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1、关于抗生素生产工艺第1页，此课件共74页哦第一节第一节 抗生素的定义、命名及应用抗生素的定义、命名及应用第二节第二节 抗生素的分类抗生素的分类第三节第三节 抗生素剂量表示法抗生素剂量表示法第四节第四节 青霉素生产工艺青霉素生产工艺第五节第五节 红霉素生产工艺红霉素生产工艺 第2页，此课件共74页哦 抗生素在目前的制药工业中仍占有举足轻重的地位，尤其是下游半合成抗生素的发展，进一步刺激了上游的工业发酵。一些抗生素的工业生产规模非常大，如-内酰胺类的青霉素、头孢菌素C，大环内酯类的红霉素、利福霉素，氨基环醇类的链霉素、庆大霉素。其它的一些抗生素，如林可霉素、四环素、金霉素、万古霉素等，单个发酵罐容
2、积越来越大，100m3的发酵罐被普遍采用，200m3甚至更大容积的发酵罐经常可见报道。第3页，此课件共74页哦 抗生素的工业生产包括发酵和提取两部分。工艺流程大致如下：菌种的保藏、孢子制备、种子制备、发酵、提取和精制。第4页，此课件共74页哦 种子和发酵培养基的常用碳源有：葡萄糖、淀粉、蔗糖、油脂、有机酸等，主要为菌体生长代谢提供能源，为合成菌体细胞和目的产物提供碳元素。有机氮源多用玉米浆、黄豆饼粉、麸质粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等，硫酸铵、尿素、氨水、硝酸钠、硝酸铵则是常用的无机氮源。另外，培养基中还得添加无机盐、微量元素以及消沫剂，部分抗生素还得加入特殊前体，如青霉素的前体是苯乙酸，大环内酯
3、类抗生素的前体是丙酸盐。发酵过程普遍补加一种碳源、氮源物质，如葡萄糖和硫酸铵。pH值通过流加氨水进行调节，很多抗生素在发酵中后期流加前体，对提高产量非常有益。抗生素发酵绝大多数为好氧培养，必须连续通入大量无菌空气，全过程大功率搅拌。发酵液的预处理，一般加絮凝剂沉淀蛋白，过滤去除菌丝体，发酵滤液的提取常用溶媒萃取法、离子交换树脂法、沉淀法、吸附法等提纯浓缩，然后结晶干燥得纯品。第5页，此课件共74页哦第一节第一节 抗生素的定义、命名及应用抗生素的定义、命名及应用抗生素：是微生物在新陈代谢过程中所产生，具有抗生素：是微生物在新陈代谢过程中所产生，具有抑制它种微生物生长及活动，甚至杀死它种微生物抑制
4、它种微生物生长及活动，甚至杀死它种微生物的一种化学物质。又称抗菌物质。的一种化学物质。又称抗菌物质。广义抗生素：抗生素的来源不仅限于微生物，植物和广义抗生素：抗生素的来源不仅限于微生物，植物和动物也能产生。如：蒜素、黄连素、鱼素等动物也能产生。如：蒜素、黄连素、鱼素等一、抗生素的定义一、抗生素的定义第6页，此课件共74页哦常用抗生素命名依据常用抗生素命名依据 由动植物或菌类产生的抗生素，其命名是根据动物学、由动植物或菌类产生的抗生素，其命名是根据动物学、植物学和菌属学的名称而定。如：青霉素、链霉素、蒜植物学和菌属学的名称而定。如：青霉素、链霉素、蒜素、黄连素、鱼素等。素、黄连素、鱼素等。二、抗
5、生素的命名二、抗生素的命名第7页，此课件共74页哦常用抗生素命名依据常用抗生素命名依据 由抗生素化学结构和性质明确的族命名。如：四环素、由抗生素化学结构和性质明确的族命名。如：四环素、氯霉素、重氮丝氨酸等。氯霉素、重氮丝氨酸等。第8页，此课件共74页哦常用抗生素命名依据常用抗生素命名依据 对一些有重要意义或按抗生素产生菌的出土地方命名对一些有重要意义或按抗生素产生菌的出土地方命名及习惯上采用的俗名仍可使用。如：创新霉素、庐山及习惯上采用的俗名仍可使用。如：创新霉素、庐山霉素、平阳霉素、金霉素、土霉素等。霉素、平阳霉素、金霉素、土霉素等。第9页，此课件共74页哦抗生素在医疗方面的应用：治疗细菌、
6、真菌感染的抗生素在医疗方面的应用：治疗细菌、真菌感染的 疾病。疾病。抗生素在农牧业上的应用：主要防止农作物、禽抗生素在农牧业上的应用：主要防止农作物、禽 畜、蚕蜂的病害，有利于动植物的生长。畜、蚕蜂的病害，有利于动植物的生长。抗生素在食品保藏及其它方面的应用：在食品工业抗生素在食品保藏及其它方面的应用：在食品工业 上，作防腐剂使用。上，作防腐剂使用。三、抗生素的应用三、抗生素的应用第10页，此课件共74页哦在食品保藏方面的应用金霉素、土霉素、乳酸菌素在食品保藏方面的应用金霉素、土霉素、乳酸菌素使用百万分之十金霉素溶液保藏活鱼，保藏期延长一倍使用百万分之十金霉素溶液保藏活鱼，保藏期延长一倍以上。
