抗生素生產(chǎn)工藝

1、寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文題目：抗生素的生產(chǎn)工藝作者： 學(xué)號(hào)：系別：化工工程系專(zhuān)業(yè)：應(yīng)用化工技術(shù)專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師： 專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)： 2013年3月寧夏銀川目錄一、抗生素1、抗生素的定義32、抗生素的發(fā)展43、抗生素的應(yīng)用44、 抗生素的生產(chǎn)工藝5二、青霉素1、 青霉素的定義52、 青霉素菌種63、 青霉素培養(yǎng)基 64、 青霉素發(fā)酵件控制75、 青霉素的分離和純化76、 青霉素工藝控制要點(diǎn)8討論8結(jié)論9致謝11參考文獻(xiàn)12抗生素的生產(chǎn)工藝摘要：發(fā)酵工程藥物中最主要的就是抗生素， 抗生素是臨床上日常應(yīng) 用量最大的抗 感染藥物、它是生物，包括微生物、植物和動(dòng)物在內(nèi)， 在其生命活動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn) 生的

2、，能在低微濃度下有選擇地抑制或影 響他種生物功能的有機(jī)物質(zhì)?！娟P(guān)鍵詞】抗生素，青霉素，生產(chǎn)工藝引入：抗生素是生物體在生命活動(dòng)中產(chǎn)生的一種次級(jí)代謝產(chǎn)物。目前人們?cè)谏矬w內(nèi) 發(fā)現(xiàn)的6000多種抗生素中，約60淙自放 線(xiàn)菌，抗生素主要用微生物發(fā)酵法生 產(chǎn)，少數(shù)抗生素也可用化學(xué)方 法合成，人們還對(duì)天然得到的抗生素進(jìn)行生化或化學(xué)方法改造，使其具有更優(yōu)越的性能。抗生素不僅廣泛用于臨床醫(yī)療，而且已經(jīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧及環(huán)保等領(lǐng)域中。青霉素是最早發(fā)現(xiàn)并用于臨床的一種抗生素，1928年為英國(guó)人弗萊明發(fā)現(xiàn)，40年代投入工業(yè)生產(chǎn)，在 二戰(zhàn)期間立刻大顯身手，它能有效控制傷口的細(xì)菌感染，挽救了數(shù)百萬(wàn)戰(zhàn)爭(zhēng)中受傷者的性命。一、

3、 抗生素（一）抗生素的定義抗生素又稱(chēng)抗菌素，指某些微生物在代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的， 對(duì)于 其他微生物具 有抑制生長(zhǎng)或殺滅作用的化學(xué)物質(zhì)，是制藥工業(yè)中一 類(lèi)重要原料藥。某些抗生素對(duì) 一部分較大的濾過(guò)性病毒也有抑制作用；或有刺激動(dòng)植物生長(zhǎng)的作用；或具有抗惡性腫瘤、抗輻射等作用。有些天然抗生素，經(jīng)用化學(xué)方法進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改造后，可得到療效更高的半合成抗生素。少數(shù)天然抗生素可用化學(xué)方法進(jìn)行大量生 產(chǎn)，成為合成抗生素。（二）抗生素的發(fā)展最早具有臨床實(shí)用價(jià)值的抗生素是1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家A.弗萊明發(fā)現(xiàn)的青霉 素，是由點(diǎn)青霉菌或產(chǎn)黃青霉菌產(chǎn)生。1944年， 俄國(guó)出生的 S.A.瓦克斯曼發(fā)現(xiàn)了由灰色鏈霉菌產(chǎn)生的鏈

4、霉素。1946 1956年先后從土壤中尋找到由放線(xiàn)菌產(chǎn)生的氯霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素、紅霉素及絲裂霉素C等。6070年代,半合成抗 生素迅速發(fā)展，獲得了具有顯著療效的新型抗生素，如半合成 青霉素和頭孢菌素類(lèi)，具 有耐青霉素酶、耐酸和抗菌譜廣等特點(diǎn)， 為抗生素的臨床應(yīng)用開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。（三）抗生素的應(yīng)用抗生素在臨床治療中占有重要的地位。如青霉素鉀鹽、普魯卡因 鹽用于臨床已有40年之久，是控制敏感金黃色葡萄球菌及肺炎雙 球菌引起的敗血癥和肺炎等病的有效藥物。紅霉素和頭孢菌素類(lèi)用 于治療對(duì)青霉素耐藥的金黃色葡萄球菌引起的疾病。制霉菌素、灰黃霉素用于治療真菌性疾病。林可霉素可用于治療敗血癥，呼吸

