抗生素發(fā)酵生產(chǎn)工藝學(xué)PPT課件

1、11.概述概述;2.生產(chǎn)前期研究生產(chǎn)前期研究;3.生產(chǎn)菌改良生產(chǎn)菌改良;4.生產(chǎn)工藝過程生產(chǎn)工藝過程;5.發(fā)酵條件的控制發(fā)酵條件的控制;6.提取和精制提取和精制.主要內(nèi)容第1頁/共55頁2 生存競爭說：生存競爭說：共生與拮抗，抗生素是拮抗菌分泌共生與拮抗，抗生素是拮抗菌分泌的用來與別的微生物戰(zhàn)斗的武器。的用來與別的微生物戰(zhàn)斗的武器。 代謝說：代謝說：抗生素的產(chǎn)生是由于生物的代謝功能，抗生素的產(chǎn)生是由于生物的代謝功能，而抗生素的抗生現(xiàn)象，只是其作用表現(xiàn)。而抗生素的抗生現(xiàn)象，只是其作用表現(xiàn)。 證據(jù)：證據(jù)：生產(chǎn)中一定要求純培養(yǎng)；抗生素生產(chǎn)一般生產(chǎn)中一定要求純培養(yǎng)；抗生素生產(chǎn)一般不用誘導(dǎo)物；抗生素生產(chǎn)

2、可加入一些前體；某些微生不用誘導(dǎo)物；抗生素生產(chǎn)可加入一些前體；某些微生物在人工合成的培養(yǎng)基才能生產(chǎn)抗生素；有時抗生素物在人工合成的培養(yǎng)基才能生產(chǎn)抗生素；有時抗生素的生產(chǎn)也不一定使菌體達到競爭的目的。的生產(chǎn)也不一定使菌體達到競爭的目的。1.1 1.1 抗生素的生物起源抗生素的生物起源1. 概述第2頁/共55頁31.2 抗生素的定義和命名（1）抗生素的定義 早期：一般認為來源于微生物，且主要作用于細菌感染。故認為抗生素(antibiotics)是微生物在代謝過程中產(chǎn)的，在低濃度下就能抑制它種微生物生長和活動，甚至殺死他種微生物的化學(xué)物質(zhì)。由于抗生素的這種殺菌能力，我們曾經(jīng)把這類物質(zhì)叫做抗菌素。第3

3、頁/共55頁4現(xiàn)在：現(xiàn)在： 來源：隨著抗生素研究和生產(chǎn)的發(fā)展，新的抗生來源：隨著抗生素研究和生產(chǎn)的發(fā)展，新的抗生素的來源正在擴大。可以是微生物、植物（如蒜素、素的來源正在擴大?？梢允俏⑸?、植物（如蒜素、常山堿、黃連素、長春花堿、魚腥草素等）常山堿、黃連素、長春花堿、魚腥草素等） 、動物、動物（如魚素、紅血球素等）。（如魚素、紅血球素等）。 但抗生素的工業(yè)化生產(chǎn)主要是來自微生物的大量但抗生素的工業(yè)化生產(chǎn)主要是來自微生物的大量發(fā)酵法，微生物是抗生素舞臺上的主角。發(fā)酵法，微生物是抗生素舞臺上的主角。 作用對象：病毒、細菌、真菌、原生動物、寄生作用對象：病毒、細菌、真菌、原生動物、寄生蟲、藻類、腫瘤

4、細胞等。因此不能把抗生素僅僅作為蟲、藻類、腫瘤細胞等。因此不能把抗生素僅僅作為抗菌藥物?？咕幬铩?第4頁/共55頁5定義：定義： 雖然抗生素已被廣泛使用，但是由于抗生素的多雖然抗生素已被廣泛使用，但是由于抗生素的多樣性，關(guān)于抗生素的定義在專家中一直存在著分歧。樣性，關(guān)于抗生素的定義在專家中一直存在著分歧。 目前，一個目前，一個大多數(shù)專家所接受的定義大多數(shù)專家所接受的定義是：抗生素是：抗生素是由生物（包括某些微生物、植物和動物在內(nèi)）在其是由生物（包括某些微生物、植物和動物在內(nèi)）在其生命活動過程中產(chǎn)生的，能在低濃度下有選擇地抑制生命活動過程中產(chǎn)生的，能在低濃度下有選擇地抑制他種生物機能的低分子量

