提取得率降低,而且会使透明质酸分子量降低。若存在对聚合链剪切的操作,透明质酸分子 可能会发生断裂。目前世界上有4个研究小组对有机溶剂法提取透明质酸进行了研究,发现 控制合适的pH、温度,分别将蛋白质、核酸等杂质去除,既能获得高纯度透明质酸产品,又 不会在提取过程中降低透明质酸分子量 3.环境条件对透明质酸安全性的影响 透明质酸生产的安全性包括生产过程的安全性和产品的安全性。不产任何毒素的生产菌 株,既可防止生产过程中偶然的泄漏造成对健康的伤害,也可大大降低后提取过程的成本。 一般的做法是先采用诱变的方法将菌种产生毒素的性能去除,然后再进行培养研究。 Ellwood、 高山健一郎等采用连续培养的方法,既可降低提取成本又可减少毒素的产生。菌体生长进入 静止期后,细胞开始产生不同的毒素,同时各种降解酶开始作用使菌体发生自溶,各种细胞 成分释放到培养基中,使得提取困难。在成分稳定的培养基中进行连续培养,可以大大减少 这些酶的表达。连续培养的另一个优点是细胞壁更新率较低,而细胞壁成分与透明质酸分离 困难,因此这是一个优点。 四、透明质酸生产中需要解决的问题 透明质酸在医学、医药和化妆品领域具有的广阔应用前景。作为一种商品,透明质酸的 质量和成本正成为制约透明质酸广泛应用的一个重要因素。发酵法生产透明质酸的成功是近 年来透明质酸生产研究取得的最重大的进展,但由于发酵法生产透明质酸的发展历史较短, 尚存在如下不足和需要解决的问题: 原料。原料成本是生产成本的重要部分,开发可以利用价格低廉和较粗放原料(包括各 级放大的种子所用的原料)的菌种是一个重要的应用研究方向 2.发酵过程的动力学。动力学是应用现代发酵技术的基础,对其进行研究,可以了解发 酵过程的规律,对生产过程进行优化和控制,以获得高底物转化率和高生产强度。但到目前 为止,关于透明质酸的发酵过程动力学,还没有相关的研究报道 3.发酵过程的优化与控制。透明质酸溶液具有极强的粘弹性,其发酵体系有着与一般体 系不同的流变学特性。已有的一些关于发酵法生产透明质酸的研究报道,主要集中于研究 些简单的发酵条件,对透明质酸发酵过程中的特殊现象没有进行深入的考察。如,搅拌、 氧浓度如何影响透明质酸发酵的过程和结果,氧在发酵过程中所起的作用等 4.工业化生产模式。透明质酸发酵生产的周期较短,仅采用单一的分批操作模式不一定 能得到最佳的工艺效果。而现有的研究多集中于分批发酵,虽然已有报道阐述连续培养生产 透明质酸的优点,但其能否应用于实际生产还有待于进一步研究。 5.发酵机理的探讨。已有研究表明仅10‰%左右的底物可以转化为透明质酸,但其原因何 在?是否可以采用一定的手段和方法来提高透明质酸生物合成的转化率?虽然有关透明质酸生 物合成机制的研究已进行到分子水平,但还没有关于提高透明质酸合成能力的理论和方法的 报道 五、本章主要内容 本章以兽疫链球菌( Streptococcus〓 zooepidemicus)H23为生产菌株,采用摇瓶和小型发酵罐 对该菌株的发酵条件进行研究,并根据该菌株细胞生长和产物合成的动力学特性提出其发酵 过程的动力学模型:通过对模拟发酵体系的流变学行为和混合、传质性能进行研究,深入探 讨搅拌和溶氧在发酵过程中的作用,提出搅拌溶氧控制策略并实验验证;对多种发酵模式进 行研究,采用奇异控制理论对补料发酵过程进行优化,并将多种发酵模式进行组合操作,提6 提取得率降低，而且会使透明质酸分子量降低。