高产西索米星伊尼奥小单胞菌的发酵及提取研究

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氨基糖苷类抗生素(AGs)是通过抑制蛋白质合成,对多种致病菌有抗生素后效应的一类抗感染药物。西索米星是一种典型的氨基糖苷类抗生素,主要由伊尼奥小单胞菌发酵生产。它的化学结构仅比庆大霉素多一双键,但其体内抗菌活性强于庆大霉素。以西索米星为母核合成的第三代AGs,奈替米星和plazomicin,具有比母核更低的耳肾毒性,使得AGs在临床上的应用更具有前景。而国内西索米星的工业生产效价仅为1000U·m L-1左右,远不能满足世界市场的需求,因此为提升其效价研究西索米星发酵优化及提取工艺具有重要意义。本研究以经实验室前期改造获得的伊尼奥小单胞菌G2-24为出发菌,探究培养基组成及发酵条件对西索米星发酵过程的影响,并对西索米星提取工艺进行初步探索。主要研究结果如下:(1)检测发酵液中的效价采用标准曲线法,线性范围为1.80~10.74 U·m L-1,R~2=0.9993,且测得结果RSD<10%,与二剂量法测定结果无显著差异;在测定样本体积较大的高浓度水溶液效价时选用旋光法,线性范围为100~10000 U·m L-1,R~2=0.9998,平均回收率为100.11%(n=3),RSD<1%,实验结果可靠;在测定取样体积较小且浓度较低的水溶液效价时选择刚果红光度法,线性范围为1.80~10.74 U·m L-1,R~2=0.9907,平均回收率为99.76%(n=3),RSD<2%,实验结果具有准确性。(2)利用单因素实验提高改造菌的西索米星产量。先对发酵培养基碳源和氮源进行优化,再进一步对发酵条件进行优化。培养基优化结果表明,使用玉米淀粉+麦芽糖的双碳源发酵能够使发酵效价提高20.09%,达到1853.96±84.48 U·m L-1;使用胰蛋白胨为主氮源时,发酵效价进一步提高,达到2046.85±71.91 U·m L-1。采用优化后的培养基,对发酵条件进行优化,最终优化结果为初始p H 7.0、温度35℃、转速230 r·min-1,发酵七天结束后效价相比出发菌提高了33.72%(2120.78±51.04 U·m L-1)。(3)筛选获得大孔弱酸阳离子树脂DK-13(NH4+)的工作交换容量最大,为24.59×10~4 U·m L-1,解吸率达到99.47%。采用湿法填柱,高径比3:1,固定床动态吸附-洗脱工艺探究DK-13树脂提取西索米星的最佳工艺。研究结果表明,最适上样p H 6.73,上样速度为1 BV·h-1;最适洗脱剂氨水浓度为0.65 mol·L-1,洗脱速度为3 BV·h-1。DK-13树脂吸附西索米星的吸附动力学及热力学行为研究结果表明,在20~35℃下,DK-13树脂对西索米星的吸附符合Langmuir吸附等温方程(R~2>0.998);30℃时吸附动力学数据符合拟二级动力学方程,整个吸附过程既受粒扩散控制也有膜扩散作用的影响;吸附过程是非自发的吸热反应且是熵增过程,整个系统趋于混乱。
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