青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程2012.ppt

1、1青霉素及其發(fā)酵生產(chǎn)工藝青霉素及其發(fā)酵生產(chǎn)工藝2青霉素簡(jiǎn)介青霉素簡(jiǎn)介 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu) 理化性質(zhì)理化性質(zhì) 抗菌作用和臨床應(yīng)用抗菌作用和臨床應(yīng)用青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝 菌種菌種 發(fā)酵工藝流程發(fā)酵工藝流程 培養(yǎng)基培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)控制發(fā)酵培養(yǎng)控制 提取精制提取精制 3青霉素的發(fā)現(xiàn)青霉素的發(fā)現(xiàn) 1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Fleming發(fā)現(xiàn)污染在培養(yǎng)葡萄發(fā)現(xiàn)污染在培養(yǎng)葡萄球菌的雙蝶上的一株霉菌能球菌的雙蝶上的一株霉菌能殺死周圍的葡萄球菌。他將殺死周圍的葡萄球菌。他將此霉菌分離純化后得到的菌此霉菌分離純化后得到的菌株鑒定為青霉，并將這菌產(chǎn)株鑒定為青霉，并將這菌產(chǎn)生的抗

2、生物質(zhì)命名為青霉素生的抗生物質(zhì)命名為青霉素。41940年，英國(guó)年，英國(guó)Florey和和Chain進(jìn)一步研究進(jìn)一步研究此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉素此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉素制品。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)證明，它毒性很制品。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)證明，它毒性很小，并對(duì)一些革蘭氏陽性菌所引起的許多小，并對(duì)一些革蘭氏陽性菌所引起的許多疾病有卓越療效疾病有卓越療效。5青霉素類抗生素青霉素類抗生素 青霉素青霉素(Penicillin)又稱盤尼西林，是人類發(fā)現(xiàn)的又稱盤尼西林，是人類發(fā)現(xiàn)的第一種抗生素，也是目前全球銷量最大的抗生素。第一種抗生素，也是目前全球銷量最大的抗生素。 青霉素是青霉素是- -內(nèi)酰胺

3、類抗生素中的一類，是分子中內(nèi)酰胺類抗生素中的一類，是分子中含有青霉烷、能破壞細(xì)菌細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的含有青霉烷、能破壞細(xì)菌細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的系列生長(zhǎng)期起殺菌作用的一類抗生素。系列生長(zhǎng)期起殺菌作用的一類抗生素。 一種高效、低毒、臨床應(yīng)用廣泛的重要抗生素。一種高效、低毒、臨床應(yīng)用廣泛的重要抗生素。它的研制成功大大增強(qiáng)了人類抵抗細(xì)菌性感染的它的研制成功大大增強(qiáng)了人類抵抗細(xì)菌性感染的能力，帶動(dòng)了抗生素家族的誕生。能力，帶動(dòng)了抗生素家族的誕生。6青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu) 青霉素是青霉素是- -內(nèi)酰胺類抗生素中的一內(nèi)酰胺類抗生素中的一類，具有類，具有- -內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)；是分子中內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)；是分

4、子中含有含有青霉素母核（青霉素母核（青霉烷青霉烷）的多種化合）的多種化合物的總稱。物的總稱。分子結(jié)構(gòu)球棍模型分子結(jié)構(gòu)球棍模型-內(nèi)酰胺環(huán)內(nèi)酰胺環(huán)6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸7 青霉素類抗生素青霉素類抗生素 NSOCH3CH3COOHHHHNONSOCH3CH3COOHHHHNOHONSOCH3CH3COOHHHHNOO 霉菌屬的青霉菌發(fā)酵液中提取，天然青霉素有多種G、V、N、K、X、其中PG的活性最高、產(chǎn)量最高 。 NSOCH3COOHHHHNOH3CNSOCH3COOHHHHNOHONH2O8OHHNSRCONHCH3CH3COOHH12345672S，5R，6R青霉素理化性質(zhì)青霉素理化性質(zhì)一

5、元有機(jī)酸一元有機(jī)酸一般的羧酸一般的羧酸 Pka 4-6PG Pka 2.7（解離常數(shù)）（解離常數(shù)）9不穩(wěn)定性不穩(wěn)定性 內(nèi)酰胺環(huán)是青霉素中最內(nèi)酰胺環(huán)是青霉素中最不穩(wěn)定的部分，原因：不穩(wěn)定的部分，原因： 1 1、四元環(huán)和五元環(huán)稠合，、四元環(huán)和五元環(huán)稠合，環(huán)的張力大環(huán)的張力大 2 2、兩個(gè)環(huán)不在同一平面，、兩個(gè)環(huán)不在同一平面，青霉素結(jié)構(gòu)中青霉素結(jié)構(gòu)中-內(nèi)酰胺環(huán)內(nèi)酰胺環(huán)中羰基和氮原子的孤對(duì)電中羰基和氮原子的孤對(duì)電子不能共軛，子不能共軛， 易受到親核易受到親核性或親電性試劑的進(jìn)攻，性或親電性試劑的進(jìn)攻，使使-內(nèi)酰胺環(huán)破裂。內(nèi)酰胺環(huán)破裂。OHHNSRCONHCH3CH3COOHH12345672S，5R，

