全 文 ：第 １３卷第 ６期
２０１５年 １１月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １３ Ｎｏ ６
Ｎｏｖ ２０１５
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１５ ０６ ０１２
收稿日期：２０１５－０３－１１
基金项目：国家自然科学基金（２１３０６０８４）
作者简介：章人川（１９９０—），男，福建福州人，硕士研究生，研究方向：微生物次级代谢产物；黄 和（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｂｉｏｔｅｃｈ＠ ｎｊｔｅｃｈ．ｅｄｕ．ｃｎ
基于渗透压调控的纽莫康定 Ｂ０发酵动力学
章人川，郑嘉琪，肖 潇，冯昆达，秦婷婷，宋 萍，黄 和
（南京工业大学 生物与制药工程学院，江苏 南京，２１１８００）
摘 要：以海洋丝状真菌 Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５为研究对象，研究不同渗透压条件下 Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５的生长、底
物甘露醇消耗以及纽莫康定 Ｂ０的生产特性。 基于 Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ方程、Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ Ｐｉｒｅｔ方程和 Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ Ｐｉｒｅｔ Ｌｉｋｅ 方
程，得到了描述纽莫康定 Ｂ０发酵模型的动力学参数。 基于发酵动力学模型，提出了在菌体生长稳定期添加 １ ６１
ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ的调控策略。 在该策略下，纽莫康定 Ｂ０的产量达到 １ ７５ ｇ ／ Ｌ，比初始条件的结果提高 ２４ ６％。
关键词：纽莫康定 Ｂ０；渗透压； 发酵动力学；Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ
中图分类号：Ｑ９３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１５）０６－００６５－０５
Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄｉｎ Ｂ０ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｔａｇｅ⁃ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
ＺＨＡＮＧ Ｒｅｎｃｈｕａｎ，ＺＨＥＮＧ Ｊｉａｑｉ，ＸＩＡＯ Ｘｉａｏ，ＦＥＮＧ Ｋｕｎｄａ，ＱＩＮ Ｔｉｎｇｔｉｎｇ，ＳＯＮＧ Ｐｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｈｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｔｅｃｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１８００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｃｅｌｌ ｇｒｏｗｔｈ，ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｎｎｉｔｏｌ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄｉｎ
