埃博霉素(Epothilones)是微生物粘细菌产生的一类次级代谢产物,其杀死肿瘤细胞机制与著名的抗癌药物紫杉醇相似,能够在癌症晚期抑制纺锤体的形成,从而抑制有丝分裂,阻止癌细胞增殖,具有广谱的抗癌疗效。埃博霉素由微生物产生,可以通过大规模的工业发酵进行制备,其有望成为继紫杉醇之后更具经济价值的抗肿瘤药物,具有广阔的市场前景。但其生产菌株纤维堆囊菌培养困难,遗传操作难度大、发酵体系复杂且不易控制,迄今关于埃博霉素发酵生产工艺的研究报道较少。本论文在5L发酵罐规模研究了埃博霉素B发酵生产工艺及其动力学,将为实现埃博霉素的工业生产奠定良好基础。本研究包含两个方面:一是以课题组前期在摇瓶试验水平上的发酵工艺优化为基础,开展了纤维堆囊菌So F5-76在5L发酵罐水平上发酵参数的优化研究,建立了最优发酵条件下的分批发酵动力学模型;二是设计了以大孔吸附树脂XAD-16为吸附剂的耦联发酵设备,研究了埃博霉素B的分离发酵耦联集成工艺并进行了工艺的优化,建立了连续发酵动力学模型,为埃博霉素B进一步发酵放大工艺的建立提供了基础数据。本论文主要研究结果如下:(1)确定了纤维堆囊菌So F5-76在5L发酵罐上的分批发酵条件:接种量9%、搅拌转速180r/min、空气流量3.5L/min,发酵初始添加Antifoam B聚醚类消泡剂。在该发酵优化条件下埃博霉素B的产量达24.0mg/L。(2)以Logistic、Luedeking-Piret方程为基础,利用MATLAB软件进行非线性拟合,建立了埃博霉素B发酵过程中菌体生长模型、产物生成模型和底物糖消耗模型。各模型拟合的相关系数R2分别为0.997、0.987、0990,均接近1,并通过实验进一步进行模型验证,菌体生长模型、产物生成模型、底物消耗模型的相对误差分别为2.47%、4.32%、4.56%。(3)确定了非极性大孔树脂XAD-16对埃博霉素B具有很高的吸附性能,树脂的回收利用次数为3次。在层析柱试验中,确定了最佳上样浓度与流速,分别为2.0mg/m L、1.0m L/min。当上样液得体积达到480m L时,流出液已开始泄漏埃博霉素B。洗脱剂选用甲醇,甲醇的体积分数为75%,流速控制为1.0m L/min。在此条件下,埃博霉素B的回收率达90%。(4)设计连续分离发酵耦联集成装置,当发酵开始产埃博霉素B时,开启蠕动泵启动第一层析柱,对埃博霉素B进行吸附分离,除去埃博霉素B的发酵液再返回到发酵罐中,当第一层析柱达到饱和时,关闭阀门,启动第二层柱,继续进行分离,当第二层析柱达到饱和时,再开启第一层析柱。两根层析柱交替进行埃博霉素B的分离,使得发酵能够持续进行。(5)研究了分离发酵耦合工艺,确定了耦合时间和耦合流速分别为60h、50m L/min,纤维堆囊菌在密闭缺氧条件下的致死时间为2h。在单个层析柱分离的试验中,通过三次的间歇分离,使得埃博霉素B的发酵产量达26.6mg/L;采用两个层析柱进行交替分离时,产量提高到6.00mg/L.d。(6)建立了发酵分离耦合动力学模型,当发酵体系处于稳态时,求得以下参数模型参数:细胞比生长速率为0.350h-1;产物比合成速率为0.188h-1;基质比消耗速率为0.089h-1。