5、的有機物質(zhì)。他種生物機能的低分子量的有機物質(zhì)。 狹義的定義是：抗生素是低分子量的微生物代謝狹義的定義是：抗生素是低分子量的微生物代謝產(chǎn)物，能在很低的濃度下抑制其他微生物的生長。產(chǎn)物，能在很低的濃度下抑制其他微生物的生長。第5頁/共55頁6 掌握狹義的抗生素這個概念，需要把握以下幾點：A、低分子量 分子量一般不超過幾千。如溶菌酶這類酶及其他復(fù)雜的蛋白質(zhì)分子雖然也具有抗菌活性，但由于它們的分子量很大，因而在習(xí)慣上不將它們歸入抗生素一類。第6頁/共55頁7B B、天然代謝產(chǎn)物、天然代謝產(chǎn)物 只有微生物的天然代謝產(chǎn)物才能稱為抗生素，通只有微生物的天然代謝產(chǎn)物才能稱為抗生素，通過化學(xué)修飾的只能稱為半合成

6、抗生素，根據(jù)天然抗生過化學(xué)修飾的只能稱為半合成抗生素，根據(jù)天然抗生素的結(jié)構(gòu)完全采用化學(xué)合成方法制造的則稱為全合成素的結(jié)構(gòu)完全采用化學(xué)合成方法制造的則稱為全合成抗生素。抗生素。C C、抑制其他微生物生長、抑制其他微生物生長 是指抑制細胞的繁殖，因此是針對微生物群體而是指抑制細胞的繁殖，因此是針對微生物群體而不是個別細胞而言的。這種抑制作用一類是永久性的，不是個別細胞而言的。這種抑制作用一類是永久性的，例如殺細菌劑和殺霉菌劑等可以將微生物殺死；另一例如殺細菌劑和殺霉菌劑等可以將微生物殺死；另一類抗生素只能起到抑制微生物繁殖生長的作用，但不類抗生素只能起到抑制微生物繁殖生長的作用，但不能將它們殺死。

7、能將它們殺死。第7頁/共55頁8D D、低濃度、低濃度 因為在高濃度下，即使是正常的細胞組分，如因為在高濃度下，即使是正常的細胞組分，如甘甘氨酸和亮氨酸氨酸和亮氨酸，也會對細菌的生長產(chǎn)生抑制作用?；?，也會對細菌的生長產(chǎn)生抑制作用?；谕瑯拥睦碛桑恍﹨捬醢l(fā)酵產(chǎn)物，如乙醇和丁醇，于同樣的理由，一些厭氧發(fā)酵產(chǎn)物，如乙醇和丁醇，雖然在高濃度下也有殺菌或抑菌作用，也不屬于抗生雖然在高濃度下也有殺菌或抑菌作用，也不屬于抗生素。典型的抗生素的抗菌活性非常高，只要在微摩爾素。典型的抗生素的抗菌活性非常高，只要在微摩爾甚至納摩爾濃度時就會有顯著的抗菌活性。甚至納摩爾濃度時就會有顯著的抗菌活性。 自從自從A.

8、FlemingA. Fleming于于19291929年發(fā)現(xiàn)第一種廣泛用于醫(yī)年發(fā)現(xiàn)第一種廣泛用于醫(yī)療上的抗生素以來，至今已找到療上的抗生素以來，至今已找到1 1萬種以上新抗生素萬種以上新抗生素（19841984）和合成了）和合成了7 7萬多種的半合成抗生素，但真正得萬多種的半合成抗生素，但真正得到臨床應(yīng)用的常用抗生素僅約五六十種。到臨床應(yīng)用的常用抗生素僅約五六十種。第8頁/共55頁91.3 1.3 抗生素的發(fā)展簡史抗生素的發(fā)展簡史歷史歷史19291929年，英國弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素年，英國弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素二戰(zhàn)期間，大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)二戰(zhàn)期間，大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)世界上最早用于臨床的抗菌素世界上最早用于臨床的

