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[摘 要]现代抗生素其实就是一种化学物质，这种化学物质具有可以干扰其他活细胞发育的功能，因此抗生素也曾经被称为抗菌素。但是抗生素的功用不仅包括杀灭细菌还包括可以有效杀灭霉菌、衣原体、支原体及其他微生物。本文对有机氮源与无机氮源在青霉素这种抗生素的发酵过程中的影响及其相关问题进行论述。
[关键词]青霉素 氮源 有机氮源 无机氮源 玉米浆 黄豆饼粉 玉米蛋白粉 三级发酵 有机氮源 无机氮源 碳酸钙 氢氧化钠 氨 尿素 通气量 碳源 培养基 化学物质
中图分类号：TQ465.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0235-01
引言
抗生素是一种“异常聪明”的化学物质。这种化学物质可以在不妨碍人体正常细胞的情况下杀灭致病菌。下面简单地介绍一种抗生素“聪明地”杀灭致病菌的手段，这种手段就是阻碍细菌的细胞壁形成，这样这些致病菌在低渗透压下会膨胀破裂死亡。人类正常的细胞没有细胞壁所以对人体没有任何影响。
青霉素就是这些“聪明的”抗生素中的一种，也是最为古老的一种，是第一种抗生素。早在中国唐代的时候，人们就已经懂得了将糨糊上的绿毛刮下来用于治疗创伤。但是可惜的是没有大面积推广也没有人对这种化学物质加以研究，更没有在世界级的刊物上发表，以致于到了1928年，这种“绿毛”被英国的弗莱明称之为青霉素。
青霉素自诞生之日起就挽救了数以亿计的人类的生命，虽然后来的医学科学发现了青霉素的诸多缺陷，甚至有些是致命的缺陷，但是这都不妨碍青霉素一直在临床上使用至今。
青霉素的工业化生产过程是选育菌种并纯化、制备孢子、制备种子、配制培养基、发酵、过滤处理发酵液、提取抗生素、精制抗生素。青霉素发酵的先决条件就是培养基的养分必须适宜，这其中氮源与碳源是控制青霉素发酵好坏的决定因素。下面就对氮源因素进行论述。
一、氮源对青霉素发酵的作用
由于青霉素发酵过程中菌体细胞物质要和含氮代谢物质合成，所以需要一种蛋白质或核酸从外界吸入氮素或氮气，这种构成生物的蛋白质或者核酸以及其他能够为菌体提供氮元素的化合物材料统称为氮源。氮源的这个概念有点令人费解。其实简言之就是一句话：凡是可以为菌体提供氮元素的物质统称为氮源。氮源可以是气体、可以是固体、可以是有机物、也可以是无机物。氮源是青霉素发酵过程中必不可少的物质。氮源主要分为无机氮源与有机氮源。无机氮源分子结构简单，可以被微生物迅速利用，因此我们在发酵的基础培养基中加入一定量的无机氮源供微生物迅速利用可以极大地促进菌体生长，但是要注意的是其用量不能超过1.5%，否则可能会导致菌丝过量生长从而延迟进入抗生素的合成期，并且还会抑制固氮酶底物的合成。基础培养基中的有机氮源则是发酵菌体的主要生长氮源供体，它能被微生物迅速利用，作为抗生素合成阶段的营养物质。
二、氮源的分类与选择
上文所述氮源分有机氮源和无机氮源两类。通常的无机氮源主要包括硝酸盐、铵盐、氨水等可以被微生物快速吸收为养分。有机氮源有通常包括鱼粉、花生饼粉、棉子饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉、蚕蛹粉、蛋白胨、麸皮、废菌丝体等。有机氮源除含丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外，还含少量的糖类、脂肪、无机盐和生长素等，所有的这些都是主要的氮源供体，都能被抗生素缓慢利用，作为抗生素发酵合成阶段的较好补充养分的必需的物质。
经实验证明，无机氮源培养基中的菌体生长较慢，但是在既有无机氮源又添加了有机氮源的培养基中菌体的生长明显加快，菌丝也有明显的增多。在有机氮源中富含的游离氨基酸及其他有机物都可以被菌体所利用籍以生成不同结构的碳架，合成蛋白质，这种情况下甚至可以无需糖代谢合成。因此，我们可以得出结论，有机氮源比无机氮源要优越得多。
