幾種重要微生物藥物的發(fā)酵工藝演示課件

1、1,第八章 幾種重要微生物藥物的發(fā)酵工藝,青霉素發(fā)酵工藝,紅霉素發(fā)酵工藝,氨基酸發(fā)酵工藝,維生素C發(fā)酵工藝,螺旋霉素發(fā)酵工藝,2,第一節(jié) 青霉素發(fā)酵工藝,一、概述 1、青霉素是一族抗生素的總稱(chēng)，是由不同的菌種或在不同的條件下所獲得的同一類(lèi)化學(xué)物質(zhì)。 通常所指的青霉素即指芐青霉素（青霉素G），其療效最好，應(yīng)用最廣泛。 青霉素性質(zhì)； 是一種游離酸，易溶于有機(jī)溶解，難溶于水；青霉素金屬鹽易溶于水；具有一定的吸濕性，其鈉鹽吸濕性較弱；固體青霉素穩(wěn)定，水溶液不穩(wěn)定。 2、使用 對(duì)象：大多數(shù)G+細(xì)菌，部分G-細(xì)菌，各種螺旋體及部分放線菌； 注意：易引起過(guò)敏，故使用前需皮試,3,4,二、青霉素發(fā)酵工藝及過(guò)程

2、,1、菌種,誘變,不同途徑改良,5,2、發(fā)酵工藝流程 絲狀菌發(fā)酵工藝流程,6,生產(chǎn)米,球狀菌發(fā)酵工藝流程,7,甘油、葡萄糖和蛋白胨組成的培養(yǎng)基斜面培養(yǎng),砂土孢子,生產(chǎn)孢子的制備,大米或小米固體培養(yǎng)基上25培養(yǎng)7d，孢子成熟后真空干燥，低溫保藏備用,3、發(fā)酵工藝過(guò)程,8,大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn),采用三級(jí)發(fā)酵，其目的是使青霉菌菌體數(shù)量逐步擴(kuò)大和適應(yīng)發(fā)酵，其次是使發(fā)酵罐連續(xù)使用，縮短發(fā)酵周期,一級(jí)發(fā)酵：小罐，使孢子萌芽形成菌絲； 二級(jí)發(fā)酵：大量繁殖青霉菌菌絲體； 三級(jí)發(fā)酵：繼續(xù)大量繁殖菌絲體，生產(chǎn)青霉素,9,發(fā)酵工藝控制要點(diǎn),碳源、氮源的影響和控制,葡萄糖是容易利用的碳源，有利于菌體的生長(zhǎng)；乳糖是青霉素生物

3、合成最好的碳源。青霉素發(fā)酵中采用連續(xù)流加葡萄糖的方法，在發(fā)酵初期使青霉菌大量迅速?gòu)?qiáng)壯地繁殖菌絲體；發(fā)酵后期利用乳糖使青霉素大量合成。 玉米漿是青霉素發(fā)酵最好的氮源,10,前體的影響和控制,苯乙酸及其衍生物苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可以作為青霉素G側(cè)鏈的前體物直接結(jié)合到青霉素分子中，也可以作為養(yǎng)料和能源被利用。 苯乙酸、苯乙酰胺等對(duì)菌體生長(zhǎng)和生物合成均有毒性。 采用間歇或連續(xù)添加低濃度前體物質(zhì)的方法，保持前體的供應(yīng)率僅大于生物合成的需要，可以起到提高產(chǎn)量的作用,11,pH的影響和控制,青霉素發(fā)酵的最適pH一般認(rèn)為是6.2-6.8，應(yīng)盡量避免pH超過(guò)7.0。 當(dāng)pH高于最適pH時(shí)，通過(guò)補(bǔ)糖