9、抗菌素 第9頁/共55頁10 治療和發(fā)展治療和發(fā)展我國的發(fā)展：我國的發(fā)展： 19531953年年5 5月月1 1日，建立了第一個生產(chǎn)青霉素日，建立了第一個生產(chǎn)青霉素的抗生素工廠（上海第三制藥廠）；的抗生素工廠（上海第三制藥廠）； 19581958年年6 6月月3 3日，最大的抗生素聯(lián)合企業(yè)建日，最大的抗生素聯(lián)合企業(yè)建成投產(chǎn)（華北制藥廠成投產(chǎn)（華北制藥廠, ,石家莊）石家莊） 目前，多為原料藥基地。但在半合成及成品目前，多為原料藥基地。但在半合成及成品藥的劑型方面與國外相比差距很大。藥的劑型方面與國外相比差距很大。第10頁/共55頁111.4 1.4 抗生素的分類抗生素的分類 抗生素的分類主要是

10、便于研究，不同學(xué)科和抗生素的分類主要是便于研究，不同學(xué)科和科研人員因出發(fā)點不同有不同的分類體系?？蒲腥藛T因出發(fā)點不同有不同的分類體系。 可根據(jù)可根據(jù)生物來源生物來源、作用對象作用對象、化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)、作作用機制用機制、生物合成途徑生物合成途徑等方面對抗生素進行分類。等方面對抗生素進行分類。第11頁/共55頁121.4 1.4 抗生素的分類抗生素的分類根據(jù)抗生素的生物來源分類根據(jù)抗生素的生物來源分類 ( (生物學(xué)家生物學(xué)家) ) （1 1）放線菌產(chǎn)生的抗生素：）放線菌產(chǎn)生的抗生素：如鏈霉素、四環(huán)類如鏈霉素、四環(huán)類（如四環(huán)素）、大環(huán)內(nèi)酯類（如紅霉素）、多烯類（如四環(huán)素）、大環(huán)內(nèi)酯類（如紅霉素）、

11、多烯類（如制霉菌素）（如制霉菌素） 、放線菌素類（如放線菌素、放線菌素類（如放線菌素D D）等。）等。（其中鏈霉菌屬最多，諾卡氏菌屬、小單孢菌次之）（其中鏈霉菌屬最多，諾卡氏菌屬、小單孢菌次之） （2 2）真菌產(chǎn)生的抗生素：）真菌產(chǎn)生的抗生素：如青霉菌屬和頭孢菌屬如青霉菌屬和頭孢菌屬等分別產(chǎn)生一些很重要的抗生素（青霉素、灰黃霉素、等分別產(chǎn)生一些很重要的抗生素（青霉素、灰黃霉素、頭孢菌素）。頭孢菌素）。第12頁/共55頁13（3 3）細菌產(chǎn)生的抗生素：）細菌產(chǎn)生的抗生素：如多粘桿菌、枯草桿菌、如多粘桿菌、枯草桿菌、芽孢桿菌等。如多粘菌素。芽孢桿菌等。如多粘菌素。（4 4）植物或動物產(chǎn)生的抗生素：

12、）植物或動物產(chǎn)生的抗生素：從被子植物蒜中從被子植物蒜中制得的蒜素；從動物臟器中制得的魚素等。制得的蒜素；從動物臟器中制得的魚素等。第13頁/共55頁14根據(jù)抗生素的作用對象分類（醫(yī)生、病理學(xué)家）根據(jù)抗生素的作用對象分類（醫(yī)生、病理學(xué)家）（1 1）廣譜抗生素：如氨卞青霉素既抑制）廣譜抗生素：如氨卞青霉素既抑制G G+ +，又抑制，又抑制G G- -（2 2）抗）抗G G+ +的抗生素：如青霉素，的抗生素：如青霉素，（3 3）抗）抗G G- -的抗生素：如鏈霉素的抗生素：如鏈霉素（4 4）抗真菌的抗生素：如制霉菌素）抗真菌的抗生素：如制霉菌素（5 5）抗病毒的抗生素：如四環(huán)類抗生素對立克次氏）抗病