Ｂ０．Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ，Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ⁃Ｐｉｒｅｔ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｕｅｄｅｋｉｎｇ⁃Ｐｉｒｅｔ Ｌｉｋｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎ ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｔａｇｅ⁃ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｔｒａｔｅｇｙ，ｗｉｔｈ １ ６１
ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ ａｄｄｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｐｈａｓｅ，ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｔｒａｔｅｇｙ，
ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄｉｎ Ｂ０ ｗａｓ １ ７５ ｇ ／ Ｌ，ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２４ ６％
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄｉｎ Ｂ０；ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃ；Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ
海洋丝状真菌 Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ 的次级代谢产物
纽莫康定 Ｂ０是抗真菌药物卡泊芬净的前体，由一个
环状的六肽母核以及一个脂肪酸链组成。 卡泊芬净
作为一种新型的广谱抗真菌药物———棘白菌素类抗
真菌药物，能选择性地抑制真菌细胞壁 β １，３ 葡聚
糖的合成，在抗真菌药物领域受到人们广泛的
关注［１－３］。
渗透压对大部分微生物的生长具有显著影响，细
胞会通过合成用于调节胞内渗透压的物质来适应环
境的变化［４］。 王玉磊等［５］在研究产朊假丝酵母发酵
的盐胁迫时发现，添加适当的 Ｎａ＋和 Ｋ＋能提高谷胱甘
肽和 Ｓ 腺苷蛋氨酸的联产产量。 曾艳等［６］研究裂殖
壶菌时发现，一定浓度的渗透压胁迫使二十二碳六烯
酸（ＤＨＡ）产量提升 ４６ ８４％。 姜玮等［７］在研究游动
放线菌合成阿卡波糖的过程中发现，在前期维持较低
的渗透压 ７７２ ５ ｋＰａ，在中后期维持 １ ０３０～１ ２８８ ｋＰａ，
最终 ５０ Ｌ发酵罐的效价提升 ５０％。
目前，相关学者已就渗透压对 Ｇ． ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ 发酵
的影响［８］以及 Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ发酵产纽莫康定 Ｂ０的工业
放大［９ １１］进行过研究，但对 Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ发酵动力学进
行研究的很少。 发酵动力学能通过数学模型描绘微
生物代谢来减少传统经验型发酵调控的盲目性。 因
此，本研究中，笔者构建基于渗透压调控的Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ
产纽莫康定 Ｂ０的分批发酵动力学模型，研究在最优
初始渗透压发酵条件下 Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ 发酵过程中的菌
体生长，底物消耗以及产物合成的潜在规律，并初步
探讨渗透压对菌体生理代谢的影响方式。
１ 材料与方法
１ １ 实验材料
１ １ １ 菌种
菌株 Ｇｌａｒｅａ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５，中国典型培养物保
藏中心（ＣＣＴＣＣ）保藏，保藏日期 ２０１４年 ９月 １４日，
保藏编号为 ＣＣＴＣＣ Ｍ ２０１４４１６。
１ １ ２ 培养基
ＰＤＡ固体培养基（ｇ ／ Ｌ）：去皮马铃薯 ２００ ０，蔗