6、6R-內(nèi)酰胺環(huán)對(duì)水、光、熱、酸、堿、酶、內(nèi)酰胺環(huán)對(duì)水、光、熱、酸、堿、酶、醇、胺不穩(wěn)定，醇、胺不穩(wěn)定，-環(huán)開裂、活性降低或消失環(huán)開裂、活性降低或消失10對(duì)堿或酶對(duì)堿或酶(-(-內(nèi)酰胺酶內(nèi)酰胺酶) )不穩(wěn)定，水解不穩(wěn)定，水解11對(duì)稀酸不穩(wěn)定，發(fā)生重排；對(duì)稀酸不穩(wěn)定，發(fā)生重排；PH=4PH=4青霉二酸青霉二酸青霉醛青霉醛青霉胺青霉胺-CO2NHOSHOOHHNHOH+H+NSOHHNHHOSOHNHOOONPenillic AcidH+pH=4.0HOOCNHOCHOCOOHSHNH2Penilloaldehyde+Penicillamine對(duì)羰基親核反應(yīng)對(duì)羰基親核反應(yīng)分解分解重排重排12對(duì)強(qiáng)酸不

7、穩(wěn)定，發(fā)生重排對(duì)強(qiáng)酸不穩(wěn)定，發(fā)生重排 PH=2 or HgClPH=2 or HgCl2 2 青霉酸青霉酸 + + 青霉醛酸青霉醛酸 青霉醛青霉醛NHOSHOOHHNHONHOSOHHNHHONHOCH ONHOCH OHOO C-CO2Penilloic AcidPenilloaldehyde+H+ or H gCl2Penaldic A cda a-環(huán)開裂環(huán)開裂,-CO,-CO2 2abb13青霉素的理化性質(zhì)青霉素的理化性質(zhì) 青霉素本身為一元有機(jī)酸，可與鉀、鈉、鎂、鈣、鋁和銨等化合成鹽青霉素本身為一元有機(jī)酸，可與鉀、鈉、鎂、鈣、鋁和銨等化合成鹽類。類。 青霉素游離酸易溶于醇、酸、醚、酯等一

8、般有機(jī)溶劑，但在碳?xì)浠锨嗝顾赜坞x酸易溶于醇、酸、醚、酯等一般有機(jī)溶劑，但在碳?xì)浠衔镏腥芙舛群苄?；在水中溶解度也很小，且?huì)迅速喪失抗菌能力。物中溶解度很??；在水中溶解度也很小，且會(huì)迅速喪失抗菌能力。 青霉素金屬鹽類極易溶于水；幾乎不溶于乙醚、氯仿、醋酸戊酯，略青霉素金屬鹽類極易溶于水；幾乎不溶于乙醚、氯仿、醋酸戊酯，略溶于乙醇、丁醇、酮類和醋酸乙酯。溶于乙醇、丁醇、酮類和醋酸乙酯。 青霉素鈉鹽、銨鹽、鉀鹽吸濕性依次減小，鈉鹽比鉀鹽更不易保存。青霉素鈉鹽、銨鹽、鉀鹽吸濕性依次減小，鈉鹽比鉀鹽更不易保存。 青霉素游離酸不耐熱，一般保存于冰箱中；但青霉素鹽的結(jié)晶純品，青霉素游離酸不耐熱，一般保存于

9、冰箱中；但青霉素鹽的結(jié)晶純品，穩(wěn)定性很好，在干燥條件下可于室溫保存數(shù)年。穩(wěn)定性很好，在干燥條件下可于室溫保存數(shù)年。 青霉素鉀鹽結(jié)晶，青霉素鉀鹽結(jié)晶，150 150 加熱加熱1.5h1.5h效價(jià)無影響，因此結(jié)晶青霉素可效價(jià)無影響，因此結(jié)晶青霉素可干熱滅菌。干熱滅菌。 青霉素臨床上一般用其鈉鹽、鉀鹽或普魯卡因鹽，增強(qiáng)水溶性。青霉素臨床上一般用其鈉鹽、鉀鹽或普魯卡因鹽，增強(qiáng)水溶性。 粉針劑，有效期粉針劑，有效期2 2年年 臨床用粉針劑，現(xiàn)用現(xiàn)配臨床用粉針劑，現(xiàn)用現(xiàn)配14抗菌作用和臨床應(yīng)用抗菌作用和臨床應(yīng)用青霉素主要抑制革蘭氏陽性細(xì)菌，但對(duì)某青霉素主要抑制革蘭氏陽性細(xì)菌，但對(duì)某些革蘭氏陰性細(xì)菌，螺旋體

