[01472838]应用现代生物技术与先进工程放大技术相结合的千吨级红霉素发酵生产新工艺

项目根据中国红霉素生产中面临的突出关键技术问题：红霉素发酵单位及其有效组份含量低，缺乏大型发酵装置的放大理论解决产业化工程问题；发酵过程能耗和生产过程中的污染大，缺乏先进的提取分离技术的工业应用等问题，针对红霉素工业化生产的上、中、下游技术全面开展研究，以提升中国大宗发酵产品红霉素工业化生产整体水平为目标，集成现代工业生物技术和过程工程技术，形成具有自主知识产权的集多种最新生产技术的先进制造新工艺。以红霉素工业生产菌株为对象，探索红霉素产量和组分改造的基因工程育种技术，建立了红霉素工业生产菌株红霉糖多孢菌的遗传操作系统，成功构建了适合工业化生产的红霉素组分改善基因工程菌。以细胞代谢流分析为核心，建立了基于参数相关分析的不同生理特性红霉素生产菌株的多尺度发酵过程动态优化与放大方法，获得以细胞生理代谢参数为发酵过程优化与放大的跨尺度调控因子和调控策略，使工业生产规模红霉素发酵单位从最初的平均6000U/m1提高到最高达10100U/ml，平均8000U/m1以上；发酵指数也从原来的0.27提高到了0.36的国际先进水平。在工业放大时，将计算流体力学、单参数多点采集技术与多参数相关分析理论相结合，形成整合流场特性与生理特性的大型生物反应器发酵放大新方法，完成372m<'3>大型发酵装置结构设计与制造，成功地将红霉素发酵优化工艺从50L→132m<'3>→154m<'3>→372m<'3>规模的发酵罐实现过程放大。建立了工业生产规模的微滤、纳滤组合膜分离技术为特色的节能、降耗、减排的清洁生产新工艺。最终产品硫氰酸红霉素A组分含量达到80%，B+C组分含量小于3%，产品提取收率达到72%以上，达到了降低溶媒排放、废水排放、节约蒸汽等节能、降耗、清洁生产的先进生产工艺。项目形成的红霉素先进制造工艺在宜都东阳光生化制药公司应用，使工厂最终生产成本降低10%以上，产品质量指标达到国际高标准，受到国内外有关制药公司欢迎和订货，实现开车以来总产值达8亿多元，利税近2亿元。该项目形成的整体解决方案和理论创新有利于提高中国抗生素行业整体技术水平，并实现现代生物技术与生物过程工程技术的深度结合，具有很强的原创性和工程技术特点，起到明显的行业示范作用。应用前景：由华东理工大学和宜都东阳光制药有限公司共同开发的红霉素发酵过程优化于放大理论、方法和技术，在宜都东阳光制药有限公司已全面推广：一期工程：2005年5月，一期工程上马后不久，在211车间的一个132m<'3>工业生产发酵罐上安装了发酵罐数据采集与优化研究用的专用软件包，对工业大生产数据进行采集、分析，在后面的一个阶段，华东理工大学研究人员多次与公司共同分析车间大生产与小试研究的数据，并将两者的结果进行对照、分析，在参数相关的理论方法指导下寻找到了发酵优化与放大的关键点：在实施过程中先后解决了不同菌种的应用特性、从种子培养到培养基配方、发酵液气溶胶现象的克服、后期补料调控策略的实施、原材料变化后的应对措施等众多策略，使一期工程的12台132m<'3>发酵罐上的发酵单位从最初的平均发酵单位6000u/ml，已提高到8000u/ml以上，发酵指数从原来的0.27提高到了0.36，取得了显著的经济效益。二期工程主要是在一期工程基础上在发酵罐装备技术上进行改进，在提出的以菌体代谢强度OUR为依据的放大原理基础上设计制造发酵罐，并进一步实现发酵过程优化：2006年4月二期工程上马，其中140m<'3>发酵罐8个，157m<'3>发酵罐23个，工程上马后，立即在3台工业规模发酵罐上安装了发酵罐数据采集与优化研究用的专用软件包，对整个二期工程中的典型发酵罐批的过程进行检测、分析，经过多次讨论、分析解决了工业大罐中的相关问题，使得二期的发酵单位从最初的平均发酵单位7000u/ml，提高到8000u/ml，发酵指数从原来的0.31提高到了0.36，取得了显著的经济效益。三期工程主要是在一、二期工程经验基础上进一步把规模做大，进而进一步降低能耗与生产成本，为该公司于2007年9月在二期的发酵车间首先建起了一个372m<'3>发酵罐，并采用计算流体力学(CFD)仿真以及在罐上实施多点、多参数的参数检测相结合，验证了设计制造的合理性。此外也安装了发酵罐数据采集与优化研究用的专用软件包，通过对整个大罐的相关数据进行采集、分析，发酵单位已稳定在8000u/ml左右，为后期三期工程的全面推进奠定了良好的基础。有罐工业菌种的基因工程改造菌株正在小试研究中，一旦效试研究获得成功，将会尽快到工厂企业推广应用。