糖 ２０ ０，琼脂 ２０ ０。
种子培养基（ｇ ／ Ｌ）：葡萄糖 ４０ ０，黄豆粉 ２０ ０，
玉米浆 １０ ０，ＫＨ２ＰＯ４ １０ ０，微量元素 １０ ０。
微量元素（ｇ ／ Ｌ）：ＦｅＳＯ４·７Ｈ２Ｏ １ ０，ＭｎＳＯ４·Ｈ２Ｏ
１ ０，ＺｎＳＯ４·７Ｈ２Ｏ ０ ２，ＣａＣｌ２·２Ｈ２Ｏ ０ １，ＨＢＯ３ ０ ０５６，
ＣｕＣｌ２·２Ｈ２Ｏ ０ ０２５，（ＮＨ４）５ＭＯ７Ｏ２４·４Ｈ２Ｏ ０ ００３。
发酵培养基（ｇ ／ Ｌ）：甘露醇 ８０，玉米蛋白粉 １０，
Ｋ２ＨＰＯ４ ２ ５。
１ １ ３ 实验材料
甘露醇标准品购自西格玛奥德里奇（上海）贸
易有限公司，其余试剂均购自国药集团试剂公司的
分析纯试剂。
ＬＣ ２０ＡＢ型高效液相色谱购自岛津（中国）有
限公司，Ｕ３０００型高效液相色谱购自赛默飞世尔科
技（中国）有限公司。
１ ２ 实验方法
１ ２ １ 培养方法
发酵培养：自斜面取 ２ ｃｍ２菌苔至 ５０ ｍＬ种子培
养基中，２６ ℃、２２０ ｒ ／ ｍｉｎ 培养 ５ ｄ。 以 １０％的接种
量接入装有 ５０ ｍＬ发酵培养基的 ２５０ ｍＬ锥形瓶中，
２６ ℃、２２０ ｒ ／ ｍｉｎ培养 １５ ｄ。
１ ２ ２ 检测方法
甘露醇检测采用岛津高效液相色谱 ＬＣ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ工
作站测定。 色谱柱 Ａｍｉｎｅｘ ＨＰＸ ８７Ｐ柱（３００ ｍｍ×７ ８
ｍｍ），流动相为超纯水，流速 １ ｍＬ ／ ｍｉｎ，检测器为示差
折光检测器（ＲＩＤ １０Ａ），柱温 ８０ ℃，进样量 ２０ μＬ。
生物量检测采用菌体干质量浓度法，８０ ℃烘干
至恒质量。
纽莫康定 Ｂ０ 检测采用戴安高效液相色谱
Ｕ３０００测定。 色谱柱 Ｖｅｎｕｓｉｌ ＭＰ Ｃ１８ 柱（２５０ ｍｍ×
４ ６ ｍｍ），流动相 Ａ 为乙腈，流动相 Ｂ 为 ０ １ ％的
Ｈ３ＰＯ４。 洗脱程序 ：０ ～ ２０ ｍｉｎ，Ｖ（Ａ） ∶ Ｖ（Ｂ）＝ ４０ ∶
６０；２０～４０ ｍｉｎ，Ｖ（Ａ） ∶ Ｖ（Ｂ） ＝ ５０ ∶ ５０，流速 １ ｍＬ ／
ｍｉｎ。 检测器为紫外检测器，检测波长 ２１０ ｎｍ，柱温
３５ ℃，进样量 ２０ μＬ。
１ ２ ３ 渗透压计算方法
培养基中总渗透压为电解质和非电解质之和，
计算方法参照文献［１２］。
目前，用于模拟菌体生长的非结构模型主要为
Ｍｏｎｏｄ方程和 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ 方程［１３］。 Ｇ ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５ 发
酵生产纽莫康定 Ｂ０的过程中，菌体生长符合 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ
方程，Ｌｏｇｉｓｔｉｃ菌体生长动力学模型见式（１）。
ｄＸ
ｄｔ
＝ μｍ １ －
Ｘ
Ｘｍ
æ
è
ç
ö
ø
÷ Ｘ （１）
式中：Ｘ为菌体质量浓度（ｇ ／ Ｌ）；Ｘｍ为最大菌体质量
浓度（ｇ ／ Ｌ）；μｍ 为最大比生长速率（ｄ
－１）； ｔ 为发酵
时间（ｄ）。
产物生成动力学模型：纽莫康定 Ｂ０的合成与菌
体的生长应归于部分生长偶联型。 因此，选用
Ｌｕｅｄｅｋｉｎ Ｐｉｒｅｔ方程来描述 Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５菌合成
纽莫康定 Ｂ０的速率［１４］，见式（２）。
ｄＰ
ｄｔ
＝ α ｄＸ
ｄｔ
＋ βＸ （２）
式中：Ｐ表示纽莫康定 Ｂ０质量浓度（ｇ ／ Ｌ），α表示生长
偶联的产物合成系数，β表示非生长偶联的产物合成系
数。 当 α≠０、β＝０时，为产物形成与细胞生长偶联型；
α≠０、β≠０时，为产物形成与细胞生长部分偶联型；α＝
０、β≠０时，为产物形成与细胞生长非偶联型。
底物消耗动力学模型：纽莫康定 Ｂ０分批发酵过程
中，甘露醇作为碳源和能源用于菌体生长，维持菌体新
陈代谢以及次级代谢产物的合成。 底物消耗动力学可
采用 Ｌｕｅｄｅｋｉｎ Ｐｉｒｅｔ Ｌｉｋｅ方程来表示［１５］，见式（３）。
－ ｄｓ
ｄｔ
＝ １
ＹＸ／ Ｓ
ｄＸ
ｄｔ
＋ ｍＸ ＋ １
ＹＰ ／ Ｓ
ｄＰ
ｄｔ