10、及放線菌也有些革蘭氏陰性細(xì)菌，螺旋體及放線菌也有較強(qiáng)的抗菌作用。青霉素的抗菌作用與抑較強(qiáng)的抗菌作用。青霉素的抗菌作用與抑制細(xì)胞壁的合成有關(guān)。制細(xì)胞壁的合成有關(guān)。青霉素臨床上用于治療葡萄球菌傳染癥如青霉素臨床上用于治療葡萄球菌傳染癥如腦膜炎、化膿炎、骨髓炎等，溶血性鏈球腦膜炎、化膿炎、骨髓炎等，溶血性鏈球菌傳染癥如腹膜炎、產(chǎn)褥熱，以及肺炎、菌傳染癥如腹膜炎、產(chǎn)褥熱，以及肺炎、淋病、梅毒和炭疽等。淋病、梅毒和炭疽等。15青霉素的應(yīng)用青霉素的應(yīng)用 溶血性鏈球菌感染。溶血性鏈球菌感染。 肺炎鏈球菌感染。肺炎鏈球菌感染。 不產(chǎn)青霉素酶葡萄球菌感染。不產(chǎn)青霉素酶葡萄球菌感染。 炭疽。炭疽。 破傷風(fēng)、氣性球

11、疽等梭狀芽孢桿菌感破傷風(fēng)、氣性球疽等梭狀芽孢桿菌感 鉤端螺旋體病。鉤端螺旋體病。 流行性腦脊髓膜炎。流行性腦脊髓膜炎。 放線菌病。放線菌病。 淋病。淋病。 除脆弱擬桿菌以外的許多厭氧菌感染。除脆弱擬桿菌以外的許多厭氧菌感染。 青霉素與氨基糖苷燈藥物聯(lián)合用于治療草綠色鏈球菌心內(nèi)青霉素與氨基糖苷燈藥物聯(lián)合用于治療草綠色鏈球菌心內(nèi)膜炎。膜炎。16青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝1718青霉素制備的一般流程圖青霉素制備的一般流程圖菌種菌種孢子制備孢子制備種子制備種子制備發(fā)酵發(fā)酵發(fā)酵液預(yù)處理及種子加濾發(fā)酵液預(yù)處理及種子加濾提取及精制提取及精制成品檢驗(yàn)成品檢驗(yàn)成品包裝成品包裝前體前體發(fā)酵階段發(fā)酵階段提

12、取精制提取精制19菌種菌種 目前國(guó)內(nèi)青霉素生產(chǎn)菌按其在深層培目前國(guó)內(nèi)青霉素生產(chǎn)菌按其在深層培養(yǎng)中菌絲的形態(tài)分為絲狀菌和球狀菌兩種，養(yǎng)中菌絲的形態(tài)分為絲狀菌和球狀菌兩種，根據(jù)絲狀菌產(chǎn)生孢子的顏色又分為黃孢子根據(jù)絲狀菌產(chǎn)生孢子的顏色又分為黃孢子絲狀菌和綠孢子絲狀菌，常用菌種為綠孢絲狀菌和綠孢子絲狀菌，常用菌種為綠孢子絲狀菌，如子絲狀菌，如產(chǎn)黃青霉素產(chǎn)黃青霉素。20菌種菌種 青霉素最初生產(chǎn)菌為音符型青霉菌，生青霉素最初生產(chǎn)菌為音符型青霉菌，生產(chǎn)能力僅為幾十個(gè)單位，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)能力僅為幾十個(gè)單位，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。后來發(fā)現(xiàn)適合深層培養(yǎng)的新菌產(chǎn)需要。后來發(fā)現(xiàn)適合深層培養(yǎng)的新菌種種產(chǎn)黃青霉，生產(chǎn)能

13、力產(chǎn)黃青霉，生產(chǎn)能力100U/ml100U/ml，經(jīng)不，經(jīng)不斷誘變選育，目前平均生產(chǎn)能力斷誘變選育，目前平均生產(chǎn)能力66000-66000-70000U/ml70000U/ml，國(guó)際最高生產(chǎn)能力已超，國(guó)際最高生產(chǎn)能力已超100000U/ml100000U/ml。21青霉素產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)過程青霉素產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)過程分生孢子發(fā)芽期分生孢子發(fā)芽期菌絲繁殖期菌絲繁殖期脂肪粒形成期脂肪粒形成期脂肪粒減少，小空孢脂肪粒減少，小空孢大空孢大空孢自溶自溶菌絲生長(zhǎng)期菌絲生長(zhǎng)期青霉素分泌期青霉素分泌期菌絲自溶期菌絲自溶期22 14期為菌絲生長(zhǎng)期，期為菌絲生長(zhǎng)期，3期的菌體適宜為種期的菌體適宜為種子。子。45期為生產(chǎn)期