7、以上。保藏肉类以金霉素和土霉素最有效。于屠宰前不久注射保藏肉类以金霉素和土霉素最有效。于屠宰前不久注射金霉素于体内或屠宰后立即注射金霉素（金霉素于体内或屠宰后立即注射金霉素（5%）于动脉中，）于动脉中，这类肉在这类肉在2529 可保存可保存76 h。鲜乳中加入鲜乳中加入1%的四环素，的四环素，37存放一天不酸败。存放一天不酸败。鲜菜用鲜菜用2.5%的土霉素溶液浸泡的土霉素溶液浸泡15 s可保鲜。可保鲜。与抗霉菌抗生素（制霉菌素、匹马霉素）合并使用，可抑与抗霉菌抗生素（制霉菌素、匹马霉素）合并使用，可抑制霉菌的生长。制霉菌的生长。与其它化学药物配合使用，产生协调作用，抑菌效果更佳。与其它化学药物
8、配合使用，产生协调作用，抑菌效果更佳。与低温冷藏结合。与低温冷藏结合。第11页，此课件共74页哦在食品发酵工业中的应用新动向在食品发酵工业中的应用新动向谷氨酸发酵工业中应用青霉素可提高产酸率。抑制产生菌的谷氨酸发酵工业中应用青霉素可提高产酸率。抑制产生菌的细胞壁合成及谷氨酸透出增加有关。细胞壁合成及谷氨酸透出增加有关。在纺织、塑料、油漆、电气、精密仪器、化妆品、文物、在纺织、塑料、油漆、电气、精密仪器、化妆品、文物、艺术制品、图书等保藏方面应用制霉菌素、放线菌酮溶艺术制品、图书等保藏方面应用制霉菌素、放线菌酮溶液喷洒后，可防止发霉。液喷洒后，可防止发霉。含放线菌酮的涂料，涂抹木箱、纸箱可防止老
9、鼠啃咬。含放线菌酮的涂料，涂抹木箱、纸箱可防止老鼠啃咬。第12页，此课件共74页哦第二节第二节 抗生素的分类抗生素的分类抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下一、根据产生抗生素的来源可分一、根据产生抗生素的来源可分1、细菌产生的抗生素：活力不高，毒力较大，临、细菌产生的抗生素：活力不高，毒力较大，临床应用不多。床应用不多。2、真菌产生的抗生素：主要的优势群是不完全纲曲、真菌产生的抗生素：主要的优势群是不完全纲曲菌属、青霉属和头孢菌属。在真菌产生的大量抗生素菌属、青霉属和头孢菌属。在真菌产生的大量抗生素中，因其对生物本身的毒性太大，绝大多数没有食用中，因其对生物本身的毒性太大，绝大
10、多数没有食用价值。价值。第13页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下一、根据产生抗生素的来源可分一、根据产生抗生素的来源可分3、放线菌产生的抗生素：产生抗生素的主要类群。、放线菌产生的抗生素：产生抗生素的主要类群。目前抗生素一半以上由它们产生。抗菌力强，应用目前抗生素一半以上由它们产生。抗菌力强，应用广。广。4、高等植物产生的抗生素：大多数是被子植物，、高等植物产生的抗生素：大多数是被子植物，如蒜、番茄等；裸子植物如银杏、红杉等。还有如蒜、番茄等；裸子植物如银杏、红杉等。还有低等植物及中草药等也能产生抑菌物。低等植物及中草药等也能产生抑菌物。第14页，此课件共
11、74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下一、根据产生抗生素的来源可分一、根据产生抗生素的来源可分5、动物产生的抗生素：动物的多种组织能产生抗生、动物产生的抗生素：动物的多种组织能产生抗生素，如从红血球中提取的红血球索，从鱼精中提取素，如从红血球中提取的红血球索，从鱼精中提取的鱼素。的鱼素。第15页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下二、根据抗生素作用对象来分二、根据抗生素作用对象来分1、抗革兰氏阳性菌的抗生素：青霉素、杆菌肽、万古霉素、林、抗革兰氏阳性菌的抗生素：青霉素、杆菌肽、万古霉素、林可霉素（洁霉素）等。可霉素（洁霉素）等。2、抗革兰
12、氏阳性菌的抗生素：链霉素、多粘菌素、春雷霉素等。、抗革兰氏阳性菌的抗生素：链霉素、多粘菌素、春雷霉素等。3、广谱抗生素：既抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的抗生素。、广谱抗生素：既抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的抗生素。四环素、氯霉素、卡那霉素、红霉素、头孢菌素等。四环素、氯霉素、卡那霉素、红霉素、头孢菌素等。第16页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下二、根据抗生素作用对象来分二、根据抗生素作用对象来分4、抗真菌的抗生素：制霉菌素、灰黄霉素、曲古霉素等。、抗真菌的抗生素：制霉菌素、灰黄霉素、曲古霉素等。5、抗肿瘤的抗生素：自力霉素（丝裂霉素）、更生霉素、抗肿瘤