（３）
式中：ｄｓ
ｄｔ
表示甘露醇消耗速率（ｇ·Ｌ－１·ｄ－１），ＹＸ／ Ｓ表示
菌体相关系数，ｍ 为菌体维持自身代谢与底物消耗
相关系数，ＹＰ ／ Ｓ表示产物相关系数。
６６ 生 物 加 工 过 程 第 １３卷
发酵动力学参数计算：用 Ｍａｔｌａｂ７ 软件工具包
中 ｌｓｑｃｕｒｖｅｆｉｔ参数对上述公式进行非线性最小二乘
法拟合。
２ 结果与讨论
图 １ 渗透压对纽莫康定 Ｂ０发酵的影响
Ｆｉｇ １ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｓｍｏｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｎ
ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄｉｎ Ｂ０ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
２ １ 渗透压对 Ｇ． ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５ 产纽莫康定 Ｂ０的
影响
考察渗透压对菌体底物消耗与产物合成的相
互影响，结果如图 １所示。 由图 １可知：高浓度甘露
醇 ８０ ｇ ／ Ｌ（１ １３２ ３１ ｋＰａ）条件下纽莫康定 Ｂ０的产量
是低浓度 ４０ ｇ ／ Ｌ（５６６ １６ ｋＰａ）的 ４ ９６ 倍。 在低浓
度甘露醇条件下，添加终质量浓度为 ６ ４４ ｇ ／ Ｌ
（５６６ １６ ｋＰａ）的 ＮａＣｌ 使渗透压回到高浓度甘露醇
的渗透压，纽莫康定 Ｂ０ 产量较低浓度时提高
１９１ ４％。 底物消耗方面，ＮａＣｌ 的添加使底物甘露
醇的消耗速度减缓。 因此，渗透压对 Ｇ． ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ
Ｑ４５的发酵产纽莫康定过程和菌体代谢有着重要影
响。 但是纽莫康定 Ｂ０产量并没有回复到高浓度的
水平，可能是初始甘露醇浓度不够，没有足够的底
物维持细胞和产量的合成。 因此，在下阶段实验
中，采用 ８０ ｇ ／ Ｌ甘露醇作为底物质量浓度。
图 ２ ＮａＣｌ质量浓度对纽莫康定 Ｂ０发酵过程的影响
Ｆｉｇ ２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＮａＣｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｐｎｅｕｍｏｃａｎｄ
ｉｎ Ｂ０ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
２ ２ ＮａＣｌ 浓度对 Ｇ． ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５ 产纽莫康定
Ｂ０的影响
考虑到 ６ ４２ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ所提供的渗透压（相当于
４０ ｇ ／ Ｌ甘露醇）已经较大，所以在 ８０ ｇ ／ Ｌ甘露醇基础
上添加 ＮａＣｌ 的时候，以添加 ６ ４２ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ 为最高
值，以倍数关系做递减，考察不同初始 ＮａＣｌ溶液条件
下纽莫康定 Ｂ０的发酵情况，结果如图 ２所示。 由图 ２
可知：Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５生长过程可分为 ３个阶段。 在
迟滞期（Ⅰ阶段，０～２ ｄ），碳源消耗速度缓慢，菌体生长
缓慢，同时产物少量合成；在对数期（Ⅱ阶段，２～６ ｄ），
菌体快速生长，产物合成以及碳源消耗速度略微加
快；在稳定期（Ⅲ阶段，６～１５ ｄ），菌体生长趋于稳定，
此时，在碳源大量消耗的基础上，产物开始大量合成。
同时，随着 ＮａＣｌ 浓度的增加，甘露醇消耗速度减缓，
生物量的积累减少，纽莫康定 Ｂ０的合成速度和最大
产量先增加后减少。 在迟滞期添加 １ ６１ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ，纽
