При биосинтезе многих биологически активных веществ в ферментере образуется значительное количество пены.
Интенсивное вспенивание нежелательно, так как пена может проникнуть в различные узлы коммуникаций, связанных с ферментером. В дальнейшем, в местах, куда проникла пена, может развиться посторонняя микрофлора.
Существуют различные способы борьбы с пеной. Наиболее часто пытались применять механическое разрушение пены, однако это не принесло желаемого результата. Борьба с пенообразованием в основном пошла по направлению изменения поверхностного натяжения культуральной жидкости. Для этой цели обычно применяют поверхностно активные вещества. Многолетней практикой проверено применение жиров и масел. За счет имеющихся в составе жиров высших жирных кислот с ярко выраженными гидрофобными свойствами они резко понижают поверхностное натяжение и тем самым препятствуют пенообразованию. Помимо жиров, могут быть использованы другие вещества, обладающие теми же физико-химическими свойствами, например высокомолекулярные кремний-органические соединения типа полисилоксанов. Применение кремний-органических соединений в качестве пеногасителей требует специального уточнения некоторых технологических показателей процесса.
Из растительных масел наиболее часто используют подсолнечное, арахисовое, соевое масла, из животных масел — кашалотовый жир. Кашалотовый жир состоит в основном из спермацета, являющегося смесью сложных эфиров одноатомных спиртов с большим числом атомов углерода (С16—С18) и жирных кислот, например цетилового спирта и пальмитиновой кислоты. Кроме спермацета, в его состав входят триглицериды и свободные жирные кислоты, среди которых в наибольшем количестве содержится олеиновая кислота. Растительные масла состоят из триглицеридов, в состав которых входит значительное количество непредельных жирных кислот. Так, в подсолнечном масле на непредельные кислоты (олеиновую и линолевую) приходится до 93% от общего количества жиров, а в соевом — до 90%. Из остальных жирных кислот в составе растительных жиров обнаружены пальмитиновая, стеариновая и арахиновая кислоты.
За рубежом часто применяют в качестве пеногасителя лярд (топленое свиное сало). Жиры добавляют в процессе ферментации периодически. Одной из причин, вследствие которой жир следует добавлять периодически, является возможность образования кальциевых мыл с присутствующим в среде мелом.
Подбор оптимальной концентрации добавляемых жиров имеет значение также в силу того обстоятельства, что большие концентрации масла значительно замедляют ассимиляцию углеводов, по-видимому, заменяя их в окислительном обмене.
Под действием липазы микроорганизмов жир расщепляется, причем в конце ферментации он имеет почти такое же кислотное число, какое может быть получено при его щелочном гидролизе.
Таким образом, при ферментации липаза почти нацело разрушает жир на глицерин и жирные кислоты. Анализ исходного жира и жира, содержащегося в культуральной жидкости, показывает, что по ходу ферментации значительно понижается йодное число. Этот факт может свидетельствовать о предпочтительном потреблении ненасыщенных кислот.
Динамика потребления различных фракций кашалотового жира была изучена при биосинтезе гризеофульвина культурой Penicillium nigricans (А. Н. Климов и Т. П. Ефимова, 1966). Среда содержала 5% кашалотового жира. Из среды прежде всего исчезали триглицериды, при этом одновременно значительно увеличивалась фракция свободных жирных кислот. Только после истощения триглицеридов и свободных жирных кислот происходило усиленное потребление спермацета. Последний полностью грибом не использовался даже в том случае, когда в среде находилось меньшее его количество, чем указано выше. Из жирных кислот, присутствующих в среде при введении кашалотового жира, наиболее интенсивно используются непредельные жирные кислоты: олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая. Так, например, количество олеиновой кислоты в культуральной жидкости за время ферментации уменьшается почти в шесть-десять раз. В опытах, которые были проведены с высокоактивными штаммами продуцентов пенициллина, было показано, что различные масла и особенно кашалотовый жир могут частично или полностью заменять в среде лактозу и глюкозу как источники углерода. Изучение динамики синтеза антибиотика и биохимических изменений в культуральной жидкости показало, что жиры потребляются так же, как лактоза. После достижения максимума веса мицелия автолиза не наблюдается, и больший выход пенициллина происходит за счет продления фазы пенициллинообразования. На среде с 3,5% жира удавалось получить до 7800 ЕД/мл пенициллина (Л. М. Лурье, С. И. Алиханян, 1963).
Различные масла могут полностью заменить глюкозу при биосинтезе стрептомицина. К их числу относятся кукурузное, соевое, хлопковое, льняное, оливковое, арахисовое масла и лярд. При расчете необходимого количества масла для полной замены глюкозы Д. Перельман и Г. Вагман (1952) предлагают исходить не из весового количества, а из калорийности.
При биосинтезе окситетрациклина замена крахмала подсолнечным или соевым маслом или кашалотовым жиром по калорийности, как это имело место при получении стрептомицина, оказалась неоправданной. Только повышение концентрации масла в среде до 3—4% позволило получить примерно то же количество окситетрациклина, что и на среде, содержащей 2,5% крахмала. Продуцент окситетрациклина Act. rimosus использует масло не более чем на 60%. Этот факт позволяет предположить, что какие-то составные части подсолнечного масла не используются продуцентом или используются им очень медленно (Н. В. Орлова, 1961).
Как известно, в состав некоторых сред для биосинтеза антибиотиков входит соевая мука. Соевая мука содержит до 19% масла. Для того, чтобы установить влияние масла сои на биосинтез стрептомицина, применяли обезжиренную муку. По сравнению с контролем, где использовали необезжиренную соевую муку, количество синтезированного стрептомицина понижалось в 2—3 раза. Таким образом, для биосинтеза антибиотика используется не только белок соевой муки, но и ее жировые вещества (Т. Б. Казанская, 1958).
В связи с тем, что жиры при ферментативном гидролизе образуют глицерин и жирные кислоты, были поставлены опыты по влиянию составных частей жира (глицерина и некоторых жирных кислот) на биосинтез антибиотиков.
При ферментации хлортетрациклина использовали глицерин, стеариновую, миристиновую и олеиновую кислоты.
При введении в состав среды олеиновой кислоты в количестве 0,05—0,1% наблюдалось угнетение роста и слабое образование антибиотика. Применительно к биосинтезу хлортетрациклина Л. А. Поповой, М. М. Левитовым и О. П. Белозеровой (1961) высказывается предположение, что в том случае, когда скорость разложения масла актиномицетом превышает скорость использования его составных частей, накапливающиеся непредельные жирные кислоты отрицательно влияют на выход антибиотика. По-видимому, это имеет место при добавлении масел в ухудшенных условиях аэрации, при применении масел, содержащих большое количество непредельных жирных кислот. Стимулирующее влияние масла на биосинтез хлортетрациклина отмечается при введении его в первый период ферментации.
Присутствие в среде для культивирования масла оказывает влияние на многие показатели процесса ферментации. На примере культуры Act. streptomycini ЛС-1 было показано, что вес мицелия при наличии в среде масла на протяжении всего процесса ферментации значительно выше, чем на контрольной среде без масла. В присутствии масла значительно быстрее и полнее использовался аммонийный азот, а выделение его в среду замедлялось. Введение масла оказывало стабилизирующее влияние на величину pH, уменьшая по сравнению с контролем диапазон колебаний. При высокой концентрации масла замедлялось использование углеводов.