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1、关于微生物制药内酰胺类抗生素第1页，讲稿共28张，创作于星期日第一节第一节 定义定义分子中含有分子中含有-内酰内酰胺环并具有抗菌胺环并具有抗菌作用的一类化学作用的一类化学物质。物质。第2页，讲稿共28张，创作于星期日第二节第二节 分类和命名分类和命名青霉烷青霉烷(penams)青霉烯青霉烯(penems)碳青霉烯碳青霉烯(carbapenems)头孢烯头孢烯(cephems)碳头孢烯碳头孢烯(carbacephems)氧头孢烯氧头孢烯(oxocephems)一、一、-内酰胺抗生素的分类内酰胺抗生素的分类第3页，讲稿共28张，创作于星期日一、一、-内酰胺抗生素的分类（续）内酰胺抗生素的分类（续）
2、单环单环-内酰胺内酰胺(monobactams)青霉烷砜青霉烷砜(penicillanic acid)氧青霉烷氧青霉烷(棒烷棒烷)(oxopenams)第4页，讲稿共28张，创作于星期日二、二、-内酰胺抗生素的命名内酰胺抗生素的命名u青霉烷类（青霉烷类（cillin，西林）西林）u头孢烯类（头孢烯类（cef，头孢，头孢）u青霉烯类（青霉烯类（penem，配能）配能）u氧头孢烯类（氧头孢烯类（oxef，氧头孢）氧头孢）u碳头孢烯类（碳头孢烯类（carbef，碳头孢）碳头孢）u单环内酰胺类（单环内酰胺类（onam，喃）喃）u-内酰胺酶抑制剂类（内酰胺酶抑制剂类（-lactamase inhibit
3、ors）u复合复合-内酰胺抗生素（内酰胺抗生素（-内酰胺抗生素内酰胺抗生素+-内酰胺酶抑制剂）内酰胺酶抑制剂）第5页，讲稿共28张，创作于星期日三、青霉素的分类三、青霉素的分类类别类别抗菌抗菌谱谱举举例例天然青霉素天然青霉素 不不产产生青霉素生青霉素酶酶的的G(+)细细菌菌（包括除（包括除拟拟杆菌以外的杆菌以外的厌厌氧菌）和螺旋菌氧菌）和螺旋菌青霉素青霉素G青霉素青霉素V氨基青霉素氨基青霉素不不产产生生-内内酰酰胺胺酶酶的的G(+)和和G(-)细细菌菌（包括除（包括除拟拟杆菌以外的杆菌以外的厌厌氧菌）氧菌）氨氨苄苄西林西林(Ampicillin)阿莫西林阿莫西林(Amoxicillin)耐青霉
4、素耐青霉素酶酶青霉素青霉素用于上述用于上述青霉素耐青霉素耐药药菌菌感染，但感染，但对对MRSA无效无效甲氧西林甲氧西林(Methicillin)氯唑氯唑西林西林(Cloxacillin)扩扩大抗菌大抗菌谱谱的青霉素的青霉素（抗（抗绿脓绿脓杆杆菌）菌）对对G(+)细细菌的活性不如天然青霉素和菌的活性不如天然青霉素和氨基青霉素，故主要用于氨基青霉素，故主要用于绿脓绿脓杆菌感杆菌感染染羧苄羧苄西林西林(Carbenicillin)替卡西林替卡西林(Ticarcillin)脒脒基青霉素基青霉素主要用于主要用于G(-)细细菌菌引起的泌尿道感染引起的泌尿道感染脒脒基西林基西林(amidinocillin)
5、第6页，讲稿共28张，创作于星期日生物合成的生物合成的-内酰胺抗生素内酰胺抗生素第7页，讲稿共28张，创作于星期日第三节第三节 生物合成与代谢调控生物合成与代谢调控n青霉素与头孢菌素的生物合成途径青霉素与头孢菌素的生物合成途径n生物合成中的调控反应生物合成中的调控反应第8页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素青霉素G苯乙酸苯乙酸（侧链）（侧链）6-氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6-APA)(母核母核)苯乙酸苯乙酸半胱氨酸半胱氨酸缬氨酸缬氨酸第9页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素与头孢菌素的生物合成途径（一）青霉素与头孢菌素的生物合成途径（一）L-氨基己二酸氨基己二酸L-半胱氨酸半胱氨酸L-缬氨酸