14、，生產(chǎn)能力最強(qiáng)，通過工期為生產(chǎn)期，生產(chǎn)能力最強(qiáng)，通過工程措施，延長(zhǎng)此期，獲得高產(chǎn)。程措施，延長(zhǎng)此期，獲得高產(chǎn)。在第六期到來之前結(jié)束發(fā)酵。在第六期到來之前結(jié)束發(fā)酵。23青霉素發(fā)酵過程中的代謝變化分為青霉素發(fā)酵過程中的代謝變化分為菌體生長(zhǎng)、青霉菌體生長(zhǎng)、青霉素合成和菌體自溶素合成和菌體自溶三個(gè)階段。三個(gè)階段。菌體生長(zhǎng)階段菌體生長(zhǎng)階段：發(fā)酵培養(yǎng)基接種后生產(chǎn)菌在合：發(fā)酵培養(yǎng)基接種后生產(chǎn)菌在合適的環(huán)境中經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，即開始發(fā)育、適的環(huán)境中經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)，即開始發(fā)育、生長(zhǎng)和繁殖，直至達(dá)到菌體的臨界濃度。生長(zhǎng)和繁殖，直至達(dá)到菌體的臨界濃度。 青霉素合成階段青霉素合成階段：這個(gè)階段主要合成青霉素，：這個(gè)

15、階段主要合成青霉素，青霉素的生產(chǎn)速率達(dá)到最大，并一直維持到青青霉素的生產(chǎn)速率達(dá)到最大，并一直維持到青霉素合成能力衰退。在這個(gè)階段，菌體重量有霉素合成能力衰退。在這個(gè)階段，菌體重量有所增加，但產(chǎn)生菌的呼吸強(qiáng)度一般無顯著變化。所增加，但產(chǎn)生菌的呼吸強(qiáng)度一般無顯著變化。菌體自溶階段菌體自溶階段：這個(gè)階段菌體衰老，細(xì)胞開始：這個(gè)階段菌體衰老，細(xì)胞開始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生產(chǎn)速率自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生產(chǎn)速率下降，氨基氮增加，下降，氨基氮增加，PHPH上升。上升。24 絲狀菌三級(jí)絲狀菌三級(jí)發(fā)酵發(fā)酵工藝流程工藝流程冷凍管（冷凍管（2525C C，孢子培養(yǎng)，孢子培養(yǎng)，7 7天）天）斜面

16、母瓶斜面母瓶（2525C C，孢子培養(yǎng)，孢子培養(yǎng)，7 7天）天）大米孢子（大米孢子（2626C C，種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)56h56h）一級(jí)種子培養(yǎng)液（一級(jí)種子培養(yǎng)液（2727C C，種，種子培養(yǎng)，子培養(yǎng)，24h24h）二級(jí)種子培養(yǎng)液（二級(jí)種子培養(yǎng)液（27262726C,C,發(fā)酵發(fā)酵,7,7天）天）發(fā)酵發(fā)酵液。液。25青霉素青霉素發(fā)酵過程發(fā)酵過程 青霉素發(fā)酵時(shí)，青霉素生產(chǎn)菌在青霉素發(fā)酵時(shí)，青霉素生產(chǎn)菌在合適的培養(yǎng)基、合適的培養(yǎng)基、PHPH、溫度和通氣攪拌溫度和通氣攪拌等發(fā)酵條件下進(jìn)行生長(zhǎng)并合成青霉素。等發(fā)酵條件下進(jìn)行生長(zhǎng)并合成青霉素。 發(fā)酵開始前，有關(guān)設(shè)備和培養(yǎng)基（主要是碳源、氮源、發(fā)酵開始前，有關(guān)

17、設(shè)備和培養(yǎng)基（主要是碳源、氮源、前體和無機(jī)鹽等）必須先經(jīng)過前體和無機(jī)鹽等）必須先經(jīng)過滅菌滅菌，后接入種子。，后接入種子。 在整個(gè)過程中，需要不斷通氣和攪拌，維持一定的罐在整個(gè)過程中，需要不斷通氣和攪拌，維持一定的罐溫和罐壓，在發(fā)酵過程中往往要加入溫和罐壓，在發(fā)酵過程中往往要加入泡沫劑泡沫劑，假如酸，假如酸堿控制發(fā)酵液的堿控制發(fā)酵液的PHPH，還需要間歇或連續(xù)的加入葡萄糖，還需要間歇或連續(xù)的加入葡萄糖及銨鹽等化合物以補(bǔ)充及銨鹽等化合物以補(bǔ)充碳源及氮源碳源及氮源，或補(bǔ)進(jìn)其他料液，或補(bǔ)進(jìn)其他料液和前體等以促進(jìn)青霉素的生產(chǎn)。和前體等以促進(jìn)青霉素的生產(chǎn)。26青霉素的發(fā)酵青霉素的發(fā)酵 發(fā)酵工藝控制：發(fā)酵工

