十一 · 五“863工业生物技术”专题系列报道（2）
多粘类芽孢杆菌高粘度发酵工艺与装备优化及放大技术研究
华东理工大学 沈国敏
　　多粘类芽孢杆菌在农业、工业和环保方面用途广泛，但该菌生长时会产生大量多糖，且发酵液粘度高（可达
30Pa.s）、发酵过程混合差、供氧困难，这也成为限制该菌大规模应用的瓶颈问题。该菌在农业上应用（如微生物农
药）的发酵目的是要获得高含量菌体，常规高粘度发酵的设备和工艺难以直接应用于多粘类芽孢杆菌的发酵，而该
菌高粘度发酵装备和发酵工艺优化与放大方面的研究未见文献报道。
    华东理工大学相关课题组在国家“863规划”的资助下，首创以多粘类芽孢杆菌HY96-2为有效成分的系列微生
物农药产品（0.1亿cfu/g多粘类芽孢杆菌细粒剂、50亿cfu/g多粘类芽孢杆菌原药、10亿cfu/g多粘类芽孢杆菌
可湿性粉剂），同时在装备优化以及放大技术方面取得了突破性进展。
一、    项目目标及完成情况
项目目标
完成情况
1、提供适合于高粘度发酵的机械搅
拌发酵罐内部混合系统优化和放
大的方法
建立了一套冷模试验、CFX模拟计算和热模试
验相结合进行搅拌桨的优化与放大的方法。
2、建立适合于多粘类芽孢杆菌高粘
度发酵的系列机械搅拌发酵罐
（50L、800L、4t、50t）各一台。
（1）建立了适合于多粘类芽孢杆菌高粘度发
酵的系列机械搅拌发酵罐（50L、500L、5t、
50t）各一台；（2）发酵结果表明，与常规搅
拌桨相比，采用优化后的搅拌桨，500L、5t
和50t罐中的发酵液粘度分别提高33.91%、
22.42%和21.59%。
3、建立50L罐的发酵工艺，活菌
含量比现有水平提高2倍以上（达
1.0×109cfu/mL），发酵液粘度不低
于现有工艺水平（30Pa.s）。
采用新搅拌桨进行培养，活菌含量可达
1.6×109 cfu/mL，芽孢率90%以上，粘度80Pa.s。
4、提供多粘类芽孢杆菌HY96-2高
粘度发酵工艺优化方法，提供多
粘类芽孢杆菌HY96-2高粘度发
酵过程放大准则。
建立了多粘类芽孢杆菌HY96-2高粘度发酵工
艺的优化方法，提供了多粘类芽孢杆菌
HY96-2高粘度发酵过程放大准则。
5、建立800L罐和4t罐的发酵工艺，
活菌含量比现有水平分别提高5
和10倍以上（达1.0×109cfu/mL），
发酵液粘度不低于现有工艺水平
（30Pa.s）。
采用优化后的搅拌桨，500L发酵罐中，活菌
含量可达2.32×109cfu/mL，芽孢率100%，粘
度57.5Pa.s；5t罐中，活菌含量可达
1.86×109cfu/mL，芽孢率100%，粘度45.5 Pa.s。
6、建立50t罐的发酵工艺，活菌含
量比现有4t罐水平提高5倍以上
（达5.0×108cfu/mL），发酵液粘
度不低于现有4t罐水平（30Pa.s）。
采用优化后的搅拌桨，50t罐中活菌含量可达
2.13×109 cfu/mL，芽孢率100%左右，粘度58
Pa.s。

二、    关键技术及主要成果
　　1. 摸索并建立了高粘度搅拌发酵罐内部混合系统优化和放大的方法
　　根据50L、500L、5t和50t罐中的冷模试验、CFX模拟计算试验、热模试验等结果，摸索并建立了高粘度搅拌
发酵罐内部混合系统优化和放大的思路或方法。在采用该方法进行高粘度搅拌发酵罐内部混合系统的优化和放大时，
还要结合具体发酵液的实际情况进行考察。
　　2. 在5t罐和50t罐中建立了多粘类芽孢杆菌稳定的高粘度发酵工艺
　　多粘类芽孢杆菌HY96-2在5t罐中培养48h，活菌含量可达1.86×109cfu/mL，芽孢率100%，粘度45.5 Pa.s。
多粘类芽孢杆菌HY96-2在50t罐中培养36h，活菌含量可达2.13×109 cfu/mL，芽孢率100%，粘度58 Pa.s。
    3. 在国内首次研究了多粘类芽孢杆菌胞外多糖的助悬浮和活菌保护作用
　　添加不同含量的多粘类芽孢杆菌胞外多糖，可使高岭土、碳酸钙、硅藻土的悬浮率提高42.97%～387.52%；在
80℃下处理20min，添加不同量的胞外多糖对多粘类芽孢杆菌的存活率可提高14.7%～30.9%。在80℃下即使处理
40min，0.2%的胞外多糖对海洋芽孢杆菌的存活率可提高25.11%。此外，紫外保护研究表明，不同量的胞外多糖对
多粘类芽孢杆菌和海洋芽孢杆菌的存活率可分别提高6.46%～22.57%和12.60%～29.21%。
    4. 将开发的搅拌桨初步应用于另一高粘度体系——井冈霉素发酵
　　在500L罐上，采用优化后的搅拌系统，井冈霉素效价较常规的三层六弯叶组合桨、透平桨-斜叶桨-透平桨分别
提高8.37%和15.97%。在5t罐上，采用优化后的搅拌系统，井冈霉素效价较常规的三层六弯叶组合桨提高13.38%。
    在双层透平桨的50L发酵罐中，培养基浓度提高30%，效价可提高18.05%～25.02%；而采用优化获得的搅拌桨
发酵，同样条件下，效价提高40.88%～51.3%。这表明，采用优化后的搅拌桨，由于供氧能力提高，可使培养基浓
度提高30%时井冈霉素效价显著提高。
三、    项目技术的市场开发情况和应用前景
　　课题组所建立的多粘类芽孢杆菌HY96-2高粘度发酵工艺优化和放大技术，以及所开发的适合于高粘度发酵的机
械搅拌罐内部混合系统，均可直接应用于微生物农药——0.1亿cfu/g多粘类芽孢杆菌细粒剂（商品名：康地蕾得）
工业化生产过程，其不仅提高了发酵液的活菌含量，进而提高了产品中的活菌含量，降低了农民的使用成本；而且
使康地蕾得生产中的多粘类芽孢杆菌发酵规模成功地放大到了50t罐，为康地蕾得大规模生产奠定了坚实的基础，
有利于防治植物土传病害的系列微生物农药（0.1亿cfu/g多粘类芽孢杆菌细粒剂、多粘类芽孢杆菌原药、10亿cfu/g
多粘类芽孢杆菌可湿性粉剂）大面积推广和应用，未来必将产生巨大的经济效益和社会效益。
　　课题组所开发的多粘类芽孢杆菌高粘度发酵系列装备（50L～50t）及其优化技术，已初步应用于浙江省桐庐汇
丰生物化工有限公司的井冈霉素的发酵工艺优化（该公司的井冈霉素产量世界第一）。已有的结果表明，新的搅拌桨
可明显提高井冈霉素的效价，结合提高培养基浓度等方法，有望使50t罐中井冈霉素的效价提高50%，具有重要的
应用价值。该高效混合系统具有供氧能力强、混合效果好等优点，未来有望在我国现有的发酵工厂进行全面推广。