13、的抗生素：自力霉素（丝裂霉素）、更生霉素（放线菌素）、平阳霉素（博莱霉素）、阿霉素等。（放线菌素）、平阳霉素（博莱霉素）、阿霉素等。6、抗病毒及抗原虫杀昆虫的抗生素：鱼素、抗病毒霉素、曲古、抗病毒及抗原虫杀昆虫的抗生素：鱼素、抗病毒霉素、曲古霉素（杀滴虫霉素）、杀狂犬病毒霉素等。霉素（杀滴虫霉素）、杀狂犬病毒霉素等。7、抗结核分枝杆菌的抗生素：链霉素、利福霉素、环丝、抗结核分枝杆菌的抗生素：链霉素、利福霉素、环丝氨酸。氨酸。第17页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下三、根据抗生素的化学结构分类三、根据抗生素的化学结构分类1、内酰胺类抗生素：结构中含有一个四元
14、内酰胺环。内酰胺类抗生素：结构中含有一个四元内酰胺环。如：青霉素、头孢菌素及其衍生物。如：青霉素、头孢菌素及其衍生物。2、四环类抗生素：结构中含有一个四并苯的母核。四环素、四环类抗生素：结构中含有一个四并苯的母核。四环素、金霉素、土霉素及其衍生物等。金霉素、土霉素及其衍生物等。3、氨基糖苷类抗生素：结构中含有氨基糖苷和氨基环醇，、氨基糖苷类抗生素：结构中含有氨基糖苷和氨基环醇，如链霉素、卡那霉素、庆大霉素等。如链霉素、卡那霉素、庆大霉素等。4、大环内酯类抗生素：结构中含有一个大环内酯作配糖体，、大环内酯类抗生素：结构中含有一个大环内酯作配糖体，如红霉素、白霉素、螺旋霉素等。如红霉素、白霉素、螺
15、旋霉素等。第18页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下三、根据抗生素的化学结构分类三、根据抗生素的化学结构分类5、多烯大环类抗生素：结构中含有大环内酯，其内含有、多烯大环类抗生素：结构中含有大环内酯，其内含有共轭双键。如：制霉菌素、曲古霉素等。共轭双键。如：制霉菌素、曲古霉素等。6、多肽类抗生素：结构中由多种氨基酸，经肽键缩合成、多肽类抗生素：结构中由多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状及带侧链的环状多肽化合物。如多粘菌素、杆线状、环状及带侧链的环状多肽化合物。如多粘菌素、杆菌肽、放线菌素等。菌肽、放线菌素等。7、苯烃基胺类抗生素：氯霉素、乙酰基氯霉素等。、苯烃
16、基胺类抗生素：氯霉素、乙酰基氯霉素等。8、蒽酮类抗生素：、蒽酮类抗生素：正定霉素、光辉霉素、阿霉素等。正定霉素、光辉霉素、阿霉素等。9、其它抗生素：磷霉素、环丝氨酸霉素、硫霉素等。、其它抗生素：磷霉素、环丝氨酸霉素、硫霉素等。第19页，此课件共74页哦抗生素的种类繁多，分类如下抗生素的种类繁多，分类如下四、根据抗生素的作用机制分类四、根据抗生素的作用机制分类1、抑制细胞壁合成的抗生素：有青霉素头孢菌素、杆菌、抑制细胞壁合成的抗生素：有青霉素头孢菌素、杆菌肽等。肽等。2、影响细胞膜功能的抗生素：多粘菌素、制霉菌素等。、影响细胞膜功能的抗生素：多粘菌素、制霉菌素等。3、抑制和干扰细胞蛋白质合成的抗
17、生素：四环类抗生素、氨基、抑制和干扰细胞蛋白质合成的抗生素：四环类抗生素、氨基糖苷类抗生素、大环内酯类抗生素等。糖苷类抗生素、大环内酯类抗生素等。4、抑制细胞核合成的抗生素：利福霉素、色霉素抑制、抑制细胞核合成的抗生素：利福霉素、色霉素抑制RNA合成；丝裂霉素、博莱霉素、光辉霉素影响合成；丝裂霉素、博莱霉素、光辉霉素影响DNA功能功能 等。等。5、抑制细菌生物能作用的抗生素：抗霉素、短杆菌肽等。、抑制细菌生物能作用的抗生素：抗霉素、短杆菌肽等。第20页，此课件共74页哦第三节第三节 抗生素剂量表示法抗生素剂量表示法抗生素剂量表示法效价单位抗生素剂量表示法效价单位抗生素是一种生理活性物质，商品中
18、有效成分不可能达到百抗生素是一种生理活性物质，商品中有效成分不可能达到百分之百，因此，其活性常用效价单位来表示。效价单位：每分之百，因此，其活性常用效价单位来表示。效价单位：每毫升或每毫克中所含某种抗生素的有效成分的多少。毫升或每毫克中所含某种抗生素的有效成分的多少。第21页，此课件共74页哦抗生素效价单位表示方法抗生素效价单位表示方法稀释单位：将抗生素配成溶液，逐步稀释，以抑制某一标稀释单位：将抗生素配成溶液，逐步稀释，以抑制某一标准菌株生长发育的最高稀释度（最小剂量）作为效价单位。准菌株生长发育的最高稀释度（最小剂量）作为效价单位。常用常用U/mL或或U/mg来表示。如：青霉素曾以在来表示
19、。如：青霉素曾以在50 mL肉汤培肉汤培养基中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株发育所需要的最小剂量养基中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株发育所需要的最小剂量作为一个青霉素的效价单位。链霉素曾以在作为一个青霉素的效价单位。链霉素曾以在1 mL肉汤培养基中肉汤培养基中完全抑制大肠杆菌标准菌株发育所需最小剂量作为一个效完全抑制大肠杆菌标准菌株发育所需最小剂量作为一个效价单位。价单位。第22页，此课件共74页哦抗生素效价单位表示方法抗生素效价单位表示方法重量单位：以抗生素的有效成分（生理活性部分）的重量作为重量单位：以抗生素的有效成分（生理活性部分）的重量作为单位，即重量单位。如一个链霉素碱单位的重量为单