5、道感染，骨、關(guān)節(jié)感染，對(duì)骨髓炎療效更好。絲裂霉素C博萊霉素、柔毛霉素等 分別對(duì)肺癌，惡性葡萄胎等有一定療效。各種抗生素在臨 床上均有程度不同的副作用，如過(guò)敏、聽(tīng)覺(jué)受阻等?？股卦谵r(nóng)業(yè) 防治作物病害方面的應(yīng)用也占有一定的地位。（四）抗生素的生產(chǎn)工藝發(fā)酵法生產(chǎn)抗生素的主要工藝步驟包括菌種的制備、種子擴(kuò)大培 養(yǎng)、發(fā)酵、發(fā) 酵液的預(yù)處理、代謝產(chǎn)物的分離純化、干燥，最后制 得產(chǎn)品。二、青霉素青霉素的生產(chǎn)歷史最長(zhǎng)，工藝最成熟。故以其生產(chǎn)工藝為例（一）青霉素的定義青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含 有青霉烷、能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用 的一類(lèi)抗生素，是第一種能夠

6、治療人類(lèi)疾病的抗生素。青霉素類(lèi)抗 生素是B -內(nèi)酰胺類(lèi)中一大類(lèi)抗生素的總稱(chēng)。但 它不能耐受耐藥菌 株（如耐藥金葡）所產(chǎn)生的酶，易被其破壞，且其抗菌譜較窄，主要對(duì) 革蘭氏陽(yáng)性菌有效。青霉素 G有鉀鹽、鈉鹽之分，鉀鹽不僅不能直 接靜注，靜 脈滴注時(shí)，也要仔細(xì)計(jì)算鉀離子量，以免注入人體形成 高血鉀而抑制心臟功能，造成死亡。其生產(chǎn)工藝流程如下：產(chǎn)黃青霉 f 斜面孢子 f 米孢子 f 種子罐 f 發(fā)酵罐 f發(fā)酵液f發(fā)酵濾液f 次BA萃取液f 次水提液f二次 BA萃取液f脫色液f結(jié)晶混懸液f濕晶體f青霉素工業(yè) 鹽（二）菌種青霉素生產(chǎn)菌株一般為產(chǎn)黃青霉，根據(jù)深層培養(yǎng)中菌絲體的形 態(tài)，分為球狀菌 和絲狀菌。在

7、發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)黃青霉的生長(zhǎng)發(fā)育可 分為6個(gè)階段：A、分生孢子的I期；B、菌絲繁殖，原生質(zhì)嗜堿性很強(qiáng)，有類(lèi)脂肪小顆粒產(chǎn)生為H期；C、原生質(zhì)嗜堿性仍很強(qiáng)，形成脂肪粒，積累貯藏物為皿期；D原生質(zhì)嗜堿性很弱，脂肪粒減少，形成中、小空泡為W期；E、脂肪粒消失，形成大空泡為V期；F、細(xì)胞內(nèi)看不到顆粒，并有個(gè)別自溶細(xì)胞出現(xiàn)為W期。其中IW期稱(chēng)為菌絲生長(zhǎng)期，菌絲的濃度增加很多，但產(chǎn)生的 青霉素較少， 處于該時(shí)期的菌絲體適于用做發(fā)酵的種子 V期 是青霉素的分泌期，此時(shí)菌絲 體生長(zhǎng)減緩，并大量產(chǎn)生青霉素。W 期是菌絲體的自溶期。（三）培養(yǎng)基青霉素生產(chǎn)的培養(yǎng)基包括碳源、氮源、前體、無(wú)機(jī)鹽等。青霉菌 可以利用多種 碳

8、源，如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。氮源常選用玉米漿、精制棉子餅粉或麩皮粉，并補(bǔ)加無(wú)機(jī)氮源。前體可采用苯乙酸或苯 乙酰胺，一次加量不大于0.1%,以防止前體 對(duì)青霉菌的毒害。加入 的無(wú)機(jī)鹽包括S、P、Ca Mg K等，由于鐵離子對(duì)青霉菌 有毒害作 用，必須嚴(yán)格控制鐵離子的濃度，一般控制在30ug/ml。（四）發(fā)酵條件控制發(fā)酵過(guò)程的條件主要是通過(guò)補(bǔ)料來(lái)控制的， 如根據(jù)發(fā)酵液中的殘 糖量、PH排氣中的二氧化碳和氧氣的含量來(lái)控制加糖速率。一般 殘?zhí)墙抵?.6%，PH上升時(shí)開(kāi)始加糖。氮源主要補(bǔ)加硫酸銨、氨水 和尿素，發(fā)酵液的氨氮控制在 0.05%。前體是在發(fā)酵的適當(dāng)時(shí)間添 加，使苯乙酰胺等 前體的濃度保持 在