6、缬氨酸ACV合成酶合成酶LLD-ACVIPN合成酶合成酶IPN异青霉素异青霉素N第10页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素与头孢菌素的生物合成途径（二）青霉素与头孢菌素的生物合成途径（二）IPN酰基转移酶酰基转移酶IPN酰化酶酰化酶青霉素青霉素G6-APA第11页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素与头孢菌素的生青霉素与头孢菌素的生物合成途径（三）物合成途径（三）异构酶异构酶DOCPC羟化酶羟化酶DOCPC合酶合酶DCPC乙酰转移酶乙酰转移酶异青霉素异青霉素N青霉素青霉素N脱乙酰氧头孢菌素脱乙酰氧头孢菌素C脱乙酰头孢菌素脱乙酰头孢菌素C头孢菌素头孢菌素C第12页，讲稿共28张，创作于星期日u碳源
7、调控（葡萄糖效应）：速效碳源碳源调控（葡萄糖效应）：速效碳源 青霉素、头孢菌青霉素、头孢菌素、棒酸发酵素、棒酸发酵uNH4+调控：调控：NH4+青霉素、头孢菌素青霉素、头孢菌素发酵发酵u氨基酸调控：赖氨酸氨基酸调控：赖氨酸 青霉素、头孢菌素发酵，蛋氨酸青霉素、头孢菌素发酵，蛋氨酸 头孢菌素发酵头孢菌素发酵upH调控（影响通透酶）调控（影响通透酶）u磷酸盐调控（一般与碳源调控相联系）磷酸盐调控（一般与碳源调控相联系）注：注：“”表示抑制或阻遏，表示抑制或阻遏，“”表示促进或刺激。表示促进或刺激。u调控反应的控制：用流加方法控制效应物在发酵液中的残调控反应的控制：用流加方法控制效应物在发酵液中的残
8、留浓度留浓度生物合成中的调控反应生物合成中的调控反应第13页，讲稿共28张，创作于星期日第四节第四节 青霉素的工业生产青霉素的工业生产工艺流程工艺流程发酵发酵产黄青霉产黄青霉真空冷冻干燥或液氮保藏孢子真空冷冻干燥或液氮保藏孢子斜面孢子斜面孢子琼脂培养基上琼脂培养基上25培养培养79天天米孢子米孢子用斜面孢子悬浮液接种于大米或小米基质上用斜面孢子悬浮液接种于大米或小米基质上25培养培养67天天种子罐种子罐用孢子米粒或孢子悬液接种，用孢子米粒或孢子悬液接种，26通气、搅拌培养通气、搅拌培养6068小时小时发酵罐发酵罐用种子罐按用种子罐按10%15%体积接种，在体积接种，在25及通气、搅拌下及通气、
9、搅拌下补料分批培养补料分批培养200240小时小时发酵液发酵液冷却至冷却至5左右，絮凝、过滤左右，絮凝、过滤发酵滤液发酵滤液补料：补料：葡萄糖葡萄糖硫酸铵硫酸铵氨水氨水苯乙酸或苯苯乙酸或苯氧乙酸氧乙酸消沫剂消沫剂第14页，讲稿共28张，创作于星期日第四节第四节 青霉素的工业生产青霉素的工业生产工工艺艺流流程程提提炼炼第15页，讲稿共28张，创作于星期日第四节第四节 青霉素的工业生产青霉素的工业生产青霉素发酵的主要工艺控制点青霉素发酵的主要工艺控制点操作变量操作变量工艺控制点工艺控制点操作变量操作变量工艺控制点工艺控制点发酵罐容积发酵罐容积150200 m3发酵温度发酵温度25装料率装料率80%
10、发酵液发酵液pH6.5搅拌输入功率搅拌输入功率34 kW/m3初始菌体浓度初始菌体浓度1.51.8 kg(干重干重)/m3通气率通气率4060 Nm3/(m3h)葡萄糖料液浓度葡萄糖料液浓度45kg/m3空气压力（表压）空气压力（表压）0.2 MPa葡萄糖补加率葡萄糖补加率1.02.5 kg/(m3h)发酵液上方压力发酵液上方压力（表压）（表压）0.030.06 MPa发酵液中铵氮浓发酵液中铵氮浓度度0.250.34 kg/m3液相氧体积传递系液相氧体积传递系数数(kLa)200 h-1-1发酵液中苯乙酸发酵液中苯乙酸浓度浓度0.1 kg/m3发酵液中溶氧浓度发酵液中溶氧浓度 30%饱和度饱和