三、有机氮源的添加
因为添加了有机氮源，因此这种制造抗生素的方法也被称为生物制药。因为我们给菌体“喂”了“饭”，这里所说的“饭”其实就是有机氮源。目前全球的药物大约有一半以上是生物方法合成的。可见有机氮源对于抗生素而言是多么地重要。固氮微生物能利用分子态N2合成自己需要的氨基酸和蛋白质，也能利用无机氮和有机氮化物，但在这种情况下，它们便失去了固氮能力。此外，有些光合细菌、蓝藻和真菌也有固氮作用。许多腐生细菌和动植物的病原菌不能固氮，一般利用铵盐或其他含氮盐作氮源。硝酸盐必须先还原为NH+4后，才能用于生物合成。以无机氮化物为唯一氮源的微生物都能利用铵盐，但它们并不都能利用硝酸盐。有机氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、玉米浆等，工业上能够用黄豆饼粉、花生饼粉和鱼粉等作为氮源。有机氮源中的氮往往是蛋白质或其降解产物。氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，不作为能源。只有少数细菌，如硝化细菌利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。使用有机氮源的目的除了供给菌体生长和繁殖用营养物质外，还为抗生素合成提供前体物质，因此，要特别注意这些氮源对促进菌体生长，维持生命活力和合成抗生素的关系，并以此作为决定培养基中有机氮源用量的一个根据。
玉米浆是淀粉厂生产的副产品，是由浸泡玉米颗粒的亚硫酸水在浸渍过程中溶解了玉米中的营养成分，再经乳酸杆菌作用，当酸度达到一定的要求时，将浸渍液经真空浓缩而成的一种黄褐色粘稠液体，其主要成分是可溶性蛋白，还含有丰富的维生素和生长因素。其总含氮量约为2.5-4.5%，氨基氮含量为0.6-1.8%，还原糖含量为1.2～11%，乳糖含量为5～15%，醋酸等挥发酸含量在0.1～0.3%，灰分含钾、钙、镁、铁、磷、硫等无机元素，其含量达9～12%，其中溶磷按干物质计达到12000-17000ug/g。
四、玉米浆是较有效的有机氮源
在青霉素发酵过程中，玉米浆是最容易被利用的有机液态氮源。因其含有丰富的玉米可溶性蛋白，很容易被菌体所利用，对促进菌体发育、生长和繁殖很有利，是抗生素发酵的良好氮源。在合成培养基中加入玉米浆能刺激青霉素的形成和增加青霉素G的含量。但由于是液体氮源，在贮存方式或贮存时间上如有不合适，会产生变质现象。在投入过程中，易造成含量波动大，不易控制并会给挤出料配方造成波动。由于玉米浆中含有青霉素菌生长所需的多种氨基酸、含有合成苄青霉素的前体物质---苯乙酰胺和苯丙酰胺酸并且玉米浆培养基中营养物质丰富，而固体物质少，培养液比较稀薄，通气搅拌效果比较好。因此，很多厂家仍然采用玉米浆作为主要氮源并且特别强调其质量来提高青霉素产量。黄豆饼粉和玉米蛋白粉是缓慢利用的固体氮源。对延长次级代谢产物的分泌期，提高产物的产量很有益。同一产地同一加工方式会使其质量比较稳定，同时其成分中，但二次投入或投入太少也容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老自溶，从而縮短产物的分泌期。
这三种常用的有机氮源各有优势和劣势，如何利用这三种有机氮源进行重新配比，既达到保证青霉素合成的目的又使氮源质量相对稳定，还需要长期多次的实验及实践。
结语：随着科学技术的发展，使现有有机氮源质量提高和新的有机氮源材料的发现及合理使用一定会促进青霉素发酵水平提高。
参考文献
[1] 周凤霞，高兴盛.工业微生物[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2] 峰晓忠.抗生素生产一万个为什么[M].北京：中国建材工业出版社，1994.
