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1、微生物发酵-青霉素类抗生素 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望青霉素的制备青霉素的制备一：青霉素的背景二：青霉素的性质三：青霉素的生产工艺过程四：青霉素的应用青霉素的背景青霉素的背景青霉素青霉素(Penicillin)又被称为盘尼西林，它是人类又被称为盘尼西林，它是人类发明的第一种抗生素，也是全球销量最大的抗生发明的第一种抗生素，也是全球销量最大的抗生素。青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的素。青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研
2、制成功大大增强了人类抵抗重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。19531953年，我国第一批青霉素的诞生揭开了我国生年，我国第一批青霉素的诞生揭开了我国生产抗生素的历史产抗生素的历史;到到20012001年，我国青霉素的产量已年，我国青霉素的产量已经占据了全球的经占据了全球的60%60%的市场份额，目前我国是全球的市场份额，目前我国是全球最大的青霉素生产国家。最大的青霉素生产国家。青霉素类抗生素青霉素类抗生素青霉素的发现青霉素的发现1928年，英国细菌学家Fleming发现污染在培养葡萄球菌的双蝶上的一株霉
3、菌能杀死周围的葡萄球菌。他将此霉菌分离纯化后得到的菌株鉴定为青霉，并将这菌产生的抗生物质命名为青霉素。1940年，英国Florey和Chain进一步研究此菌，并从培养液中制出了干燥的青霉素制品。经实验和临床试验证明，它毒性很小，并对一些革兰氏阳性菌所引起的许多疾病有卓越疗效。青霉素生产工艺过程青霉素生产工艺过程 菌种菌种 种子制种子制备备 发酵发酵 发酵液预处理发酵液预处理 提取及精提取及精制制 成品包成品包装装菌种介绍：青霉是产生青霉素的重要菌种。广泛分青霉是产生青霉素的重要菌种。广泛分布于空气、土壤和各种物上，常生长在腐烂的柑桔布于空气、土壤和各种物上，常生长在腐烂的柑桔皮上呈青绿色。目前
4、已发现几百种，其中产黄青霉皮上呈青绿色。目前已发现几百种，其中产黄青霉(Penicillum chrysogenum)、点青霉、点青霉(Penicillum nototum)等都能大量产生青霉素等都能大量产生青霉素种子制备：种子制备是指孢子接入种子罐后，在罐中繁殖成大量菌丝的过程，其目的是使孢子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐当中去。种子制备所使用的培养基及其它工艺条件，都要有利于孢子发芽和菌丝繁殖。青霉素生产工艺过程青霉素生产工艺过程发酵条件下的生长过程发酵条件下的生长过程 第1期：分生孢子萌发，形成芽管，原生质未分 化，具有小泡。第2期：菌丝繁殖，原生质体具有嗜碱性，类脂肪
5、小颗粒。第3期：形成脂肪包涵体，机理贮藏物，没有空泡，嗜碱性很强。第4期：脂肪包涵体形成小滴并减少，中小空泡，原生质体嗜碱性减弱，开始产生抗生素。第第5期：形成大空泡，有中性染色大颗粒，菌丝呈桶期：形成大空泡，有中性染色大颗粒，菌丝呈桶状，脂肪包涵体消失，青霉素产量最高。状，脂肪包涵体消失，青霉素产量最高。第第6期：出现个别自溶细胞，细胞内无颗粒，仍然桶期：出现个别自溶细胞，细胞内无颗粒，仍然桶状。释放游离氨，状。释放游离氨，pH上升。上升。第第7期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。14期为菌丝生长期，期为菌丝生长期，3期的菌体适宜为种子。期的菌体适宜为种子。45期
6、为生产期，生产能力最强，通过工期为生产期，生产能力最强，通过工程措施，延长此期，获得高产。程措施，延长此期，获得高产。在第六期到来之前结束发酵。在第六期到来之前结束发酵。青霉素的发酵青霉素的发酵发酵中灭菌发酵中灭菌发酵工艺控制：发酵工艺控制：1.基质浓度基质浓度 2.温度温度 3.培养基成分的控制培养基成分的控制 4.pH 值、溶氧值、溶氧 5.菌丝浓度等菌丝浓度等 6.泡沫的控制泡沫的控制 发酵工艺控制发酵工艺控制 1.基质浓度基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长
7、产生抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或抑制抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或抑制,苯乙酸的生苯乙酸的生长抑制）长抑制）,而后期基质浓度低限制了菌丝生长和而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成产物合成。所以，所以，在青霉素发酵中通常采用补料分批在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法操作法，以维持一定的最适浓度，以维持一定的最适浓度。发酵工艺控制发酵工艺控制2.温度温度：青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别能稍有差别,但一般认为应在但一般认为应在25 C 左右。温度左右。温度过高将明显降低发酵产率过高将明显降低发酵产率,同时增加葡萄糖的维同时增加葡萄糖的维持消耗持
