在不断减少，临床研究的品种也只有几种而已。相关医学工作者对头孢类半合抗产品在不断的研究，而且在对化合物进行改造后，突破了抗细菌感染的范畴，达到了蛋白酶抑制剂的功效，在癌症治疗以及白内障疾病的治疗中都发挥出了重大的作用。
2 头孢菌素C菌种的选育
采用发酵法生产药物时，需要选择良好的菌种，采用自然分离得到的菌种一般无法满足工业生产的需要，所以需要采用菌种选育的方式对菌种的特性进行改良，从而提高微生物发酵的产量，促进微生物发酵工业的快速发展。做好菌种的选育，可以有效的提高发酵产量，也可以保证产品的质量，增加产品的品种，改良发酵工艺技术。在头孢发酵生产中，获得优良的菌株主要是采用自然选育以及诱变育种的方法，为了提高菌种的纯度，还会不断的进行自然选育，避免菌种出现衰退的情况，达到稳定生产的效果。有的生产单位会引进纯化高产菌株，这些都是保证菌株质量的有效方法。
3 头孢发酵的控制参数
在头孢发酵的过程中，需要控制好物理、化学、生物等过程的参数。物理参数是指控制好发酵过程的温度以及酶反应速率；控制好发酵罐压力，避免收到污染影响菌体的代谢；控制好通气比，控制好发酵过程的耗氧情况；控制好发酵过程搅拌器的转动速度，考虑菌丝的剪切影响；还要控制粘度，通过测量培养液的黏度，即可确定细胞的浓度。化学参数是指控制好发酵液的pH值，其与菌体生长以及产物合成有着较大的关系；工作人员还要控制好溶解氧的浓度，观察溶氧浓度的变化，可以了解产生菌对氧利用的规律，还要发现发酵过程中出现的异常情况。生物参数是指观察菌丝的形态，其可以衡量种子的质量，也可以控制发酵过程的代谢。菌体浓度的控制对微生物发酵也有着重大影响，只有控制好这些参数，才能保证头孢菌素C发酵液预处理达到理想的情况。
4 头抱菌素C发酵液的预处理
最初头抱菌素发酵液采用传统的板框或真空转鼓过滤机进行过滤。首先使发酵液冷却到15℃以下再用稀硫酸酸化至PH2.5-3.0，放置一段时间，使发酵液中残余的蛋白质变性沉淀，同时使其中的DCPC内酷化，而易于和头C分离。随着膜技术的发展及在工业生产中的地应用，板式超滤膜被应用到头抱菌素C发酵液的提取分离过程中。目前，国内生产厂家采用分离头抱菌素C发酵液主要是板式超滤膜。它能一次截留发酵液中的菌丝体、蛋白质和悬浮离子等杂质，简化操作工艺流程、减轻劳动强度，由于不采用助滤剂从而减轻了环境污染，同时滤液质量和产品收率也得到提高。但是头抱菌素C发酵液成份复杂、料液粘稠，批次之间差异较大，尤其随着工艺不断优化，给膜分离带来通量衰减快、污染严重、使用寿命短等一系列问题。
近年来，随着工业上超滤技术的广泛应用，无机材料制成的陶瓷膜获得了快速发展。它具有化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄，分离效率高等特点。目前已经有生产厂家开始尝试把陶瓷膜用于头抱菌素C发酵液的过滤。
5 发酵工艺的优化
菌丝量是菌体细胞内部生长信息最直接的反映。根据菌丝量可以确定合适的补料量、供氧量及合适的生长环境，从而有利于大量生产抗生素。而关联菌丝量与代谢产生的CO2可为计算机控制提供可靠数据。由于不能全部分离出纯菌丝，所以必须以间接手段测定菌丝量。头抱菌素C发酵液液相中主要由可溶性物质、不溶性物质及细胞菌丝体组成，离心法测定菌丝浓度由于难以将培养基中的不溶性物质与菌丝完全分离，故使测定结果受到影响。所以本试验测量了6批经高温灭菌后的发酵培养基固形物含量。
结果表明：发酵培养基的固形物含量相对较低，并且随着发酵的进行，不溶性培养基会被逐渐消耗，因此离心法可以作为细胞生长的表征参数。
结束语
随着我国医疗事业的不断发展，相关医学工作者应不断的研究，从而生产推广处新的菌种，并对生产工艺进行优化。由于生产设备、原材料的质量有着一定差异，所以在制定生产工艺时，一定要做到结合实际，在优化工艺的同时，主要是为了提高发酵液的产量。在头孢菌素C的发酵中，需要做好菌株的选育工作，并且观察在发酵过程中菌丝发生的变化以及代谢情况，在发现异常情况后，要及时对工艺进行调整。在对头孢菌素C发酵液进行预处理时，应考虑到膜通量、收率、料液质量等因素的影响，提高预处理的效果，这样才能促进头孢菌素C的应用与推广。
参考文献
[1]孟国庆.头孢菌素C高产菌株选育及发酵特性研究[D].山东轻工业学院，2011.
[2]李建华.头孢菌素C发酵过程补料策略代谢分析及计算流体力学应用研究[D].华东理工大学，2010.
[3]刘烦.发酵生产头孢菌素C在线补料控制和优化工艺研究[D].江南大学，2013.
[4]桑美纳.不同补料控制方式下发酵生产头孢菌素C的性能比较研究[D].江南大学，2012.