20、位，即重量单位。如一个链霉素碱单位的重量为1微克；一个微克；一个青霉素青霉素G钠盐单位的重量为钠盐单位的重量为0.6微克等。各种抗生素的效价基微克等。各种抗生素的效价基准是人们为了生产研究的方便而规定的，链霉素、红霉素、准是人们为了生产研究的方便而规定的，链霉素、红霉素、卡那霉素、万古霉素、紫霉素等的游离碱，氯霉素、四环素、卡那霉素、万古霉素、紫霉素等的游离碱，氯霉素、四环素、金霉素盐酸盐，新生霉素酸、利福霉素金霉素盐酸盐，新生霉素酸、利福霉素Sv等，其效价基准都等，其效价基准都是以是以1毫克为毫克为1000单位计算。单位计算。第23页，此课件共74页哦某些抗生素的效价基准是有特殊规定的，如青
21、霉素某些抗生素的效价基准是有特殊规定的，如青霉素G钠盐钠盐1毫克定位毫克定位1667单位，杆菌肽单位，杆菌肽1毫克定为毫克定为55单位，制霉菌素单位，制霉菌素1毫克定位毫克定位3700单位。单位。一种抗生素有一个效价基准，同一种抗生素的各种盐类一种抗生素有一个效价基准，同一种抗生素的各种盐类效价可根据其分子量与标准盐类进行换算而得。如效价可根据其分子量与标准盐类进行换算而得。如1毫毫克青霉素克青霉素G钠盐的理论效价为钠盐的理论效价为1667单位毫克，青霉素单位毫克，青霉素G钾盐的理论效价钾盐的理论效价U/mg青霉素青霉素G钠盐的理论效价钠盐的理论效价青霉素青霉素G钠盐的分子量钠盐的分子量青霉素
22、青霉素G钾盐的分子量，得到青霉素钾盐的分子量，得到青霉素G钾盐钾盐的理论效价为的理论效价为1593 umg。同样，链霉素碱理论效价为。同样，链霉素碱理论效价为1000 U/mg，换算得到链霉素盐的理论效价为，换算得到链霉素盐的理论效价为798 U/mg。第24页，此课件共74页哦第四节第四节 青霉素生产工艺青霉素生产工艺 最初青霉素的生产菌是音符型青霉菌，生产能力只有几十个单位，不能满足工业需要。随后找到了适合于深层培养的橄榄型青霉菌，即产黄青霉（P.chrosogenum），生产能力为100U/ml。经过X、紫外线诱变，生产能力达到10001500U/ml。随后经过诱变，得到不产生色素的变种
23、，目前生产能力可达6600070000U/ml。青霉素是抗生素工业的首要产品。中国为青霉素（penicillin）生产大国，国内生产的青霉素，已占世界产量的近70%，国内较大规模的生产企业有华药、哈医药、石药、鲁抗，单个发酵罐规模均在100m3以上，发酵单位在70000U/ml左右，而世界青霉素工业发酵水平达100000U/ml以上。第25页，此课件共74页哦青霉素的作用机理青霉素的作用机理 作用于细胞壁合成中的肽多糖合成的第三阶段，线性肽多糖在转肽酶的催化下进行交联，肽多糖链之间每两条肽链结合时均释放出一个D丙氨酸，青霉素中与肽多糖的D丙胺酰D丙氨酸二肽相似，竞争性的与转肽酶结合，使转肽酶不
24、能催化多肽链之间的交联。第26页，此课件共74页哦青霉素青霉素应应用用 临床应用：40多年，主要控制敏感金黄色葡糖球菌、链球菌、肺炎双球菌、淋球菌、脑膜炎双球菌、螺旋体等引起感染，对大多数革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌）和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体有抗菌作用。优点：毒性小，但由于难以分离除去青霉噻唑酸蛋白（微量可能引起过敏反应），需要皮试。各种半合成抗生素的原料：青霉素的缺点是对酸不稳定，不能口服，排泄快，对阴性菌无效。氨苄青霉素耐酸广谱；对抗绿脓杆菌的磺苄青霉素，耐酸、耐酶、口服的乙氧萘青霉素等。提供头孢菌素母核。第27页，此课件共74页哦一、青霉素的类型及生产菌种一、青霉素的类型及生产菌种
25、1、青霉素的类型、青霉素的类型 青霉素是一族抗生素的总称，由不同的菌种或不同的培青霉素是一族抗生素的总称，由不同的菌种或不同的培养条件所得到的一类化学物质。已知天然青霉素（发酵）养条件所得到的一类化学物质。已知天然青霉素（发酵）有有8种，含种，含6氨基青霉烷酸（氨基青霉烷酸（6APA）。以苄青霉素（青霉）。以苄青霉素（青霉素素G）疗效最好，应用最广。医疗上应用的青霉素有青霉）疗效最好，应用最广。医疗上应用的青霉素有青霉素素G钠盐、钾盐、普鲁卡因盐。钠盐、钾盐、普鲁卡因盐。第28页，此课件共74页哦2、青霉素生产菌种、青霉素生产菌种原始菌种：点青霉菌（原始菌种：点青霉菌（Penicillum n