13、毒的抗生素：如四環(huán)類抗生素對立克次氏體及較大病毒有一定作用。體及較大病毒有一定作用。（6 6）抗癌的抗生素：如阿霉素）抗癌的抗生素：如阿霉素第14頁/共55頁15根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類（化學(xué)家）根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類（化學(xué)家） 目前已確定結(jié)構(gòu)的抗生素習(xí)慣如下分類：目前已確定結(jié)構(gòu)的抗生素習(xí)慣如下分類：（1 1）- -內(nèi)酰胺類抗生素：包括青霉素類，頭孢菌素內(nèi)酰胺類抗生素：包括青霉素類，頭孢菌素類等；類等；（2 2）氨基糖苷類抗生素：包括鏈霉素、慶大霉素等；）氨基糖苷類抗生素：包括鏈霉素、慶大霉素等；（3 3）大環(huán)內(nèi)脂類抗生素：如紅霉素、麥迪加霉素；）大環(huán)內(nèi)脂類抗生素：如紅霉素、麥迪加霉素；（4

14、 4）四環(huán)類抗生素：如四環(huán)素、土霉素；）四環(huán)類抗生素：如四環(huán)素、土霉素；（5 5）多肽類抗生素：如多粘菌素、桿菌肽；）多肽類抗生素：如多粘菌素、桿菌肽；（6 6）蒽環(huán)類抗生素：如阿霉素、柔紅霉素；）蒽環(huán)類抗生素：如阿霉素、柔紅霉素；（7 7）喹諾酮類抗生素：如環(huán)丙沙星、諾氟沙星。）喹諾酮類抗生素：如環(huán)丙沙星、諾氟沙星。第15頁/共55頁16 HNONSCH3CH3HCOO-H-lactam ring -內(nèi)酰胺 環(huán)Rnatural penicillin R =CH2-CO-第16頁/共55頁17-內(nèi)酰胺 環(huán)第17頁/共55頁18兩性霉素Antibiotics are so complex the

15、y can only be synthesized in a living system第18頁/共55頁19根據(jù)抗生素的作用機制分類根據(jù)抗生素的作用機制分類 此種分類的優(yōu)點：便于進行理論研究，有助于了此種分類的優(yōu)點：便于進行理論研究，有助于了解抗生素影響病原體新陳代謝的哪些環(huán)節(jié)，從而找出解抗生素影響病原體新陳代謝的哪些環(huán)節(jié)，從而找出治療的規(guī)律，使抗生素的使用更為合理。治療的規(guī)律，使抗生素的使用更為合理。（1 1）抑制細胞壁合成抑制細胞壁合成的抗生素：如青霉素。的抗生素：如青霉素。（2 2）影響）影響細胞膜功能細胞膜功能的抗生素：多烯類抗生素。的抗生素：多烯類抗生素。（3 3）抑制病原菌）抑制

16、病原菌蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成的抗生素：四環(huán)素。的抗生素：四環(huán)素。（4 4）抑制核酸合成抑制核酸合成的抗生素：如影響的抗生素：如影響DNADNA結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能的絲裂霉素的絲裂霉素C C。（5 5）抑制）抑制生物能生物能作用的抗生素：如抑制電子轉(zhuǎn)移的作用的抗生素：如抑制電子轉(zhuǎn)移的抗霉素抗霉素。第19頁/共55頁20根據(jù)抗生素的合成途徑分類根據(jù)抗生素的合成途徑分類（1 1）氨基酸、肽類衍生物抗生素：如青霉素類、頭）氨基酸、肽類衍生物抗生素：如青霉素類、頭孢菌素等寡肽抗生素。孢菌素等寡肽抗生素。（2 2）糖類衍生物抗生素：如鏈霉素等糖苷類抗生素。）糖類衍生物抗生素：如鏈霉素等糖苷類抗生素。（3 3

17、）以乙酸、丙酸為單位的衍生物抗生素：紅霉素）以乙酸、丙酸為單位的衍生物抗生素：紅霉素等丙酸衍生物。等丙酸衍生物。問題：一種抗生素可能有幾種機制，機制非常清楚的問題：一種抗生素可能有幾種機制，機制非常清楚的不多。不多。第20頁/共55頁211.5 1.5 抗生素的劑量表示法及抗菌譜抗生素的劑量表示法及抗菌譜抗生素的劑量表示法抗生素的劑量表示法 抗生素應(yīng)用時劑量小，因此除重量外，常用特抗生素應(yīng)用時劑量小，因此除重量外，常用特定的效價單位表示定的效價單位表示（1 1）稀釋單位：）稀釋單位：無法制得純品，最初的表示方法，無法制得純品，最初的表示方法，一定基于稀釋法定的基準單位。一定基于稀釋法定的基準單