莫康定 Ｂ０产量相比添加 ３ ２２ ｇ ／ Ｌ 和 ６ ２４ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ
７６ 第 ６期 章人川等：基于渗透压调控的纽莫康定 Ｂ０发酵动力学
的实验组分别提高 １５ ４％和 ２１ ５％，因此，确定 １ ６１
ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ为最优添加量。
２ ３ 发酵动力学模型的建立与分析
２ ３ １ 发酵动力学模型的建立
建立 ８０ ｇ ／ Ｌ 甘露醇的发酵动力学模型。 菌体
生长模型 Ｘ ＝ ｅ
０ ７３ｔ
０ ３４＋０ ０２４ｅ０ ７３ｔ
，底物消耗模型 Ｓ ＝
８０－０ ４３
ｅ０ ７３ｔ
１－０ ０６７（１－ｅ０ ７３ｔ）
－１æ
è
ç
ö
ø
÷ －８ ８５ｌｎ（１－０ ０６７·
（１－ｅ０ ７３ｔ）），产物生成模型 Ｐ ＝ １６７ ７９ｌｎ（１－０ ０６７·
（１－ｅ０ ７３ｔ ）） － ０ ８７
ｅ０ ７３ｔ
１－０ ０６７（１－ｅ０ ７３ｔ）
－１æ
è
ç
ö
ø
÷ 。 模型相
关系数 Ｒ２分别为 ０ ９９７ ８、０ ９９４ ８和 ０ ９２７ １。
为了验证模型的适用范围，分别以 ８％ ～ １２％初
始菌体浓度（即接种量）以及 ６０ ～ １００ ｇ ／ Ｌ 初始底物
质量浓度作为考察范围，研究不同接种量计算值与实
验值的相对误差，结果如表 １ 所示。 由表 １ 可知：当
接种量在±２０％之内时，菌体生长、底物消耗的实验值
与计算值的平均相对误差均在 ５％之内，产物合成的
平均相对误差在 １０％以内。 当初始底物质量浓度在
７０～９０ ｇ ／ Ｌ范围内时，菌体生长、底物消耗和产物合
成模型的相对误差均控制在 ５％以内，当初始底物质
量浓度在 ６０和 １００ ｇ ／ Ｌ时，菌体生长和产物合成的平
均相对误差均超过 １０％，说明底物浓度相比发酵接种
量对发酵阶段菌体生长的影响更大（表 ２）。
表 １ 接种量计算值与实验值的相对误差
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔｅｓ ａｎｄ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｏｃｕｌｕｍ ｓｉｚｅｓ
接种
量 ／ ％
菌体生长平均
相对误差 ／ ％
底物消耗平均
相对误差 ／ ％
产物合成平均
相对误差 ／ ％
８ ３ ３６ １ ２１ ７ ４５
９ １ ３２ ０ ６８ ３ ９８
１１ １ ５２ ０ ９６ ２ ０１
１２ ２ ６９ １ ０４ ８ ６５
表 ２ 底物浓度计算值与实验值的相对误差
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔｅｓ ａｎｄ
ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
ρ（初始底物） ／
（ｇ·Ｌ－１）
菌体生长平均
相对误差 ／ ％
底物消耗平均
相对误差 ／ ％
产物合成平均
相对误差 ／ ％
６０ １５ ５１ １２ ２１ １１ ６９
７０ ３ ２１ ２ ６１ ４ ２５
９０ ３ ２５ ３ ５１ ２ ８６
１００ ２０ ３２ １０ ７３ １３ ２９
该模型在初始菌体质量浓度（２ ７６±０ ５５２） ｇ ／ Ｌ、
初始底物质量浓度（８０±１０） ｇ ／ Ｌ 范围内能得到很好
的应用。
２ ３ ２ 渗透压对发酵动力学参数影响
添加 ＮａＣｌ后，菌体生长方程、底物消耗方程以及
产物合成方程分别为 Ｘ ＝ ｅ
０ ６７ｔ
０ ３３ ＋ ０ ０３１ｅ０ ６７ｔ
， Ｓ ＝
８０ －０ ５２
ｅ０ ６７ｔ
１ － ０ ０８６（１ － ｅ０ ６７ｔ）
－ １æ
è
ç
ö
ø
÷ － ６ ３９ｌｎ（１ －
０ ０８６（１ － ｅ０ ６７ｔ）） ，Ｐ ＝ １７ ４６ ( ｅ
０ ６７ｔ
１ － ０ ０８６（１ － ｅ０ ６７ｔ）
－
１ ) ＋ １７４ ７ｌｎ（１ － ０ ０８６（１ － ｅ０ ６７ｔ）） ，ＮａＣｌ的添加使最
大生物量 Ｘｍ降低 ２１ ６８％，最大菌体比生长速率 μｍ降
低 ７ ７２％。 由此可知 ＮａＣｌ添加所产生的渗透压对菌
体产生一定的毒性作用，降低了菌体的生长速度。 比
较最大菌体相关系数 ＹＸ／ Ｓ与最大产物相关系数 ＹＰ ／ Ｓ
