Đại cương
Nhìn vào công thức cấu tạo của phân tử penicillin cho thấy đây là một tripeptid gồm 3 vòng aminoaicd là: amino acidoadipic, cysteine và valin. Theo quan điểm phổ biến hiện nay 3 amino acid này là tiền chất cơ bản để tổng hợp ra phân tử cơ bản của penicillin là 6-APA.
Vì vậy, để lên men sinh tổng hợp penicillin với hiệu suất cao môi trường cần có nguồn đạm giàu amino aicd để tế bào nấm xây dựng nên phân tử penicillin. Nguồn dinh dưỡng đóng vai trò rất quan trọng đến hiệu suất của quá trình sinh tổng hợp tạo kháng sinh. Về nguyên tắc nếu nguồn dinh dưỡng được cung cấp đầy đủ thì sự tích tụ penicillin sẽ xảy ra mạnh mẽ khi hệ sợi đạt trạng thái cân bằng. nếu thiếu thức ăn sẽ xảy ra hiện tượng tự phân của sợi, còn nếu thừa thì sợi sẽ phát triển nhanh quá sẽ không tích tụ nhiều penicillin mà tích tụ nhiều acid gluconic và aicd malic.
Thành phần môi trường dinh dưỡng bao gồm những nguồn chính sau:
- Nguồn carbon: glucose hay lactose là nguồn năng lượng chính để nấm phát triển. nguồn hydrat carbon thích hợp nhất là glucose nên trong pha phát triển để tăng sinh khối (48 h đầu) của quá trình, nấm đồng hóa hầu như toàn bộ glucose. Vì vậy, khi chuyển sang pha thứ hai, pha tổng hợp ra phân tử penicillin thì nguồn năng lượng bị cạn kiệt dẫn đến giảm hiệu suất sinh tổng hợp. để khắc phục, môi trường lên men tạo penicillin cần bổ sung lactose, thường tỉ lệ glucose:lactose là 1:1. Trong trường hợp không có lactose thì có thể thay hoàn toàn bằng glucose. Song phải định lượng và bổ sung glucose trong suốt quá trình lên men. Ngoài ra, nấm còn có khả năng đồng hóa tinh bột, dextrin, saccharose, các acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic…
- Nguồn nito: nấm mốc có khả năng đồng hóa nito vô cơ như các muối amoni và nitrat, nguồn nito hữu cơ phải là nguồn đạm giàu amino acid để nấm xây dựng nên phân tử penicillin, do đó trong môi trường sản xuất luôn có mặt cao ngô. Có thể thay thế một phần cao ngô bằng bột đậu tương, bột lạc hoặc bột hạt bông. P. chysogenum có khả năng tiết ra proteinase khá mạnh nên các hợp chất protein trong cao ngô hay bột lạc rất dễ được nấm sử dụng. tuy nhiên lượng N phải vừa đủ vì nếu thiếu sẽ xảy ra hiện tượng tự phân của sợi, còn nếu thừa thì sợi phát triển nhanh quá cũng làm giảm tổng hợp penicillin.
- Nguồn lưu huỳnh: có ý nghĩa đặc biệt trong quá trình sinh tổng hợp penicillin vì nó tham gia vào cấu trúc phân tử để tạo nên vòng thiazolidin. Nguồn lưu huỳnh thường dùng là các muối sulfat của K, Na và amino. Các chất này tham gia vòa tổng hợp methionine, cystin, biotin… hay sử dụng nhất là natri thiosulfate.
- Nguồn kim loại vi lượng: một số kim loại như Mg, Mn, Fe… thường được bổ sung dưới dạng muối sulfat hoặc có sẵn trong nước máy hoặc nguồn nguyên liệu tạo môi trường.
- Chất tiền thể: P. chysogenum trong quá trình phát triển tạo ra 4-6 penicillin có gốc R ở mạch bên khác nhau có hoạt tính kháng khuẩn khác nhau. Trong công nghệ lên men penicillin người ta phải điều khiển để tạo ra penicillin G và V là hai chất có tác dụng mạnh khi đưa vào cơ thể. Thêm acid phenylacetic vào môi trường lên men nhận thấy hiệu suất penicillin G tăng lên 30-50%.