4、和生理酸性物質(zhì)（硫酸銨等無(wú)機(jī)氮源）降低pH ； 當(dāng)pH低于最適pH時(shí)，通過(guò)補(bǔ)加CaCO3、氨水或尿素，也可提高通氣量，促進(jìn)有機(jī)酸氧化來(lái)提高pH。 可利用自動(dòng)加入酸或堿的方法維持pH,12,溫度的影響和控制,青霉菌生長(zhǎng)的適宜溫度是30，分泌青霉素的適宜溫度是20，通常采用分段變溫控制法，使溫度適合不同階段的需要。 0-56 h維持在27.2，然后恒速降溫至18.7，并維持到184 h，最后24 h回復(fù)到27.2培養(yǎng)。這樣變溫培養(yǎng)法可比常溫25培養(yǎng)產(chǎn)量增加16,13,補(bǔ)料控制,中間補(bǔ)糖以控制糖濃度和pH； 補(bǔ)加氮源可延長(zhǎng)發(fā)酵周期、調(diào)節(jié)pH、提高青霉素產(chǎn)量，控制發(fā)酵液中的氨基氮含量在0.01%-0.

5、05%。 補(bǔ)加表面活性劑，如新潔爾滅50 mg/L、聚氧乙烯、山梨糖醇酐等也能增加青霉素的產(chǎn)量。 加入少量可溶性高分子化合物，如聚乙烯醇、聚二乙胺或聚乙烯吡咯烷酮（PVP），能使青霉素產(chǎn)率提高38,14,鐵離子的影響和控制,Fe3+對(duì)青霉素生物合成有顯著影響，一般當(dāng)發(fā)酵液中含量超過(guò)30-40g/ml，則發(fā)酵單位增長(zhǎng)緩慢。 鐵制發(fā)酵罐在使用前必須進(jìn)行處理，可在罐壁涂上環(huán)氧樹(shù)脂等保護(hù)層，使Fe3+含量控制在30g/ml以下,15,染菌及異常情況處理,每隔一段時(shí)間取樣分析； 前期染菌：重新消毒并補(bǔ)充適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分； 中后期染菌：視情況補(bǔ)救如提前結(jié)束發(fā)酵、過(guò)濾提煉等，情況特別嚴(yán)重需倒罐處理并消毒滅菌,16

6、,第二節(jié) 紅霉素發(fā)酵工藝,一、概述 1、紅霉素是大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素。根據(jù)其R基的不同分為紅霉素A/B/C/D四種。 紅霉素A抗菌活力最強(qiáng)，B次之，C/D最弱；紅霉素A為粉末狀，具有吸濕性、味苦，易溶于多數(shù)有機(jī)溶劑 2、使用 對(duì)象：G+細(xì)菌,17,二、青霉素發(fā)酵工藝及過(guò)程,1、菌種 紅色糖多孢菌（紅霉素鏈霉菌），原始菌株較易感染噬菌體，紅霉素產(chǎn)量也較低。該菌株后經(jīng)各種改良后，已具備抗噬菌體的特征，且生產(chǎn)能力較高,18,2、發(fā)酵工藝流程,19,淀粉、玉米漿和碳酸鈣等組成的培養(yǎng)基斜面培養(yǎng)（母瓶培養(yǎng),砂土孢子,生產(chǎn)孢子的制備,子瓶培養(yǎng)，孢子數(shù)不少于1億個(gè)/瓶,3、發(fā)酵工藝過(guò)程,20,發(fā)酵工藝,采用三級(jí)發(fā)

7、酵，其目的是使紅霉菌菌體數(shù)量逐步擴(kuò)大和適應(yīng)發(fā)酵，其次是使發(fā)酵罐連續(xù)使用，縮短發(fā)酵周期,一級(jí)發(fā)酵：小罐，使孢子萌芽形成菌絲； 二級(jí)發(fā)酵：大量繁殖紅霉菌菌絲體； 三級(jí)發(fā)酵：繼續(xù)大量繁殖菌絲體，生產(chǎn)紅霉素,21,發(fā)酵工藝控制要點(diǎn),種子質(zhì)量控制,母瓶斜面孢子要求深米色，色澤新鮮、均勻、無(wú)黑點(diǎn)；背面產(chǎn)生紅色或紅棕色色素； 子瓶斜面孢子要求不少于1億個(gè)/瓶； 孢子成熟后要做搖瓶試驗(yàn)以及試驗(yàn)罐試驗(yàn)，確保孢子數(shù)量； 高產(chǎn)菌株的子瓶要求無(wú)黑點(diǎn),22,培養(yǎng)基的控制,碳源：葡萄糖為主，淀粉其次； 氮源：黃豆餅粉、玉米漿和硫酸銨； 前體：丙酸、丙醇,23,培養(yǎng)條件的控制,通氣攪拌：1：（0.8-1.2）v/v/m；