可以发现， ＮａＣｌ的添加使最大菌体相关系数降低，用
于产物合成的相关系数提高，说明此时消耗的底物更
多地向产物合成方向分配。 维持菌体生长的底物消
耗相关系数可以进一步证明，ＮａＣｌ 的添加使底物消
耗更多，用于产物的合成而不是菌体的生长。
２ ４ 基于发酵动力学研究的渗透压调控策略
基于以上的动力学参数分析，ＮａＣｌ 对纽莫康定
Ｂ０发酵的影响如下：①降低菌体的生长速度；②促
使底物的消耗流向纽莫康定 Ｂ０合成方向。 考虑到
纽莫康定 Ｂ０是次级代谢产物，产物合成需要生物量
的积累［１６］，因此，研究不同阶段 ＮａＣｌ的添加对产物
合成的影响，结果如图 ３所示。 由图 ３可知：稳定期
（１２ ｄ）添加 １ ６１ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ使纽莫康定 Ｂ０的产量提
升 ２４ ６％，与在迟滞期（０ 天）和对数期（４ ｄ）添加
１ ６１ ｇ ／ Ｌ ＮａＣｌ 相比，分别提高 ２１ ２８％和 １５ ４７％。
因此，此结果验证了基于发酵动力学参数分析提出
的渗透压调控策略是可行的。
可以从以下两个方面尝试解释 ＮａＣｌ 对纽莫康
定 Ｂ０合成存在的双面影响：①由于纽莫康定 Ｂ０合成
菌株 Ｇ．ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ Ｑ４５属于海洋丝状真菌，其天然的
生长环境本身就存在一定程度的渗透压，因此 ＮａＣｌ
的添加一定程度上模拟了菌体的最适生长环境，导
致产物合成的增加；②Ｎａ＋的添加会改变微生物细
胞膜上 Ｃａ２＋通道的流量，使得细胞膜上的磷脂酶信
号被激活，从而影响钙调磷激酶响应的锌指蛋白，
最终提高胞内次级代谢产物的合成［１７］， 因此，推测
８６ 生 物 加 工 过 程 第 １３卷
在纽莫康定 Ｂ０的合成中，Ｎａ
＋也起到同样效果。
图 ３ 不同生长阶段 ＮａＣｌ添加对产量的影响
Ｆｉｇ ３ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＮａＣｌ ａｄｄｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ
ｐｈａｓｅ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
３ 结论
通过添加不同浓度 ＮａＣｌ，研究不同渗透压下
Ｇ． ｌｏｚｏｙｅｎｓｉｓ产纽莫康定 Ｂ０的分批发酵动力学模型，该
菌株生长符合 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ 方程，底物消耗符合 Ｌｕｅｄｅｋｉｎ
Ｐｉｒｅｔ Ｌｉｋｅ方程，产物合成符合 Ｌｕｅｄｅｋｉｎ Ｐｉｒｅｔ方程，
动力学方程分别为 Ｘ ＝ ｅ
０ ７２８
０ ３３７ ９ ＋ ０ ０２４ ３ｅ０ ７２８ｔ
，
Ｓ ＝ ８０ － ０ ４２９ ２
ｅ０ ７２８ｔ
１ － ０ ０６７ ２（１ － ｅ０ ７２８ｔ）
－ １æ
è
ç
ö
ø
÷ －
８ ８４７ １ｌｎ（１－０ ０６７ ２（１－ｅ０ ７２８ｔ）） ， Ｐ ＝ － ０ ８７３ ５·
ｅ０ ７２８ｔ
１ － ０ ０６７ ２（１ － ｅ０ ７２８ｔ）
－ １æ
è
ç
ö
ø
÷ ＋ １６７ ７９ｌｎ（１ － ０ ０６７ ２
（１ －ｅ０ ７２８ｔ）） ，ＮａＣｌ溶液添加会降低菌体的最大比
生长速率、最大生物量以及菌体用于自身代谢的相
关系数，同时会提高产物合成相关系数。
根据不同渗透压条件下动力学参数的分析，提
出在生长稳定期添加 ＮａＣｌ 的调控策略。 在前期维
持较高的菌体比生长速率，使得菌体达到更高的生
物量，在后期添加 ＮａＣｌ 溶液，降低菌体用于维持自
身代谢的相关系数，提高产物合成相关系数，使菌
体积累足够生物量的同时实现产物的高浓度积累。
对所提出的发酵控制策略进行验证，通过在稳定期
中期流加 ＮａＣｌ的策略，产量与 ８０ ｇ ／ Ｌ条件相比，提
高 ２４ ６％，达到 １ ７５ ｇ ／ Ｌ。
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（责任编辑 管 珺）
９６ 第 ６期 章人川等：基于渗透压调控的纽莫康定 Ｂ０发酵动力学