11、度发酵时间发酵时间180240 h第16页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素生产菌种青霉素生产菌种产黄青霉产黄青霉(Penicillium chrysogenum)的的分生孢子分生孢子第四节第四节 青霉素的工业生产青霉素的工业生产第17页，讲稿共28张，创作于星期日第四节第四节 青霉素的工业生产青霉素的工业生产青霉素发酵过程主要变量的典型变化曲线青霉素发酵过程主要变量的典型变化曲线第18页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素生产工艺要点（一）青霉素生产工艺要点（一）生产菌种的生产菌种的长期保存长期保存要采用孢子悬浮液要采用孢子悬浮液液氮低温液氮低温（-196）存）存放或真空冷冻干燥管冷藏（放或真
12、空冷冻干燥管冷藏（4）的方法，而不采用传统的沙土）的方法，而不采用传统的沙土管保藏方法，以便在较长时间（管保藏方法，以便在较长时间（510年）内保持菌种的存活和年）内保持菌种的存活和生生产能力稳定产能力稳定。琼脂斜面种子（孢子）密封后在琼脂斜面种子（孢子）密封后在415下可以短时间保存，但最下可以短时间保存，但最好好不要超过不要超过3个月个月。米孢子的基质可以是大米或小米，培养成熟后密封可以在米孢子的基质可以是大米或小米，培养成熟后密封可以在415下保存下保存不超过不超过3个月个月；如果在密封前真空干燥，则可以保；如果在密封前真空干燥，则可以保存不超过存不超过6个月。个月。种子罐以达到对数生长
13、的后期为培养成熟指标，不能随意延长或缩短种子罐以达到对数生长的后期为培养成熟指标，不能随意延长或缩短培养时间；同时要考虑培养液的流动性，以不影响通过管道向发酵培养时间；同时要考虑培养液的流动性，以不影响通过管道向发酵罐接种的速度为宜。罐接种的速度为宜。第19页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素生产工艺要点（二）青霉素生产工艺要点（二）u发发酵酵罐罐的的发发酵酵条条件件要要严严格格按按工工艺艺要要求求进进行行控控制制，特特别别是是各各项项补补料料要要适适应应工工艺艺对对溶溶氧氧、pH及及维维持持量量的的要要求求，不不能能过过量量，也也不不能能不不足足；为为了了减减少少过过程程空空气气湿湿度度对对
14、发发酵酵液液体体积积的的影影响响，在在湿湿度度偏偏高高或或偏偏低低的的季季节节，要要适当提高或降低用于补料的适当提高或降低用于补料的糖液浓度。糖液浓度。u氨氨水水既既作作为为发发酵酵的的氮氮源源，又又用用来来调调节节发发酵酵过过程程中中的的pH，它它的的补补入入要根据发酵液的要根据发酵液的pH和铵氮含量与补硫酸铵协调进行。和铵氮含量与补硫酸铵协调进行。u发发酵酵液液过过滤滤要要尽尽量量提提高高速速度度，缩缩短短时时间间，为为此此一一般般需需要要在在过过滤滤前前对对发发酵酵液液进进行行絮絮凝凝处处理理，絮絮凝凝剂剂的的加加入入量量随随絮絮凝凝剂剂种种类类不不同同而而异异，以以达达到到最最大大絮絮
15、凝凝效效果而不过量为宜。果而不过量为宜。u除除种种子子制制备备和和发发酵酵过过程程要要严严防防杂杂菌菌侵侵入入外外，提提取取的的各各工工序序也也应应尽尽量量保保持持无无菌菌，因因为为污污染染细细菌菌极极有有可可能能产产生生能能破破坏坏青青霉霉素素的的青青霉霉素素酶酶；特特别别是是过过滤滤，由由于于操操作作时时间间长长，料料液液营营养养丰丰富富，容容易易滋滋生生杂杂菌菌，故故必必须须定定期期对对设设备备和和过过滤滤介介质质进进行行清清洗洗和和灭灭菌菌，必必要要时时可可在在过过滤滤前前加加入入4福尔马林防腐。福尔马林防腐。第20页，讲稿共28张，创作于星期日青霉素生产工艺要点（三）青霉素生产工艺要
16、点（三）u青霉素对青霉素对热、酸、碱热、酸、碱都不稳定，而萃取操作正好处于不稳定都不稳定，而萃取操作正好处于不稳定pH范围范围内，故萃取过程要尽量降低温度，缩短时间，以减少青霉素的降内，故萃取过程要尽量降低温度，缩短时间，以减少青霉素的降解；离心萃取速度快，青霉素在不稳定解；离心萃取速度快，青霉素在不稳定pH下维持时间短，是目前下维持时间短，是目前生产上普遍采用的方法。生产上普遍采用的方法。u由于一次萃取对象的发酵滤液中含有不少可溶性蛋白质，容易由于一次萃取对象的发酵滤液中含有不少可溶性蛋白质，容易在萃取界面形成乳化层，影响萃取和相分离，故应尽可能提高发在萃取界面形成乳化层，影响萃取和相分离，