26、otatum），生产能），生产能 力低，表面培养只有几个单位。力低，表面培养只有几个单位。深层培养菌种：产黄青霉（深层培养菌种：产黄青霉（Pen.chrysogenum），经一系），经一系列诱变、杂交育种等，新菌种不断出现。列诱变、杂交育种等，新菌种不断出现。第29页，此课件共74页哦目前生产菌种：根据深层培养的菌丝形态分为丝状菌和目前生产菌种：根据深层培养的菌丝形态分为丝状菌和球状菌两种。球状菌两种。丝状菌：分黄孢子和绿孢子丝状菌。我国生产上大多采用丝状菌：分黄孢子和绿孢子丝状菌。我国生产上大多采用产黄青霉素变种，绿色丝状菌。产黄青霉素变种，绿色丝状菌。球状菌：分为绿色孢子和白色孢子球状菌。
27、目前生产上球状菌：分为绿色孢子和白色孢子球状菌。目前生产上多用白色孢子球状菌。多用白色孢子球状菌。第30页，此课件共74页哦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5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。第6期：出现个别自溶细胞，细胞内无颗粒，仍然桶状。释放游离氨，pH上升。第7期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。镜检：规定时间取样，
28、显微镜观察7个时期的形态变化，控制发酵。14期为菌丝生长期，3期的菌体适宜为种子。45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。在第6期到来之前结束发酵。第31页，此课件共74页哦二、青霉素的发酵工艺二、青霉素的发酵工艺(一一)发酵工艺流程发酵工艺流程第32页，此课件共74页哦第33页，此课件共74页哦(一一)发酵工艺操作要点发酵工艺操作要点1、种子、种子丝状菌种子的制备丝状菌种子的制备 生产孢子的制备：生产孢子的制备：由沙土管内孢子在拉氏培养基的母颈斜面上，由沙土管内孢子在拉氏培养基的母颈斜面上，25，培养，培养67 d，制成绿色孢子悬浮液，再接入装有大米，制成绿色孢子悬浮
29、液，再接入装有大米 的茄的茄子瓶培养子瓶培养67 d，大米孢子干燥保存。每批孢子必需进行严格摇，大米孢子干燥保存。每批孢子必需进行严格摇瓶试验，测定效价及杂菌情况。瓶试验，测定效价及杂菌情况。种子罐种子：种子罐种子：种子培养要求产生大量健壮的菌丝体，因此，培养基应加入比较丰富的易利用的碳源和有机氮源。第34页，此课件共74页哦青霉素采用三级发酵 一级种子发酵：发芽罐.小罐，接入小米孢子后，孢子萌发，形成菌丝。培养基成分：葡萄糖，蔗糖，乳糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫剂等。通无菌空气，空气流量1：3（体积比）；充分搅拌300350r/min；4050小时；pH自然，温度271。二级发酵罐：繁殖
30、罐.大量繁殖。玉米浆、葡萄糖等。1：11.5；250280r/min；pH自然，251；014h。第35页，此课件共74页哦三级发酵罐：生产罐。花生饼粉（高温），麸质粉、玉米浆、葡萄糖，尿素，硫酸铵，硫酸钠、硫代硫酸钠，磷酸二氢钠，苯乙酰胺及消泡剂，CaCO3等。接种量为1215%。青霉素的发酵对溶氧要求极高，通气量偏大，通气比控制0.71.8；150200r/min；要求高功率搅拌，100m3的发酵罐搅拌功率在200300 Kw，罐压控制0.040.05 MPa，于2526 下培养，发酵周期在200h左右。前60h，pH5.76.3，后6.36.6；前60h为26，以后24。第36页，此课件
31、共74页哦球状菌生产种子的制备球状菌生产种子的制备 原始亲米孢子：原始亲米孢子：由冻干管内孢子经混有由冻干管内孢子经混有0.5%1.0%玉米浆的大玉米浆的大米三角瓶内，米三角瓶内，25静置培养静置培养34 d，大米表面长出明显小菌落时，要，大米表面长出明显小菌落时，要振摇均匀使菌丝在大米表面生长均匀，振摇均匀使菌丝在大米表面生长均匀，10 d左右长出绿色孢子即为原左右长出绿色孢子即为原始亲米孢子。始亲米孢子。5 保存保存10 d内。内。生产大米孢子（生产米）：将亲米孢子接入装有大米的罗氏瓶生产大米孢子（生产米）：将亲米孢子接入装有大米的罗氏瓶剧烈正要均匀后，按上述方法培养。生产米的孢子量要求每