18、藝控制： 1.基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度 2.培養(yǎng)基成分的控制培養(yǎng)基成分的控制 3.溫度溫度 4. pH 值、溶氧值、溶氧 5.菌絲狀態(tài)菌絲狀態(tài) 6.泡沫的控制泡沫的控制27發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制 1.基質(zhì)濃度基質(zhì)濃度 ： 在發(fā)酵過程中，常常因?yàn)榍捌诨|(zhì)量濃度過在發(fā)酵過程中，常常因?yàn)榍捌诨|(zhì)量濃度過高，對(duì)生物合成酶系產(chǎn)生阻遏或?qū)z生長(zhǎng)產(chǎn)生高，對(duì)生物合成酶系產(chǎn)生阻遏或?qū)z生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制 , 苯乙酸的生長(zhǎng)抑苯乙酸的生長(zhǎng)抑制）制）, 而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長(zhǎng)和產(chǎn)物而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成合成 。 所以，所以， 在青霉素發(fā)酵中通常采用補(bǔ)料

19、分批操在青霉素發(fā)酵中通常采用補(bǔ)料分批操作法作法 ，以維持一定的最適濃度，以維持一定的最適濃度 。28發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制2.培養(yǎng)基成分的控制培養(yǎng)基成分的控制 : A.碳源：碳源： 發(fā)酵中常用乳酸或葡萄糖。發(fā)酵中常用乳酸或葡萄糖。 乳糖最為便宜，但因貨源較少，很多國(guó)家采用乳糖最為便宜，但因貨源較少，很多國(guó)家采用葡萄糖代替。但當(dāng)葡萄糖濃度超過一定限度時(shí)，會(huì)葡萄糖代替。但當(dāng)葡萄糖濃度超過一定限度時(shí)，會(huì)過分加速菌體的呼吸，以至培養(yǎng)基中的溶解氧不能過分加速菌體的呼吸，以至培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間代謝物不能完全氧化而積累滿足需要，使一些中間代謝物不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中，導(dǎo)致

20、在菌體或培養(yǎng)基中，導(dǎo)致pH下降，影響某些酶的活下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。性，從而抑制微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的合成。 目前普遍采用淀粉的酶水解產(chǎn)物，葡萄糖化液流目前普遍采用淀粉的酶水解產(chǎn)物，葡萄糖化液流加，以降低成本。加，以降低成本。29發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制 B.氮源：氮源： 主要有機(jī)氮源為玉米漿、棉籽餅粉、主要有機(jī)氮源為玉米漿、棉籽餅粉、花生餅粉、酵母粉、蛋白胨等?；ㄉ灧?、酵母粉、蛋白胨等。 玉米漿為較理想的氮源，含固體量少，有利玉米漿為較理想的氮源，含固體量少，有利于通氣及氧的傳遞，因而利用率較高。于通氣及氧的傳遞，因而利用率較高。 有機(jī)氮源還可以提供一部分

21、有機(jī)磷，供菌體有機(jī)氮源還可以提供一部分有機(jī)磷，供菌體生長(zhǎng)。無機(jī)氮如硝酸鹽、尿素、硫酸銨等可適量生長(zhǎng)。無機(jī)氮如硝酸鹽、尿素、硫酸銨等可適量使用。使用。30發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制 C.無機(jī)鹽：無機(jī)鹽： 碳酸鈣用來中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的雜酸，并控制發(fā)酵碳酸鈣用來中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的雜酸，并控制發(fā)酵液的液的pH值值 為菌體提供營(yíng)養(yǎng)的無機(jī)磷源一般采用磷酸二氫鉀。為菌體提供營(yíng)養(yǎng)的無機(jī)磷源一般采用磷酸二氫鉀。 另外加入硫代硫酸鈉或硫酸鈉以提供青霉素分子中所另外加入硫代硫酸鈉或硫酸鈉以提供青霉素分子中所需的硫。需的硫。 鐵離子對(duì)青霉素有毒害作用，應(yīng)嚴(yán)格控制發(fā)酵液中鐵鐵離子對(duì)青霉素有毒害作用，應(yīng)嚴(yán)格控制發(fā)酵液中

22、鐵含量在含量在30ug/mL以下?，F(xiàn)在還有一些工廠采用鐵罐發(fā)酵，以下?，F(xiàn)在還有一些工廠采用鐵罐發(fā)酵，在發(fā)酵過程中鐵離子便逐漸進(jìn)入發(fā)酵液；發(fā)酵時(shí)間愈長(zhǎng)，在發(fā)酵過程中鐵離子便逐漸進(jìn)入發(fā)酵液；發(fā)酵時(shí)間愈長(zhǎng)，則鐵離子愈多。鐵離子在則鐵離子愈多。鐵離子在50g/ml以上便會(huì)影響青霉素的以上便會(huì)影響青霉素的合成。所以青霉素的發(fā)酵罐采用不銹鋼制造為宜。合成。所以青霉素的發(fā)酵罐采用不銹鋼制造為宜。31發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制 D.前體：前體： 前體的加入是青霉素發(fā)酵的關(guān)鍵問題之一。前體的加入是青霉素發(fā)酵的關(guān)鍵問題之一。 添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借?；D(zhuǎn)移的作用，添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借酰基轉(zhuǎn)移的作用