9、一定范圍內(nèi)。PH控制在 6.4 6.6之間，可以通過(guò)添加葡萄糖，加酸或加堿來(lái)調(diào)節(jié)。溫度一般在發(fā)酵前期控制25 C-26 C,發(fā)酵后期控制在23 G通氣比控制在1 : 0.8，攪拌轉(zhuǎn)速根據(jù)發(fā)酵不同階段的需要進(jìn) 行調(diào)整，使溶解氧不低于飽和溶解氧濃度的30%。通常采用豆油、 玉米油或化學(xué)合成消沫劑如還氧丙烯環(huán)氧乙烯聚醚類(lèi)進(jìn)行消沫，注意控制用量和加入方式。（五）青霉素分離和純化青霉素發(fā)酵液可以通過(guò)各種過(guò)濾器過(guò)濾，濾液用醋酸丁酯進(jìn)行溶 媒萃取2 3次；醋酸丁酯萃取液按照150 200g/10億單位的量加 入活性炭脫色，過(guò)濾除去活 性炭；濾液采用蒸餾或直接結(jié)晶法結(jié)晶，晶體經(jīng)過(guò)洗滌，烘干后，得到青霉素結(jié)晶產(chǎn)

10、品（六）工藝控制要點(diǎn) 青霉素發(fā)酵，要特別注意嚴(yán)格操作防止污染雜菌。在接種前 后，種子培養(yǎng)過(guò) 程及發(fā)酵過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行無(wú)菌檢查，以便及時(shí) 發(fā)現(xiàn)染菌，并在染菌后進(jìn)行必要 處理。因?yàn)樗妆痪趸a(chǎn)生阻 遏作用。加糖主要控制殘?zhí)橇?，加入量決定于耗 用葡萄糖作為碳源必須控制其加入的濃度，糖速度、PH變化、 菌絲量及培 養(yǎng)液體積，加糖率一般不大于 0.13%/h。 嚴(yán)格控制培養(yǎng)基內(nèi)前體的濃度，除在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入0.07%以外，應(yīng)根據(jù)發(fā)酵過(guò)程中合成青霉素的需要加入，其含量不應(yīng) 超過(guò)0.1%。否則，對(duì)青霉素的生 長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生毒性。 青霉素發(fā)酵的最適PH為6.5左右。如果PH過(guò)高，可以通過(guò)補(bǔ)糖、加油、加硫酸或

11、無(wú)機(jī)氮源等方法調(diào)節(jié)；如果 PH過(guò)低，可以采取加碳酸鈣、加堿或加尿素、氨水等方法調(diào)節(jié)，但應(yīng)盡量避免超過(guò)7.0。討論抗生素在目前的制藥工業(yè)中仍占有舉足輕重的地位，尤其是下游半合成抗生 素的發(fā)展，進(jìn)一步刺激了上游的工業(yè)發(fā)酵。一些抗生素 的工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模非常大，如B-內(nèi)酰胺類(lèi)的青霉素、頭孢菌素 C,大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)的紅霉素、利福霉素，氨基 環(huán)醇類(lèi)的鏈霉素、慶大霉素。其它的一些抗生素，如林可霉素、四環(huán)素、金霉素、萬(wàn)古霉素等，單個(gè)發(fā)酵罐容積越來(lái)越大，100 m3的發(fā)酵罐被普遍采用，200 m3甚 至更大容積的發(fā)酵罐經(jīng)?？梢?jiàn)報(bào)道?？股氐墓I(yè)生產(chǎn)包括發(fā)酵和提取兩部分。工藝流程大致如下： 菌種的保藏、孢子制備、種子制