32、粒米剧烈正要均匀后，按上述方法培养。生产米的孢子量要求每粒米300 万只以上。万只以上。5 保存。保存。种子罐种子：新鲜的生产米接入含花生饼粉、玉米胚芽粉、葡种子罐种子：新鲜的生产米接入含花生饼粉、玉米胚芽粉、葡萄糖、饴糖为主的种子罐内，萄糖、饴糖为主的种子罐内，28 培养培养5060 h，当，当pH6.06.5降至降至5.55.0时，菌丝呈菊花团状平均直径时，菌丝呈菊花团状平均直径100130 m，68 万万只只/mL。根据发酵罐的菌球数控制在。根据发酵罐的菌球数控制在800011000 只只/mL，计算，计算移种体积。移种体积。第37页，此课件共74页哦球状菌种子的优点球状菌种子的优点使用
33、的是新鲜孢子，生产水平优于真空干燥的孢使用的是新鲜孢子，生产水平优于真空干燥的孢子，能使青霉素发酵单位的罐批差异减少子，能使青霉素发酵单位的罐批差异减少第38页，此课件共74页哦2、培养基、培养基碳源：葡萄糖母液和工业葡萄糖为主。碳源：葡萄糖母液和工业葡萄糖为主。氮源：花生饼粉、尿素、玉米胚芽粉、麸质粉。氮源：花生饼粉、尿素、玉米胚芽粉、麸质粉。前提物：苯乙酸（盐类）、苯乙酰胺，一部结合到青霉素前提物：苯乙酸（盐类）、苯乙酰胺，一部结合到青霉素 分子中，一部作为养料和能源。使用量在分子中，一部作为养料和能源。使用量在 0.1%以内，对以内，对 青霉素生产菌有毒。青霉素生产菌有毒。无无机盐：硫、
34、磷，铁（机盐：硫、磷，铁（6 g/mL），钾、钙、镁（比例为），钾、钙、镁（比例为 30%，20%，41%）总量在）总量在300 mg/L青霉素产量最高青霉素产量最高。第39页，此课件共74页哦3、培养条件控制、培养条件控制 产青霉素菌生产过程分产青霉素菌生产过程分3个不同的代谢时期个不同的代谢时期菌丝生长繁殖期：球状菌孢子发芽后，菌丝生长逐步发育菌丝生长繁殖期：球状菌孢子发芽后，菌丝生长逐步发育 成球状，菌丝体浓度迅速增加；丝状菌孢子发芽长出菌成球状，菌丝体浓度迅速增加；丝状菌孢子发芽长出菌 丝，分枝旺盛，菌丝浓度增加很快。青霉素分泌量很少。丝，分枝旺盛，菌丝浓度增加很快。青霉素分泌量很少。
35、青霉素分泌期：菌丝生长趋势减弱，间隙加入葡萄糖、花青霉素分泌期：菌丝生长趋势减弱，间隙加入葡萄糖、花 生饼粉、尿素、前提物，控制球状菌生饼粉、尿素、前提物，控制球状菌pH6.66.9，丝状菌，丝状菌 pH6.26.4，青霉素分泌旺盛。菌体要求：球状菌的球体，青霉素分泌旺盛。菌体要求：球状菌的球体 不可太松或的太紧；丝状菌的菌丝体内的空胞为中、小型不可太松或的太紧；丝状菌的菌丝体内的空胞为中、小型 至中型，不要出现大型空胞。至中型，不要出现大型空胞。菌丝自溶期：菌体衰老，青霉素分泌停滞或下跌，菌丝自溶期：菌体衰老，青霉素分泌停滞或下跌，pH上上 升。镜检：球状菌的球体破裂比例迅速增加；丝状菌的大
36、升。镜检：球状菌的球体破裂比例迅速增加；丝状菌的大 型空胞。型空胞。第40页，此课件共74页哦青霉素发酵要求青霉素发酵要求延长分泌期延长分泌期缩短菌丝生长繁殖期缩短菌丝生长繁殖期控制菌丝期自溶尽晚出现控制菌丝期自溶尽晚出现第41页，此课件共74页哦青霉素发酵工艺控制方法青霉素发酵工艺控制方法加糖控制：依据残糖量及发酵过程加糖控制：依据残糖量及发酵过程pH定。定。补料及添加前提物：丝状菌接种发酵补料及添加前提物：丝状菌接种发酵812 h，发酵液，发酵液 浓度浓度40%，加入前提；球状菌发酵，加入前提；球状菌发酵10 h开始尿素、开始尿素、水和苯乙酸混合料，每水和苯乙酸混合料，每3 h加一次，由单
37、位生长速率加一次，由单位生长速率 决定加入量。决定加入量。pH控制：青霉素发酵过程主要是通过葡萄糖控制控制：青霉素发酵过程主要是通过葡萄糖控制pH值。值。丝状菌发酵丝状菌发酵pH6.26.4，球状菌，球状菌pH6.77.0。第42页，此课件共74页哦青霉素发酵工艺控制方法青霉素发酵工艺控制方法温度控制：青霉素菌生长最适温度高于青霉素分泌的最适温温度控制：青霉素菌生长最适温度高于青霉素分泌的最适温 度。丝状菌发酵温度：度。丝状菌发酵温度：26242322，生长浓度，生长浓度48%54%；球状菌发酵温度：；球状菌发酵温度：262524，发酵浓度，发酵浓度50%。通气与搅拌：青霉素的深层发酵需要通入
38、空气搅拌增加溶解通气与搅拌：青霉素的深层发酵需要通入空气搅拌增加溶解 氧。氧。溶氧30饱和度，产率急剧下降，低于10，则造成不可逆的损害。所以不能低于30饱和溶氧浓度。通气比一般为1：0.8VVM。溶氧过高，菌丝生长不良或加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发挥。适宜的搅拌速度，保证气液混合，提高溶氧，根据各阶段的生长和耗氧量不同，对搅拌转速调整。第43页，此课件共74页哦（5）菌丝生长速度与形态、浓度 对于每个有固定通气和搅拌条件的发酵罐内进行的特定好氧过程，都有一个使氧传递速率（OTR）和氧消耗率（OUR）在某一溶氧水平上达到平衡的临界菌丝浓，超过此浓度，OUROTR，溶氧水平下降，发