23、，將苯乙酸轉(zhuǎn)入青霉素分子，提高青霉素將苯乙酸轉(zhuǎn)入青霉素分子，提高青霉素G的生產(chǎn)強(qiáng)度。的生產(chǎn)強(qiáng)度。 但苯乙酸對(duì)發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。但苯乙酸對(duì)發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。 也有采用苯乙酸月桂醇酯，其優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)酵中月桂醇也有采用苯乙酸月桂醇酯，其優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)酵中月桂醇酯水解，苯乙酸結(jié)合進(jìn)青霉素成品。而月桂酸作為細(xì)菌營(yíng)酯水解，苯乙酸結(jié)合進(jìn)青霉素成品。而月桂酸作為細(xì)菌營(yíng)養(yǎng)劑及發(fā)酵液消沫劑，且其毒性比苯乙酸小，但價(jià)格較貴。養(yǎng)劑及發(fā)酵液消沫劑，且其毒性比苯乙酸小，但價(jià)格較貴。 前體要在發(fā)酵開始前體要在發(fā)酵開始20h后加入，并在整個(gè)發(fā)酵過程中后加入，并在整個(gè)發(fā)酵過程中控制在控制在50g/ml左右

24、。前體用量大于左右。前體用量大于0.1%時(shí)，青霉素的生時(shí)，青霉素的生物合成均下降。所以一般發(fā)酵液中前體濃度以始終維持在物合成均下降。所以一般發(fā)酵液中前體濃度以始終維持在0.1%為宜。為宜。32發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制3.溫度溫度 ： 青霉素發(fā)酵的最適溫度隨所用菌株的不同可青霉素發(fā)酵的最適溫度隨所用菌株的不同可能稍有差別能稍有差別 , 但一般認(rèn)為應(yīng)在但一般認(rèn)為應(yīng)在25 C 左右。溫度左右。溫度過高將明顯降低發(fā)酵產(chǎn)率過高將明顯降低發(fā)酵產(chǎn)率 , 同時(shí)增加葡萄糖的維同時(shí)增加葡萄糖的維持消耗持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的轉(zhuǎn)化率。對(duì)菌絲降低葡萄糖至青霉素的轉(zhuǎn)化率。對(duì)菌絲生長(zhǎng)和青霉素合成來說生長(zhǎng)和青霉素合

25、成來說 , 最適溫度不是一樣的最適溫度不是一樣的, 一一般前者略高于后者般前者略高于后者, 故有的發(fā)酵過程在菌絲生長(zhǎng)故有的發(fā)酵過程在菌絲生長(zhǎng)階段采用較高的溫度，以縮短生長(zhǎng)時(shí)間階段采用較高的溫度，以縮短生長(zhǎng)時(shí)間, 到達(dá)生到達(dá)生產(chǎn)階段后便適當(dāng)降低溫度產(chǎn)階段后便適當(dāng)降低溫度 , 以利于青霉素的合成。以利于青霉素的合成。 33發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制4. pH 值、溶氧值、溶氧 ： pHpH值：青霉素值：青霉素發(fā)酵發(fā)酵的最適的最適pH pH 值一般認(rèn)為在值一般認(rèn)為在6.87.2 左右左右, , 應(yīng)盡量避免應(yīng)盡量避免 pH pH 值超過值超過7.07.0。因?yàn)榍嗝顾卦趬A性條。因?yàn)榍嗝顾卦趬A性條件下不穩(wěn)定

26、件下不穩(wěn)定, ,容易加速其水解。容易加速其水解。 溶氧溶氧: :對(duì)于好氧的青霉素發(fā)酵來說對(duì)于好氧的青霉素發(fā)酵來說, ,溶氧濃度是影響溶氧濃度是影響發(fā)發(fā)酵酵過程的一個(gè)重要因素。當(dāng)溶氧濃度降到過程的一個(gè)重要因素。當(dāng)溶氧濃度降到30%30%飽和度以下飽和度以下時(shí)時(shí), ,青霉素產(chǎn)率急劇下降青霉素產(chǎn)率急劇下降, ,低于低于10%10%飽和度時(shí)飽和度時(shí), ,則造成不可逆則造成不可逆的損害。溶氧濃度過高的損害。溶氧濃度過高, ,說明菌絲生長(zhǎng)不良或加糖率過低說明菌絲生長(zhǎng)不良或加糖率過低, ,造成呼吸強(qiáng)度下降造成呼吸強(qiáng)度下降, ,同樣影響生產(chǎn)能力的發(fā)揮。同樣影響生產(chǎn)能力的發(fā)揮。 在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維