18、位。 一個青霉素的效價單位：一個青霉素的效價單位：為能在為能在50mL50mL肉湯培養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中完全抑制金黃色葡萄球菌標準菌株的發(fā)育的最基中完全抑制金黃色葡萄球菌標準菌株的發(fā)育的最小青霉素劑量。小青霉素劑量。 一個鏈霉素效價單位：一個鏈霉素效價單位：能在能在1mL1mL肉湯培養(yǎng)基中完肉湯培養(yǎng)基中完全抑制大腸桿菌（全抑制大腸桿菌（ATCC9637ATCC9637）發(fā)育的最小劑量。）發(fā)育的最小劑量。 第21頁/共55頁22 （2 2）重量單位：）重量單位：以抗生素的有效成分（生以抗生素的有效成分（生理活性成分）的重量作為抗生素的基準單位。理活性成分）的重量作為抗生素的基準單位。（大多數(shù)使用）（大

19、多數(shù)使用） 一般定義一般定義1mg=14001mg=1400單位。對于各種酸、堿、單位。對于各種酸、堿、鹽，指定其中的一個。如鏈霉素、氯霉素等以鹽，指定其中的一個。如鏈霉素、氯霉素等以游離堿計，又如金霉素、氯霉素以鹽酸鹽計。游離堿計，又如金霉素、氯霉素以鹽酸鹽計。第22頁/共55頁231.6 抗生素的體外抗菌作用抗生素的體外抗菌作用 判斷藥物有無抗菌作用及其抗菌作用的強弱，有體外和體判斷藥物有無抗菌作用及其抗菌作用的強弱，有體外和體內(nèi)兩種試驗方法。一般先進行體外抗菌試驗，若發(fā)現(xiàn)藥物有抗內(nèi)兩種試驗方法。一般先進行體外抗菌試驗，若發(fā)現(xiàn)藥物有抗菌作用，可再進行體內(nèi)抗菌試驗。菌作用，可再進行體內(nèi)抗菌試

20、驗。 體外抗菌試驗主要用于篩選抗菌藥物或測定細菌對藥物的體外抗菌試驗主要用于篩選抗菌藥物或測定細菌對藥物的敏感性，所以也稱為敏感性，所以也稱為藥敏試驗藥敏試驗，常用最低抑菌濃度（，常用最低抑菌濃度（MICMIC）表示，）表示，是指藥物完全抑制某種微生物的最低濃度。是指藥物完全抑制某種微生物的最低濃度。（1 1）抑菌、殺菌作用）抑菌、殺菌作用 抑菌作用：抗生素存在時細菌的繁殖受到抑制，去除抗生抑菌作用：抗生素存在時細菌的繁殖受到抑制，去除抗生素后，對細菌的抑制作用消失。素后，對細菌的抑制作用消失。 殺菌作用：對細菌的不可逆損害，導(dǎo)致死亡。殺菌作用：對細菌的不可逆損害，導(dǎo)致死亡。（2 2）菌種的最

21、低藥物敏感度測定。）菌種的最低藥物敏感度測定。第23頁/共55頁24 最小抑菌濃度（最小抑菌濃度（MICMIC）：）：培養(yǎng)培養(yǎng)24h24h以最低濃度無菌體生長者。以最低濃度無菌體生長者。用來表示抗生素的抗菌活性作用，單位是用來表示抗生素的抗菌活性作用，單位是g/mLg/mL。 最小殺菌濃度（最小殺菌濃度（ MBCMBC）：次代繼續(xù)孵化：次代繼續(xù)孵化24h24h以最低濃度無菌以最低濃度無菌生長者。即當藥物濃度在稍高于生長者。即當藥物濃度在稍高于MICMIC值濃度下的抑菌作用是不可值濃度下的抑菌作用是不可逆的，稱為殺菌作用。最低抑菌濃度與最低殺菌濃度可以相同，逆的，稱為殺菌作用。最低抑菌濃度與最低