[关键词]青霉素 氮源 有机氮源 无机氮源 玉米浆 黄豆饼粉 玉米蛋白粉 三级发酵 有机氮源 无机氮源 碳酸钙 氢氧化钠 氨 尿素 通气量 碳源 培养基 化学物质
中图分类号：TQ465.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0235-01
引言
抗生素是一种“异常聪明”的化学物质。这种化学物质可以在不妨碍人体正常细胞的情况下杀灭致病菌。下面简单地介绍一种抗生素“聪明地”杀灭致病菌的手段，这种手段就是阻碍细菌的细胞壁形成，这样这些致病菌在低渗透压下会膨胀破裂死亡。人类正常的细胞没有细胞壁所以对人体没有任何影响。
青霉素就是这些“聪明的”抗生素中的一种，也是最为古老的一种，是第一种抗生素。早在中国唐代的时候，人们就已经懂得了将糨糊上的绿毛刮下来用于治疗创伤。但是可惜的是没有大面积推广也没有人对这种化学物质加以研究，更没有在世界级的刊物上发表，以致于到了1928年，这种“绿毛”被英国的弗莱明称之为青霉素。
青霉素自诞生之日起就挽救了数以亿计的人类的生命，虽然后来的医学科学发现了青霉素的诸多缺陷，甚至有些是致命的缺陷，但是这都不妨碍青霉素一直在临床上使用至今。
青霉素的工业化生产过程是选育菌种并纯化、制备孢子、制备种子、配制培养基、发酵、过滤处理发酵液、提取抗生素、精制抗生素。青霉素发酵的先决条件就是培养基的养分必须适宜，这其中氮源与碳源是控制青霉素发酵好坏的决定因素。下面就对氮源因素进行论述。
一、氮源对青霉素发酵的作用
由于青霉素发酵过程中菌体细胞物质要和含氮代谢物质合成，所以需要一种蛋白质或核酸从外界吸入氮素或氮气，这种构成生物的蛋白质或者核酸以及其他能够为菌体提供氮元素的化合物材料统称为氮源。氮源的这个概念有点令人费解。其实简言之就是一句话：凡是可以为菌体提供氮元素的物质统称为氮源。氮源可以是气体、可以是固体、可以是有机物、也可以是无机物。氮源是青霉素发酵过程中必不可少的物质。氮源主要分为无机氮源与有机氮源。无机氮源分子结构简单，可以被微生物迅速利用，因此我们在发酵的基础培养基中加入一定量的无机氮源供微生物迅速利用可以极大地促进菌体生长，但是要注意的是其用量不能超过1.5%，否则可能会导致菌丝过量生长从而延迟进入抗生素的合成期，并且还会抑制固氮酶底物的合成。基础培养基中的有机氮源则是发酵菌体的主要生长氮源供体，它能被微生物迅速利用，作为抗生素合成阶段的营养物质。
二、氮源的分类与选择
上文所述氮源分有机氮源和无机氮源两类。通常的无机氮源主要包括硝酸盐、铵盐、氨水等可以被微生物快速吸收为养分。有机氮源有通常包括鱼粉、花生饼粉、棉子饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、酵母粉、蚕蛹粉、蛋白胨、麸皮、废菌丝体等。有机氮源除含丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外，还含少量的糖类、脂肪、无机盐和生长素等，所有的这些都是主要的氮源供体，都能被抗生素缓慢利用，作为抗生素发酵合成阶段的较好补充养分的必需的物质。
经实验证明，无机氮源培养基中的菌体生长较慢，但是在既有无机氮源又添加了有机氮源的培养基中菌体的生长明显加快，菌丝也有明显的增多。在有机氮源中富含的游离氨基酸及其他有机物都可以被菌体所利用籍以生成不同结构的碳架，合成蛋白质，这种情况下甚至可以无需糖代谢合成。因此，我们可以得出结论，有机氮源比无机氮源要优越得多。
三、有机氮源的添加