27、持一定罐溫。在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定罐溫。 在整個(gè)發(fā)酵過程中，需不斷通無菌空氣和攪拌，以維在整個(gè)發(fā)酵過程中，需不斷通無菌空氣和攪拌，以維持一定罐壓或溶氧。持一定罐壓或溶氧。345. 菌絲狀態(tài)：菌絲狀態(tài)：菌絲濃度：發(fā)酵過程中必須控制菌絲菌絲濃度：發(fā)酵過程中必須控制菌絲濃度不超過濃度不超過臨界菌體濃度臨界菌體濃度, , 從而使氧從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上達(dá)到平衡。平上達(dá)到平衡。菌絲生長(zhǎng)速度：在葡萄糖限制生長(zhǎng)的菌絲生長(zhǎng)速度：在葡萄糖限制生長(zhǎng)的條件下，當(dāng)比生長(zhǎng)速率低于條件下，當(dāng)比生長(zhǎng)速率低于0.015h-10.015h-1時(shí)，比生產(chǎn)速率與

28、比生長(zhǎng)速率成正比。時(shí)，比生產(chǎn)速率與比生長(zhǎng)速率成正比。因此因此, , 要在發(fā)酵過程中達(dá)到并維持最要在發(fā)酵過程中達(dá)到并維持最大比生產(chǎn)速率大比生產(chǎn)速率, ,必須使比生長(zhǎng)速率不低必須使比生長(zhǎng)速率不低0.015h-10.015h-1。菌絲形態(tài)：青霉素產(chǎn)生菌分化主要呈菌絲形態(tài)：青霉素產(chǎn)生菌分化主要呈絲狀生長(zhǎng)和結(jié)球生長(zhǎng)兩種形態(tài)。在絲絲狀生長(zhǎng)和結(jié)球生長(zhǎng)兩種形態(tài)。在絲狀菌發(fā)酵中狀菌發(fā)酵中, , 控制菌絲形態(tài)使其保持控制菌絲形態(tài)使其保持適當(dāng)?shù)姆种Ш烷L(zhǎng)度適當(dāng)?shù)姆种Ш烷L(zhǎng)度, , 并避免結(jié)球并避免結(jié)球 , , 是是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀菌發(fā)酵中菌發(fā)酵中, , 使菌絲球保持適當(dāng)大

29、小和使菌絲球保持適當(dāng)大小和松緊松緊, ,并盡量減少游離菌絲的含量并盡量減少游離菌絲的含量, , 也也是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。35發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制6.泡沫的控制泡沫的控制 ： 在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量泡沫在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量泡沫, 可以用天然油脂可以用天然油脂, 如豆油、如豆油、玉米油等或用化學(xué)合成消泡劑玉米油等或用化學(xué)合成消泡劑 “ 泡敵泡敵 ” 來消泡。來消泡。 應(yīng)當(dāng)控制其用量并要少量多次加入應(yīng)當(dāng)控制其用量并要少量多次加入, 尤其在發(fā)酵前期尤其在發(fā)酵前期不宜多用不宜多用, 否則會(huì)影響菌體的呼吸代謝否則會(huì)影響菌體的呼吸代謝 。 加消沫劑控制泡沫，

30、必要時(shí)還加入酸、堿以調(diào)節(jié)發(fā)加消沫劑控制泡沫，必要時(shí)還加入酸、堿以調(diào)節(jié)發(fā)酵液的酵液的pHpH。36染染 菌菌 處處 理理 染菌是發(fā)酵工業(yè)長(zhǎng)期以來不能徹底解染菌是發(fā)酵工業(yè)長(zhǎng)期以來不能徹底解決的問題，因此如何解決染菌問題就成了決的問題，因此如何解決染菌問題就成了發(fā)酵工業(yè)的工作重點(diǎn)之一。要解決染菌問發(fā)酵工業(yè)的工作重點(diǎn)之一。要解決染菌問題首要問題就是要能檢測(cè)出是否染菌。題首要問題就是要能檢測(cè)出是否染菌。 染菌通常通過三個(gè)途徑發(fā)現(xiàn)：無菌試染菌通常通過三個(gè)途徑發(fā)現(xiàn)：無菌試驗(yàn)，發(fā)酵液直接鏡檢，發(fā)酵液的生化分析。驗(yàn)，發(fā)酵液直接鏡檢，發(fā)酵液的生化分析。其中無菌試驗(yàn)是判斷染菌的主要依據(jù)。其中無菌試驗(yàn)是判斷染菌的主要