22、殺菌濃度可以相同，也可以有所不同。也可以有所不同。 最低殺菌濃度的確定即依次將未見細菌生長的各管培養(yǎng)物最低殺菌濃度的確定即依次將未見細菌生長的各管培養(yǎng)物各吸取各吸取0.1mL0.1mL涂布于合適的瓊脂培養(yǎng)基平板上，在規(guī)定的溫度下涂布于合適的瓊脂培養(yǎng)基平板上，在規(guī)定的溫度下培養(yǎng)培養(yǎng)181824h24h，平板上的菌落數(shù)小于，平板上的菌落數(shù)小于5 5個的最小稀釋度的藥物濃個的最小稀釋度的藥物濃度即為最低殺菌濃度。度即為最低殺菌濃度。 （3 3）抗菌譜）抗菌譜：某種抗生素所能抑制或殺滅病原體的范圍，：某種抗生素所能抑制或殺滅病原體的范圍，稱之為該種抗生素的抗菌譜。稱之為該種抗生素的抗菌譜。第24頁/共

23、55頁251.7 1.7 醫(yī)療用抗生素應(yīng)具備的條件醫(yī)療用抗生素應(yīng)具備的條件 （1 1）抗生素在低濃度下對多種病原菌有）抗生素在低濃度下對多種病原菌有效效高效高效 （2 2）難以使病原菌產(chǎn)生耐藥性）難以使病原菌產(chǎn)生耐藥性交叉用藥，交叉用藥，防止最重要防止最重要 （3 3）較大的差異毒性）較大的差異毒性副作用小副作用小第25頁/共55頁26產(chǎn)生菌的篩選；產(chǎn)生菌的篩選；抗菌性試驗；抗菌性試驗；提取、精制、鑒定；提取、精制、鑒定；毒性試驗；毒性試驗；藥理和臨床試驗。藥理和臨床試驗。 2生產(chǎn)前期研究 第26頁/共55頁27 Agar diffusion assayagar plate瓊脂培養(yǎng)基lawn

24、of test bacteria測 試 菌 苔filter papers soakedwith test compounds含 藥 物 濾 紙zones of inhibition(no growth)抑菌圈第27頁/共55頁28分 析 儀 器Analytical instruments現(xiàn)代分析儀器：核磁共振毛細管電泳氣相色譜高效液相色譜質(zhì)譜Modern analytical instruments: Nuclear magnetic resonance (NMR) Capillary electrophoresis(CE) Gas chromatography (GC) High perfo

25、rmance liquid chromatography (HPLC) Mass spectroscopy (MS) AutomationSensitivityAccuracy自動靈敏準確第28頁/共55頁29人工誘變法：人工誘變法：紫外線、紫外線、X-X-線、線、r-r-線照射線照射亞硝基胍、亞硝酸、秋水仙素、氮亞硝基胍、亞硝酸、秋水仙素、氮芥等誘變劑處理芥等誘變劑處理 3. 抗生素生產(chǎn)菌改良 第29頁/共55頁30基因工程Genetic Engineering Recombinant DNA Technology （DNA重組技術(shù)）克隆第30頁/共55頁31Strain Improveme

26、nt Scale-upStrain出發(fā)菌株Agar plate平板技術(shù)Primaryshake flaskEvaluation搖瓶培養(yǎng)Secondary shake flask evaluationdifferent media二級搖瓶培養(yǎng)各種培養(yǎng)基Lab fermentor evaluationProductionCondition小型發(fā)酵罐模擬生產(chǎn)條件Mastercell bankWorkingcell bankInoculumDevelopment菌種擴大培養(yǎng)Pilot plantEvaluation中試生產(chǎn)ProductionEvaluation生產(chǎn)60003003031Possibl

27、erecycle第31頁/共55頁32Scale-up（比擬放大）models models EL Gadden Jr 200 m3 Same productivity ? Limitations ?模 擬第32頁/共55頁33搖瓶發(fā)酵 Shake-flask fermentation裝液量：10% (-250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結(jié)垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧第33頁/共55頁34攪 拌 罐 發(fā) 酵 Stirred tank fermentation10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2