12、備、發(fā)酵、提取和精制。種子和發(fā)酵培養(yǎng)基的常用碳源有：葡萄糖、淀粉、蔗糖、油脂、有機(jī)酸等，主 要為菌體生長(zhǎng)代謝提供能源，為合成菌體細(xì)胞和目的產(chǎn)物提供碳元 素。有機(jī)氮 源多用玉米漿、黃豆餅粉、麩質(zhì)粉、蛋白胨、酵母粉、 魚(yú)粉等，硫酸銨、尿素、氨水、硝酸鈉、硝酸銨則是常用的無(wú)機(jī)氮源。另外，培養(yǎng)基中還得添加無(wú)機(jī)鹽、微量元素以及消沫劑，部分抗生素還得加入特殊前體，如青霉素的前體是苯乙酸，大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素的前體是丙酸鹽。發(fā)酵過(guò)程普遍補(bǔ)加一種碳源、氮源物質(zhì)，如 葡萄糖和硫酸銨。pH值通過(guò)流加氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)，很多抗生素在發(fā)酵 中后期流加前體，對(duì)提高產(chǎn)量非常有益?？股匕l(fā)酵絕大多數(shù)為好 氧培養(yǎng)，必須連續(xù)通入大 量無(wú)

13、菌空氣，全過(guò)程大功率攪拌。發(fā)酵液 的預(yù)處理，一般加絮凝劑沉淀蛋白，過(guò)濾去除菌絲體，發(fā)酵濾液的提取常用溶媒萃取法、離子交換樹(shù)脂法品。、沉淀法、吸附法等提純 濃縮，然后結(jié)晶干燥得純。總結(jié)抗生素在我們的日常生活已經(jīng)被廣泛使用，對(duì)我們的價(jià)值作用 也是巨大的。隨 著新的抗生素的不斷出現(xiàn)，為了便于研究，有必要對(duì)抗生素進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?lèi)?？梢?從各種不同角度對(duì)抗生素進(jìn)行分類(lèi)， 如生物來(lái)源、作用、化學(xué)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制、生物合成途徑等方面。如 下：（一）（3 -內(nèi)酰胺類(lèi)：青霉素類(lèi)和頭孢菌素類(lèi)的分子結(jié)構(gòu)中含有 （3 - 內(nèi)酰胺環(huán)。近年來(lái)又有較大發(fā)展，如硫酶素類(lèi)（thie namyc ins）、單內(nèi) 酰環(huán)類(lèi)（monoba

14、ctams）,3 -內(nèi)酰酶抑制劑（3 -lactamadeinhibitors）、甲氧青霉素類(lèi)（methoxypeniciuins） 等。（二）氨基糖苷類(lèi)：包括鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素、妥布霉素、 丁胺卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小諾霉素、阿斯霉素等。（三）四環(huán)素類(lèi)：包括四環(huán)素、土霉素、金霉素及強(qiáng)力霉素等。（四）氯霉素類(lèi)：包括氯霉素、甲砜霉素等。（五）大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)：臨床常用的有紅霉素、白霉素、無(wú)味紅霉素、 乙酰螺旋霉素、麥迪霉素、交沙霉素等、阿奇霉素。（六）糖肽類(lèi)抗生素：萬(wàn)古霉素、去甲萬(wàn)古霉素、替考拉寧，后者 在抗菌活性、藥代特性及安全性方面均優(yōu)于前兩者。（七）喹諾酮類(lèi)：包括諾氟沙星、氧氟沙星

15、、環(huán)丙沙星、培氟沙星、 加替沙星等。（八）硝基咪唑類(lèi)：包括甲硝唑、替硝唑、奧硝唑等。（九）作用于G-菌的其它抗生素，如多粘菌素、磷霉素、卷霉素、 環(huán)絲氨酸、利福平等。（十）作用于G電田菌的其它抗生素，如林可霉素、氯林可霉素、桿 菌肽等.（十一）抗真菌抗生素：分為棘白菌素類(lèi)、多烯類(lèi)、嘧啶類(lèi)、作用 于真菌細(xì)胞膜上麥角甾醇的抗真菌藥物、烯丙胺類(lèi)、氮唑類(lèi)。（十二）抗腫瘤抗生素：如絲裂霉素、放線(xiàn)菌素 D博萊霉素、阿 霉素等。（十三）抗結(jié)核菌類(lèi)：利福平、異煙肼、吡嗪酰胺等。（十四）具有免疫抑制作用的抗生素如環(huán)孢霉素。致謝歷時(shí)將近四個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫(xiě)完， 在論文的寫(xiě)作過(guò)程 中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過(guò)了。 尤其 要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師 xx老師，她對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和 幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書(shū)館查 找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。 在此向幫助和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究 文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)