8、消耗,降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说生长和青霉素合成来说,最适温度不是一样的最适温度不是一样的,一般前者略高于后者一般前者略高于后者,故有的发酵过程在菌丝生故有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间,到达到达生产阶段后便适当降低温度生产阶段后便适当降低温度,以利于青霉素的合以利于青霉素的合成。成。发酵工艺控制发酵工艺控制3.培养基成分的控制培养基成分的控制:A.碳源碳源-发酵中常用乳酸或葡萄糖，也可发酵中常用乳酸或葡萄糖，也可采用葡萄糖母液、糖蜜等。其中乳糖最为便宜，采用葡萄糖母液、糖
9、蜜等。其中乳糖最为便宜，但因货源较少，很多国家采用葡萄糖代替。但但因货源较少，很多国家采用葡萄糖代替。但当葡萄糖浓度超过一定限度时，会过分加速菌当葡萄糖浓度超过一定限度时，会过分加速菌体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能满足需体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，导致菌体或培养基中，导致pH下降，影响某些酶下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长河产物的合成的活性，从而抑制微生物的生长河产物的合成。发酵工艺控制发酵工艺控制B.氮源氮源-主要有机氮源为玉米浆、棉籽饼粉、主要有机氮源为玉米浆、棉籽饼
10、粉、花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等。玉米浆为花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等。玉米浆为较理想的氮源，含固体量少，有利于通气较理想的氮源，含固体量少，有利于通气及氧的传递，因而利用率较高。固体有机及氧的传递，因而利用率较高。固体有机氮源原料一般需粉碎至氮源原料一般需粉碎至200目以下的细度。目以下的细度。有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮如硝酸盐、尿素、硫酸铵体生长。无机氮如硝酸盐、尿素、硫酸铵等可适量使用。等可适量使用。发酵工艺控制发酵工艺控制C.无机盐无机盐-碳酸钙用来中和发酵过程中产生的杂酸，碳酸钙用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵液的并控制
11、发酵液的pH值，为菌体提供营养的无机磷值，为菌体提供营养的无机磷源一般采用磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或源一般采用磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。由于现在硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发酵时间愈长，则铁离子子便逐渐进入发酵液。发酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子在愈多。铁离子在50g/ml以上便会影响青霉素的以上便会影响青霉素的合成。采用铁络合剂以抑制铁离子的影响，但实合成。采用铁络合剂以抑制铁离子的影响，但实际对青霉素产量并无改进。所以青霉素的
12、发酵罐际对青霉素产量并无改进。所以青霉素的发酵罐采用不锈钢制造为宜，其他重金属离子如铜、汞、采用不锈钢制造为宜，其他重金属离子如铜、汞、锌等能催化青霉素的分解反应。锌等能催化青霉素的分解反应。发酵工艺控制发酵工艺控制4.pH 值、溶氧值、溶氧：青霉素在合理的青霉素在合理的Ph(6.87.2)和溶氧和溶氧(30%)下，生下，生产和发酵才会达到最高效率！在罐的夹层或蛇管中需通冷产和发酵才会达到最高效率！在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定罐温。在整个发酵过程中，需不断通无菌却水以维持一定罐温。在整个发酵过程中，需不断通无菌空气和搅拌，以维持一定罐压或溶氧。空气和搅拌，以维持一定罐压或溶氧。5.菌
13、丝浓度等菌丝浓度等：在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。而其它的如产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。而其它的如：菌丝形态等亦会有所影响：菌丝形态等亦会有所影响发酵工艺控制发酵工艺控制6.泡沫的控制泡沫的控制：在发酵过程中产生大量泡沫在发酵过程中产生大量泡沫,可以用天然油脂可以用天然油脂,如如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂“泡敌泡敌”来消泡来消泡,应当控制其用量并要少量多次加入应当控制其用量并要少量多次加入,尤其在发酵前期不宜尤其在发酵前期不宜多用多用,否则会影响菌体的
14、呼吸代谢否则会影响菌体的呼吸代谢。加消沫剂以控制泡沫，必要时还加入酸、碱以调加消沫剂以控制泡沫，必要时还加入酸、碱以调节发酵液的节发酵液的pHpH。青霉素的应用青霉素的应用溶血性链球菌感染。溶血性链球菌感染。肺炎链球菌感染。肺炎链球菌感染。不产青霉素酶葡萄球菌感染。不产青霉素酶葡萄球菌感染。炭疽。炭疽。破伤风、气性球疽等梭状芽孢杆菌感破伤风、气性球疽等梭状芽孢杆菌感钩端螺旋体病。钩端螺旋体病。青霉素与氨基糖苷灯药物联合用于治疗草绿色链球菌心内青霉素与氨基糖苷灯药物联合用于治疗草绿色链球菌心内膜炎。膜炎。流行性脑脊髓膜炎。流行性脑脊髓膜炎。放线菌病。放线菌病。淋病。淋病。除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染。除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染。