28、大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓第34頁/共55頁35搖 瓶 發(fā) 酵 Shake-flask 裝液量：10% (250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結(jié)垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2 大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓攪 拌 罐 發(fā) 酵 Stirred tank 第35頁/共55頁36菌種菌種 種子制備種子制備 發(fā)酵發(fā)酵 發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液預(yù)處理 提

29、取及精制提取及精制 成品包裝成品包裝4. 抗生素生產(chǎn)工藝過程Antibiotics Production Processing第36頁/共55頁37A scheme of the material flow in an antibiotic production 連消發(fā)酵罐緩沖罐種子罐第37頁/共55頁38發(fā)酵生產(chǎn)原料 Materials for FermentationCarbon source:Beet & cane molassesGlucose, lactose, starchEthanol, methanol GlycerolMaltose syrup, corn syrup

30、Cottonseed oil, peanut oil, soy oilLard oil Methyl oleate Tallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麥芽糖漿，玉米糖漿綿籽油，花生油，豆油豬油油酸甲酯油脂第38頁/共55頁39氮源:綿籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清魚粉酵母酵母膏肉粉和骨粉 Nitrogen source:Cotton seed meal Corn meal & steep liquorSoybean meal & flour Peanut meal Rapeseed mealBeef bloo

31、d, Casein hydrolysate Whey Fish mealWhole yeastYeast extractMeat & bone meal 發(fā)酵生產(chǎn)原料 Materials for Fermentation第39頁/共55頁40 培 養(yǎng) 基Media for Cell Growth & Final productionComponents Range % 組 成Glucose/ sucrose 3.0-5.0 葡萄糖/ 蔗糖Starch 淀粉 3.0-5.0Corn steep liquor 3.0-5.0Calcium carbonate 0.5-1.0 碳酸鈣

32、Phosphate 磷酸鹽 0.1-0.5Ammonium sulphate 0.1-1.0 硫酸胺Urea 尿素 0.1-0.5Oil 油 0.1-0.5Fermentation 發(fā)酵培養(yǎng)基 Components Range % 組 成Glucose 0.5-1.0Starch 0.5-5.0Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液Soy flour 1.0-5.0Phosphate 0.1-1.0Ammonium sulphate 0.5-1.0and fed periodicallyOil 1.0 and fed continuouslyCorn syrup fed

33、 continuously 玉米糖漿 連續(xù)加料 Tank seed 種子培養(yǎng)基第40頁/共55頁41Stirred tank Fermentation 攪拌發(fā)酵tpogoCgFogiColollk A C VorolsClcV toloC第41頁/共55頁425. 發(fā) 酵 控 制Fermentation Control Pressure probeLevel probepH probeTemp. probeDO probeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed第42頁/共55頁43ScaleWeight SignalPump Spe

34、edAmplifierControllerSupervisoryComputer Flow Rate Control 流量控制第43頁/共55頁44發(fā)發(fā) 酵酵 控控 制制 Fermentation control第44頁/共55頁45菌種菌種 (strain)(strain)：產(chǎn)黃青霉菌：產(chǎn)黃青霉菌 ( (Penicillium chrysogenum)孢子培養(yǎng)孢子培養(yǎng) ( (spore cultivation) )：25 25 C C, 6-7 d, 6-7 d種子培養(yǎng)種子培養(yǎng) ( (seed cultivation) )： 25 25 C C，2-3 d 2-3 d 發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng) (

35、(fermentation) )： 22-26 22-26 C C,6-7 d,6-7 d加糖控制加糖控制 ( (sugar feeding) )：殘?zhí)墙抵粒簹執(zhí)墙抵?.60.6 青 霉 素 發(fā) 酵 (1) Penicillin Fermentation第45頁/共55頁46補氮 (nitrogen feeding)：氨控制在 0.01-0.05前體 (precursor)：殘余苯乙酰胺 0.05-0.08溫度控制 (temperature)：前期 25-26 C 后期 23 C通氣與攪拌 (aeration & stir)：1 : 0.8 VVM泡沫 (foam)：天然油脂, 如豆油 青 霉 素 發(fā) 酵 (2) Penicillin Fermentation第4