17、故应尽可能提高发酵液过滤质量，并在萃取过程中加入适量破乳剂。酵液过滤质量，并在萃取过程中加入适量破乳剂。u结晶操作要掌握好晶体形成的速度，以达到理想的晶形和晶粒大结晶操作要掌握好晶体形成的速度，以达到理想的晶形和晶粒大小；为此，必须控制结晶时的温度和结晶反应剂加入的速度，并保小；为此，必须控制结晶时的温度和结晶反应剂加入的速度，并保持适当转速的搅拌。持适当转速的搅拌。u提取过程中使用的过程水、溶媒及其它原辅料，都要有严格的质量要求，提取过程中使用的过程水、溶媒及其它原辅料，都要有严格的质量要求，设备、周围环境和操作人员也要严格保持清洁，以避免带进设备、周围环境和操作人员也要严格保持清洁，以避免
18、带进杂质和杂菌杂质和杂菌，影响产品质量。影响产品质量。第21页，讲稿共28张，创作于星期日第五节第五节 头孢菌素头孢菌素C的工业生产的工业生产生产菌种：枝顶头孢（生产菌种：枝顶头孢（Cephalosporium acremonium），又称产黄枝顶孢），又称产黄枝顶孢（Acremonium chrysogenum）。）。生产流程：枝顶头孢生产流程：枝顶头孢 斜面培养斜面培养 摇瓶培养摇瓶培养 种子罐种子罐 发酵发酵 过滤过滤 超滤超滤 吸附吸附 解吸解吸 吸附吸附 解吸解吸 锌络合锌络合 结晶结晶 过滤过滤 干燥干燥 头孢菌素锌盐头孢菌素锌盐第22页，讲稿共28张，创作于星期日第五节第五节 头
19、孢菌素头孢菌素C的工业生产的工业生产工艺控制点：工艺控制点：发酵液残油：微量，但离心后肉眼可见；发酵液残油：微量，但离心后肉眼可见；铵氮：铵氮：0.50.7 g/L；pH：6.5。物质名称物质名称 消耗量消耗量(kg/m3发酵液发酵液)物质名称物质名称 消耗量消耗量(kg/m3发酵液发酵液)氧氧80160玉米浆玉米浆5075豆油豆油70130无机盐无机盐1723糖糖30120氨氨1020原料消耗原料消耗第23页，讲稿共28张，创作于星期日Cephalosporium acremonium 的气生菌丝和孢子囊的气生菌丝和孢子囊第24页，讲稿共28张，创作于星期日Cephalosporium ac
20、remonium 的菌丝和节孢子的菌丝和节孢子节孢子第25页，讲稿共28张，创作于星期日第六节第六节 半合成青霉素和头孢菌素的生半合成青霉素和头孢菌素的生产产6-氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产工艺原理：的酶法生产工艺原理：青霉素青霉素G6-APA苯乙酸苯乙酸青霉素酰胺酶作用点青霉素酰胺酶作用点+第26页，讲稿共28张，创作于星期日第六节第六节 半合成青霉素和头孢菌素的生产半合成青霉素和头孢菌素的生产 6-氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产的酶法生产工艺流程：工艺流程：E.coli 或或 Bacillus megaterium 培养培养 青霉素酰胺酶分离、纯化
21、青霉素酰胺酶分离、纯化 酶包埋酶包埋 青霉素青霉素G钾钾 磷酸盐缓冲液磷酸盐缓冲液*固定化酶柱固定化酶柱 萃取萃取 结晶结晶 (*pH 8.4)苯乙酸苯乙酸 结晶结晶 萃取萃取 母液母液 以上各步的收得率为：青霉素以上各步的收得率为：青霉素G裂解裂解95%96%，6-APA分离和纯化分离和纯化97%，苯乙酸分离和纯化，苯乙酸分离和纯化80%。生产。生产1 kg 6-APA约需约需2 kg青霉素青霉素G钾。钾。回收的苯乙酸可用作青霉素发酵前体。固定化酶柱可反复使用，回收的苯乙酸可用作青霉素发酵前体。固定化酶柱可反复使用，使用次数不少于使用次数不少于500次。次。6-APA第27页，讲稿共28张，创作于星期日感谢大家观看第28页，讲稿共28张，创作于星期日