若存在对聚合链剪切的操作，透明质酸分子 可能会发生断裂。目前世界上有 4 个研究小组对有机溶剂法提取透明质酸进行了研究，发现 控制合适的 pH、温度，分别将蛋白质、核酸等杂质去除，既能获得高纯度透明质酸产品，又 不会在提取过程中降低透明质酸分子量。 3．环境条件对透明质酸安全性的影响 透明质酸生产的安全性包括生产过程的安全性和产品的安全性。不产任何毒素的生产菌 株，既可防止生产过程中偶然的泄漏造成对健康的伤害，也可大大降低后提取过程的成本。 一般的做法是先采用诱变的方法将菌种产生毒素的性能去除，然后再进行培养研究。Ellwood、 高山健一郎等采用连续培养的方法，既可降低提取成本又可减少毒素的产生。菌体生长进入 静止期后，细胞开始产生不同的毒素，同时各种降解酶开始作用使菌体发生自溶，各种细胞 成分释放到培养基中，使得提取困难。在成分稳定的培养基中进行连续培养，可以大大减少 这些酶的表达。连续培养的另一个优点是细胞壁更新率较低，而细胞壁成分与透明质酸分离 困难，因此这是一个优点。 四、透明质酸生产中需要解决的问题 透明质酸在医学、医药和化妆品领域具有的广阔应用前景。作为一种商品，透明质酸的 质量和成本正成为制约透明质酸广泛应用的一个重要因素。发酵法生产透明质酸的成功是近 年来透明质酸生产研究取得的最重大的进展，但由于发酵法生产透明质酸的发展历史较短， 尚存在如下不足和需要解决的问题： 1．原料。原料成本是生产成本的重要部分，开发可以利用价格低廉和较粗放原料(包括各 级放大的种子所用的原料)的菌种是一个重要的应用研究方向。 2．发酵过程的动力学。动力学是应用现代发酵技术的基础，对其进行研究，可以了解发 酵过程的规律，对生产过程进行优化和控制，以获得高底物转化率和高生产强度。但到目前 为止，关于透明质酸的发酵过程动力学，还没有相关的研究报道。 3．发酵过程的优化与控制。透明质酸溶液具有极强的粘弹性，其发酵体系有着与一般体 系不同的流变学特性。已有的一些关于发酵法生产透明质酸的研究报道，主要集中于研究一 些简单的发酵条件，对透明质酸发酵过程中的特殊现象没有进行深入的考察。如，搅拌、溶 氧浓度如何影响透明质酸发酵的过程和结果，氧在发酵过程中所起的作用等。 4．工业化生产模式。透明质酸发酵生产的周期较短，仅采用单一的分批操作模式不一定 能得到最佳的工艺效果。而现有的研究多集中于分批发酵，虽然已有报道阐述连续培养生产 透明质酸的优点，但其能否应用于实际生产还有待于进一步研究。 5．发酵机理的探讨。已有研究表明仅 10%左右的底物可以转化为透明质酸，但其原因何 在?是否可以采用一定的手段和方法来提高透明质酸生物合成的转化率?虽然有关透明质酸生 物合成机制的研究已进行到分子水平，但还没有关于提高透明质酸合成能力的理论和方法的 报道。 五、本章主要内容 本章以兽疫链球菌(Streptococcus zooepidemicus)H23 为生产菌株，采用摇瓶和小型发酵罐 对该菌株的发酵条件进行研究，并根据该菌株细胞生长和产物合成的动力学特性提出其发酵 过程的动力学模型；通过对模拟发酵体系的流变学行为和混合、传质性能进行研究，深入探 讨搅拌和溶氧在发酵过程中的作用，提出搅拌溶氧控制策略并实验验证；对多种发酵模式进 行研究，采用奇异控制理论对补料发酵过程进行优化，并将多种发酵模式进行组合操作，提