因为添加了有机氮源，因此这种制造抗生素的方法也被称为生物制药。因为我们给菌体“喂”了“饭”，这里所说的“饭”其实就是有机氮源。目前全球的药物大约有一半以上是生物方法合成的。可见有机氮源对于抗生素而言是多么地重要。固氮微生物能利用分子态N2合成自己需要的氨基酸和蛋白质，也能利用无机氮和有机氮化物，但在这种情况下，它们便失去了固氮能力。此外，有些光合细菌、蓝藻和真菌也有固氮作用。许多腐生细菌和动植物的病原菌不能固氮，一般利用铵盐或其他含氮盐作氮源。硝酸盐必须先还原为NH+4后，才能用于生物合成。以无机氮化物为唯一氮源的微生物都能利用铵盐，但它们并不都能利用硝酸盐。有机氮源有蛋白胨、牛肉膏、酵母膏、玉米浆等，工业上能够用黄豆饼粉、花生饼粉和鱼粉等作为氮源。有机氮源中的氮往往是蛋白质或其降解产物。氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，不作为能源。只有少数细菌，如硝化细菌利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。使用有机氮源的目的除了供给菌体生长和繁殖用营养物质外，还为抗生素合成提供前体物质，因此，要特别注意这些氮源对促进菌体生长，维持生命活力和合成抗生素的关系，并以此作为决定培养基中有机氮源用量的一个根据。
玉米浆是淀粉厂生产的副产品，是由浸泡玉米颗粒的亚硫酸水在浸渍过程中溶解了玉米中的营养成分，再经乳酸杆菌作用，当酸度达到一定的要求时，将浸渍液经真空浓缩而成的一种黄褐色粘稠液体，其主要成分是可溶性蛋白，还含有丰富的维生素和生长因素。其总含氮量约为2.5-4.5%，氨基氮含量为0.6-1.8%，还原糖含量为1.2～11%，乳糖含量为5～15%，醋酸等挥发酸含量在0.1～0.3%，灰分含钾、钙、镁、铁、磷、硫等无机元素，其含量达9～12%，其中溶磷按干物质计达到12000-17000ug/g。
四、玉米浆是较有效的有机氮源
在青霉素发酵过程中，玉米浆是最容易被利用的有机液态氮源。因其含有丰富的玉米可溶性蛋白，很容易被菌体所利用，对促进菌体发育、生长和繁殖很有利，是抗生素发酵的良好氮源。在合成培养基中加入玉米浆能刺激青霉素的形成和增加青霉素G的含量。但由于是液体氮源，在贮存方式或贮存时间上如有不合适，会产生变质现象。在投入过程中，易造成含量波动大，不易控制并会给挤出料配方造成波动。由于玉米浆中含有青霉素菌生长所需的多种氨基酸、含有合成苄青霉素的前体物质---苯乙酰胺和苯丙酰胺酸并且玉米浆培养基中营养物质丰富，而固体物质少，培养液比较稀薄，通气搅拌效果比较好。因此，很多厂家仍然采用玉米浆作为主要氮源并且特别强调其质量来提高青霉素产量。黄豆饼粉和玉米蛋白粉是缓慢利用的固体氮源。对延长次级代谢产物的分泌期，提高产物的产量很有益。同一产地同一加工方式会使其质量比较稳定，同时其成分中，但二次投入或投入太少也容易促进菌体生长和养分过早耗尽，以致菌体过早衰老自溶，从而縮短产物的分泌期。
这三种常用的有机氮源各有优势和劣势，如何利用这三种有机氮源进行重新配比，既达到保证青霉素合成的目的又使氮源质量相对稳定，还需要长期多次的实验及实践。
结语：随着科学技术的发展，使现有有机氮源质量提高和新的有机氮源材料的发现及合理使用一定会促进青霉素发酵水平提高。
参考文献
[1] 周凤霞，高兴盛.工业微生物[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2] 峰晓忠.抗生素生产一万个为什么[M].北京：中国建材工业出版社，1994.