8、溫度：一般31度全程培養(yǎng)； pH：6.6-7.2，低于6.5紅霉素合成受影響，高于7.2菌體自溶，且導(dǎo)致紅霉素C量增加； 中間補(bǔ)料：還原糖量（1.2-1.5%），每6h流加葡萄糖至放罐前18h； 通氨 發(fā)酵液黏度控制：適當(dāng)提高黏度可抑制紅霉素C合成； 泡沫：加植物油；另前期增大通氣量但不攪拌，等菌體長(zhǎng)濃后攪拌,24,異常情況處理,停電 染菌 發(fā)酵液濃度過(guò)低,25,第三節(jié) 氨基酸發(fā)酵工藝,一、概述 1、有機(jī)酸中一個(gè)或一個(gè)以上的氫原子被氨基取代的產(chǎn)物稱(chēng)為氨基酸。 2、生產(chǎn)方法：提取法、合成法、酶法、發(fā)酵法； 發(fā)酵法：野生型菌株直接發(fā)酵、營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵、氨基酸結(jié)構(gòu)類(lèi)似物抗性突變株發(fā)酵、營(yíng)養(yǎng)缺陷型

9、兼抗性突變株發(fā)酵、以中間體為原料的生物轉(zhuǎn)化法,26,二、谷氨酸發(fā)酵工藝流程,27,A、淀粉水解糖的制備,3、谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程,原料,投料、計(jì)量,調(diào)漿,加熱、水解,冷卻,中和,脫色,過(guò)濾,水解糖,酸酶法淀粉水解糖制備流程,28,一級(jí)種子培養(yǎng)：玉米漿、尿素等,斜面培養(yǎng)：普通斜面培養(yǎng)基,2、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng),二級(jí)種子培養(yǎng)：接種量（1%）、以水解糖代謝葡萄糖，其他同一級(jí)種子培養(yǎng)基,29,3、谷氨酸發(fā)酵工藝控制,培養(yǎng)基成分控制,需氮源量較多：C/N=100:(15-21,生物素控制,生物素作為乙酰輔酶A的輔酶，參與谷氨酸的合成；過(guò)量會(huì)導(dǎo)致菌體大量繁殖，不產(chǎn)谷氨酸,30,種齡和種量控制,種齡：一級(jí)種種齡（

10、11-12h），二級(jí)種種齡（7-8h）；接種量（1,種齡和種量控制,種齡：一級(jí)種種齡（11-12h），二級(jí)種種齡（7-8h）；接種量（1,溫度的影響及控制,菌體生產(chǎn)與產(chǎn)物合成不同步，且菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物合成最適溫度不同，分別為30-32度與34-37度,31,pH的影響和控制,發(fā)酵前期：pH7.5左右；中后期： pH7.2左右； 調(diào)節(jié)方法：流加尿素（間斷流加）、流加氨水（連續(xù)流加,32,氧的影響和控制,長(zhǎng)菌階段：通氧量小；合成產(chǎn)物階段：提高通氧量,33,防止噬菌體和雜菌污染,空氣 培養(yǎng)基 設(shè)備 環(huán)境等,34,第四節(jié) VC的發(fā)酵工藝,一、概述 1、VC又叫抗壞血酸，化學(xué)名為L(zhǎng)-2,3,5,6-己-2-己烯酸-內(nèi)酯，最早是在檸檬汁濃縮液中提取； 2、作用：催化劑、還原劑； 3、生產(chǎn)方法：萊氏法（國(guó)外）、兩步發(fā)酵法（國(guó)內(nèi),35,二、VC發(fā)酵工藝流程: 1、萊氏法： 優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟；回收率高。 缺點(diǎn)：步驟多；連續(xù)操作困難；毒性大；污染環(huán)境,36,工藝要點(diǎn)： 山梨醇純度； 山梨醇濃度； 生長(zhǎng)因子； 生長(zhǎng)因子；