39、酵产率下降。在发酵稳定期，湿菌浓可达1520%，丝状菌干重约3%，球状菌干重在5%左右。另外，因补入物料较多，在发酵中后期一般每天带放一次，每次放掉总发酵液的10%左右。有丝状生长和球状生长两种。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触，比生产率高，发酵粘度低，气/液两相中氧的传递率提高，允许更多菌丝生长。球状菌丝形态的控制，与碳、氮源的流加状况，搅拌的剪切强度及稀释度相关。第44页，此课件共74页哦青霉素发酵工艺控制方法青霉素发酵工艺控制方法泡沫与消泡：青霉素发酵过程不断产生泡沫。天然消泡剂为豆泡沫与消泡：青霉素发酵过程不断产生泡沫。天然消泡剂为豆 油、玉米油，化学合成消泡剂泡敌（
40、聚醚树脂类）部分代替油、玉米油，化学合成消泡剂泡敌（聚醚树脂类）部分代替 天然油脂。天然油脂。第45页，此课件共74页哦染菌及早期异常处理染菌及早期异常处理发酵罐前期或种子带菌：若发酵罐前期染菌或种子带菌，一般发酵罐前期或种子带菌：若发酵罐前期染菌或种子带菌，一般 可采用重新消毒并补入适量的糖、氮成分。可采用重新消毒并补入适量的糖、氮成分。中后期发生染菌：若是产气细菌则应及时放罐过滤、提炼，事中后期发生染菌：若是产气细菌则应及时放罐过滤、提炼，事 后彻底消毒处理。后彻底消毒处理。若遇发酵前期菌丝生长不良：发酵异常时可采取倒出部分发酵若遇发酵前期菌丝生长不良：发酵异常时可采取倒出部分发酵 液，补
41、入部分新鲜料液和良好的种子。液，补入部分新鲜料液和良好的种子。第46页，此课件共74页哦三、青霉素的提炼工艺三、青霉素的提炼工艺(一一)提炼工艺流程提炼工艺流程1、工业钾盐生产工艺流程、工业钾盐生产工艺流程第47页，此课件共74页哦2、注射用钾盐生产工艺流程、注射用钾盐生产工艺流程第48页，此课件共74页哦3、青霉素钠盐结晶、青霉素钠盐结晶第49页，此课件共74页哦 青霉素不稳定，整个提炼过程应在低温、快速的条件下进行，并严格控制青霉素不稳定，整个提炼过程应在低温、快速的条件下进行，并严格控制pH值，注意对清洗消毒减少污染，尽量避免或减少青霉素效价的破坏损失。值，注意对清洗消毒减少污染，尽量避
42、免或减少青霉素效价的破坏损失。1、发酵液的预处理和过滤、发酵液的预处理和过滤发酵液放罐后，首先要冷却。因为青霉素在低温是比较稳定，同时细菌繁发酵液放罐后，首先要冷却。因为青霉素在低温是比较稳定，同时细菌繁殖也比较慢，可避免青霉素迅速破坏，发酵液除冷却外还需进行预处理殖也比较慢，可避免青霉素迅速破坏，发酵液除冷却外还需进行预处理.发酵液结束后，目标产物存在于发酵液中，而且浓度较低，如抗生素发酵液结束后，目标产物存在于发酵液中，而且浓度较低，如抗生素只有只有1030Kg/m3，含有大量杂质，它们影响后续工艺的有效提取，含有大量杂质，它们影响后续工艺的有效提取，因此必须对其进行的预处理，目的在于浓缩
43、目的产物，去除大部分杂质，因此必须对其进行的预处理，目的在于浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特征，利于后续的分离纯化过程。是进行分离纯化改变发酵液的流变学特征，利于后续的分离纯化过程。是进行分离纯化的一个工序。的一个工序。如果发酵液不经处理而直接过滤，虽然能除去大部分不溶性固如果发酵液不经处理而直接过滤，虽然能除去大部分不溶性固体杂质，但滤液中还剩余一部分微小颗粒和易容性蛋白质等物质，滤液外观体杂质，但滤液中还剩余一部分微小颗粒和易容性蛋白质等物质，滤液外观上是混浊的，假若不除去这部分杂质，会给后步提炼带来很大困难，为了要上是混浊的，假若不除去这部分杂质，会给后步提炼带来很大困
44、难，为了要除去这部分杂质，所以要对发酵液进行预处理。除去这部分杂质，所以要对发酵液进行预处理。(二二)提炼工艺要点提炼工艺要点第50页，此课件共74页哦4.2 过滤发酵液在萃取之前需预处理，发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白，然后经真空转鼓过滤或板框过滤，除掉菌丝体及部分蛋白。青霉素易降解，发酵液及滤液应冷至10 以下，过滤收率一般90%左右。（1）菌丝体粗长10m，采用鼓式真空过滤机过滤，滤渣形成紧密饼状，容易从滤布上刮下。滤液pH6.27-7.2，蛋白质含量0.05-0.2%。需要进一步除去蛋白质。（2）改善过滤和除去蛋白质的措施：硫酸调节pH4.5-5.0，加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0