31、依據(jù)。 37染染 菌菌 的的 處處 理理 染菌在發(fā)酵過程的每個(gè)階段都可能發(fā)生，下面就染菌在發(fā)酵過程的每個(gè)階段都可能發(fā)生，下面就各個(gè)不同的階段的染菌情況和處理辦法一一說明。各個(gè)不同的階段的染菌情況和處理辦法一一說明。 種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)期染菌 發(fā)酵前期染菌發(fā)酵前期染菌 發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌 發(fā)酵后期染菌發(fā)酵后期染菌 38染染 菌菌 的的 處處 理理 種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)期染菌 種子培養(yǎng)主要是生長(zhǎng)繁殖菌體。此時(shí)菌體濃種子培養(yǎng)主要是生長(zhǎng)繁殖菌體。此時(shí)菌體濃度低，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，因此容易染菌。種子培度低，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)豐富，因此容易染菌。種子培養(yǎng)期染菌，帶進(jìn)發(fā)酵罐中的危害極大，應(yīng)嚴(yán)格控養(yǎng)期染菌，

32、帶進(jìn)發(fā)酵罐中的危害極大，應(yīng)嚴(yán)格控制種子污染。當(dāng)發(fā)現(xiàn)種子受污染后均應(yīng)滅菌后棄制種子污染。當(dāng)發(fā)現(xiàn)種子受污染后均應(yīng)滅菌后棄去，并對(duì)種子罐、管道進(jìn)行檢查和徹底滅菌。去，并對(duì)種子罐、管道進(jìn)行檢查和徹底滅菌。 返返 回回39染染 菌菌 的的 處處 理理 發(fā)酵前期染菌發(fā)酵前期染菌 發(fā)酵前朗主要是菌體生長(zhǎng)繁殖，代謝產(chǎn)物生發(fā)酵前朗主要是菌體生長(zhǎng)繁殖，代謝產(chǎn)物生成很少，染菌后雜菌容易繁殖，與生產(chǎn)菌爭(zhēng)奪營(yíng)成很少，染菌后雜菌容易繁殖，與生產(chǎn)菌爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)成分和氧分，嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)養(yǎng)成分和氧分，嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)物的生成，因此要特別注意發(fā)酵前期的染菌。當(dāng)物的生成，因此要特別注意發(fā)酵前期的染菌。當(dāng)發(fā)酵

33、前期染菌時(shí)，由于營(yíng)養(yǎng)成分消耗不多，能耗發(fā)酵前期染菌時(shí)，由于營(yíng)養(yǎng)成分消耗不多，能耗也不大，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮應(yīng)迅速重新滅菌，也不大，從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮應(yīng)迅速重新滅菌，補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)成分，重新接種進(jìn)行發(fā)酵。補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)成分，重新接種進(jìn)行發(fā)酵。 返返 回回40染染 菌菌 的的 處處 理理 發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌 發(fā)酵中期染菌將嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的代謝，影發(fā)酵中期染菌將嚴(yán)重干擾生產(chǎn)菌的代謝，影響產(chǎn)物的生成。如產(chǎn)酸，產(chǎn)泡沫，使菌體自溶，響產(chǎn)物的生成。如產(chǎn)酸，產(chǎn)泡沫，使菌體自溶，使發(fā)酵液變臭等。發(fā)酵中期染菌，由于營(yíng)養(yǎng)成分使發(fā)酵液變臭等。發(fā)酵中期染菌，由于營(yíng)養(yǎng)成分大量消耗，一般挽救處理困難，危害性大，發(fā)酵大

34、量消耗，一般挽救處理困難，危害性大，發(fā)酵中期染菌應(yīng)做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，通常做法是中期染菌應(yīng)做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，通常做法是“倒罐倒罐”，即用一罐沒有染菌的發(fā)酵液與染菌的，即用一罐沒有染菌的發(fā)酵液與染菌的發(fā)酵液混合，使有害菌濃度下降，生產(chǎn)菌濃度提發(fā)酵液混合，使有害菌濃度下降，生產(chǎn)菌濃度提高進(jìn)而重新成為優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)菌群。顯然，倒罐必然高進(jìn)而重新成為優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)菌群。顯然，倒罐必然造成物料消耗和操作費(fèi)用的增加。造成物料消耗和操作費(fèi)用的增加。 返返 回回41染染 菌菌 的的 處處 理理 發(fā)酵后期染菌發(fā)酵后期染菌 發(fā)酵后期產(chǎn)物積累較多，效價(jià)已經(jīng)很高，營(yíng)發(fā)酵后期產(chǎn)物積累較多，效價(jià)已經(jīng)很高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)接近耗盡，此時(shí)如染菌量不多，可繼續(xù)進(jìn)養(yǎng)物質(zhì)接近耗盡，此時(shí)如染菌量不多，可繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，如嚴(yán)重污染也可提前放罐，停止發(fā)酵，行發(fā)酵，如嚴(yán)重污染也可提前放罐，停止發(fā)酵，這在經(jīng)濟(jì)上往往是合算的。這在經(jīng)