45、.7%硅藻土为助滤剂。再通过板框式过滤机。滤液澄清透明，进行萃取。第51页，此课件共74页哦4.3 萃取青霉素的提取采用溶媒萃取法。青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。利用这一性质，在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中，调节pH，再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。选择对青霉素分配系数高的有机溶剂。工业上通常用醋酸丁酯和戊酯。萃取23次。从发酵液萃取到乙酸丁酯时，pH选择1.2.0，从乙酸丁酯反萃到水相时，pH选择6.87.4。发酵滤液与乙酸丁酯的体积比为1.52.1，即一次浓缩倍数为1.52.1。为了避免pH波动，采用硫酸盐、碳酸盐缓冲液进行反萃。发酵液与溶剂比例为34。几次
46、萃取后，浓缩10倍，浓度几乎达到结晶要求。萃取总收率在85左右。第52页，此课件共74页哦4.4 脱色萃取液中添加活性炭，除去色素、热源，过滤，除去活性炭。第53页，此课件共74页哦3、结晶、结晶 萃取液一般通过结晶提纯。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解萃取液一般通过结晶提纯。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾-乙醇溶液，青霉素钾乙醇溶液，青霉素钾盐就结晶析出。然后采用重结晶方法，进一步提高纯度，将钾盐盐就结晶析出。然后采用重结晶方法，进一步提高纯度，将钾盐溶于溶于KOH溶液，调溶液，调pH至中性，加无水丁醇，在真空条件下，至中性，加无
47、水丁醇，在真空条件下，共沸蒸馏结晶得纯品。共沸蒸馏结晶得纯品。直接结晶：在直接结晶：在2次乙酸丁酯萃取液中加醋酸钠乙醇溶液反应，次乙酸丁酯萃取液中加醋酸钠乙醇溶液反应，得到结晶钠盐。加醋酸钾乙醇溶液，得到青霉素钾盐。得到结晶钠盐。加醋酸钾乙醇溶液，得到青霉素钾盐。共沸蒸馏结晶：萃取液，再用共沸蒸馏结晶：萃取液，再用0.5 M NaOH萃取，萃取，pH6.44.8下得到钠盐水浓缩液。加下得到钠盐水浓缩液。加2.5倍体积丁醇，倍体积丁醇，1626，0.671.3KPa下蒸馏。水和丁醇形成共沸物而蒸出。钠盐结晶析出。结下蒸馏。水和丁醇形成共沸物而蒸出。钠盐结晶析出。结晶经过洗涤、干燥后，得到青霉素产
48、品。晶经过洗涤、干燥后，得到青霉素产品。结晶是提纯物质的有效方法。如在第二次丁酯萃取液中，青霉素的纯结晶是提纯物质的有效方法。如在第二次丁酯萃取液中，青霉素的纯度只有度只有70%，但结晶后纯度提高至，但结晶后纯度提高至98%以上。青霉素的结晶方法有很多，以上。青霉素的结晶方法有很多，如碱金属盐和普鲁卡因盐等。如碱金属盐和普鲁卡因盐等。第54页，此课件共74页哦 pH值值 结合青霉素在各种结合青霉素在各种pH下的稳定性和青霉素在醋酸丁脂及水中的下的稳定性和青霉素在醋酸丁脂及水中的分配系数以及青霉素的分配系数以及青霉素的pK值（值（25 时为时为2.76）一般从滤液萃取到醋酸）一般从滤液萃取到醋酸
49、丁酯时，丁酯时，pH选择在选择在1.82.2范围内，而从丁脂反萃取到水相时，范围内，而从丁脂反萃取到水相时，pH选择选择在在6.87.2之间。之间。2、影响青霉素提取的主要因素、影响青霉素提取的主要因素第55页，此课件共74页哦温度：温度：青霉素在低温下比较稳定，因此低温（一般要求在青霉素在低温下比较稳定，因此低温（一般要求在10。以下）。以下）提取较为有利。在提取设备上要考虑用冷盐水（夹层或蛇管）进行冷却，降提取较为有利。在提取设备上要考虑用冷盐水（夹层或蛇管）进行冷却，降低温度，特别是酸化岗位，温度要求更低些。低温度，特别是酸化岗位，温度要求更低些。时间：时间：除了严格控制除了严格控制pH
50、和低温条件外，青霉素在提取液中停留的时间越短越和低温条件外，青霉素在提取液中停留的时间越短越好，因此要求操作熟练，设备良好，不发生障碍。酸化提取是速度应快些，好，因此要求操作熟练，设备良好，不发生障碍。酸化提取是速度应快些，数秒钟液体充分混合后应立即分离，使青霉素游离酸尽快地转移到醋酸丁酯数秒钟液体充分混合后应立即分离，使青霉素游离酸尽快地转移到醋酸丁酯中（因为青霉素游离酸在丁酯中比青霉素盐类在水中要稳定得多）。中（因为青霉素游离酸在丁酯中比青霉素盐类在水中要稳定得多）。第56页，此课件共74页哦萃取方式和浓缩比：根据萃取方式及理论收得率得知，多级逆流萃取较理萃取方式和浓缩比：根据萃取方式及理