抗生素發(fā)酵生產(chǎn)工藝

1、抗生素發(fā)酵消費(fèi)工藝09級(jí)生工一第三組抗生素概述鏈霉素的發(fā)酵消費(fèi)工藝略青霉素的發(fā)酵消費(fèi)工藝123 抗生素的分類 抗生素的化學(xué)構(gòu)造 抗生素消費(fèi)的技術(shù)需求 抗生素的定義與命名早期定義現(xiàn)代定義抗生素是一種微生物產(chǎn)生的，能抑制或干擾其他微生物生長，甚至殺死它種微生物的一種化學(xué)物質(zhì)?？股厥俏⑸铩⒅参锖蛣?dòng)物產(chǎn)生的或化學(xué)合成獲得的，可以在低微濃度下有選擇地抑制或殺滅它種生物的有機(jī)物質(zhì)。根據(jù)化學(xué)構(gòu)造和性質(zhì)。如，具有四環(huán)素構(gòu)造的一類化學(xué)物質(zhì)為四環(huán)素類抗生素。根據(jù)來源生物的屬名。如，來源于青霉菌的抗生素為青霉素；以一些習(xí)慣性俗名、發(fā)現(xiàn)的地名等命名。如，正定霉素、井岡霉素、金霉素和土霉素等；命名原那么 抗生素的分

2、類2 抗生素的化學(xué)構(gòu)造3 抗生素消費(fèi)的技術(shù)需求4 抗生素的定義與命名1生物來源作用機(jī)理作用對(duì)象類 別放線菌：鏈霉菌抗生素舉例真菌：青霉菌細(xì)菌：多黏桿菌鏈霉菌青霉菌多粘菌素抑制細(xì)胞壁合成影響細(xì)胞膜的功能抑制蛋白質(zhì)的合成青霉素多烯類抗生素四環(huán)素廣譜抗菌抗革蘭陽性菌抗真菌氨芐青霉素青霉素放線菌酮生物合成途徑運(yùn)用領(lǐng)域消費(fèi)工藝類 別氨基酸或肽類衍生物抗生素舉例糖苷類衍生物乙酸或丙酸衍生物青霉素，環(huán)絲氨酸鏈霉素，紅霉素四環(huán)素，灰黃霉素人用抗生素農(nóng)用抗生素食品保藏、物品防腐和霉變頭孢霉素，羧芐青霉素井岡霉素，春雷霉素金霉素，放線菌酮微生物發(fā)酵生物合成化學(xué)全合成半合成青霉素，鏈霉素氯霉素，磷霉素氨芐青霉素，頭

3、孢菌素 抗生素的分類2 抗生素的化學(xué)構(gòu)造3 抗生素消費(fèi)的技術(shù)需求4 抗生素的定義與命名1分為9類，化學(xué)構(gòu)造決議了理化性質(zhì)、作用機(jī)制及其療效 抗生素的分類2 抗生素的化學(xué)構(gòu)造3 抗生素消費(fèi)的技術(shù)需求4 抗生素的定義與命名1即生物合成途徑，目前大多數(shù)抗生素品種采用發(fā)酵消費(fèi)工藝，其特點(diǎn)是本錢較低，周期較長構(gòu)造相對(duì)簡單的抗生素可采用此途徑如氯霉素和磷霉素利用化學(xué)方法修飾改良生物合成的抗生素，擴(kuò)展抗菌譜提高療效和降低毒副作用等，獲得新抗生素，如半合成青霉素、半合成頭孢菌素等工業(yè)化消費(fèi)途徑微生物發(fā)酵化學(xué)全合成化學(xué)半合成微生物合成抗生素上游：菌種保管、選育、孢子及種子制備發(fā)酵適宜的培育基、碳源 、氮源 、無

4、機(jī)鹽微量元素、前體、消沫劑；流加碳源和氮源、流加氨水調(diào)理PH、好氧培育:通入無菌氧氣 下游：提取 預(yù)處置 過濾 進(jìn)一步提取萃取、離子交換、沉淀法、吸附法等結(jié)晶枯燥純品抗生素概述鏈霉素的發(fā)酵消費(fèi)工藝略青霉素的發(fā)酵消費(fèi)工藝1231青霉素的研討2青霉素消費(fèi)菌的特性3青霉素發(fā)酵工藝過程4青霉菌分別純化工藝過程主要作用于細(xì)胞壁的肽多糖合成的第三階段。線性肽多糖在轉(zhuǎn)肽酶的催化下進(jìn)展交聯(lián)，肽多糖鏈之間每兩條肽鏈結(jié)合時(shí)均釋放出一個(gè)D-丙氨酸。青霉素與肽多糖的D-丙胺酰-D-丙氨酸二肽類似，競(jìng)爭(zhēng)性與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，是轉(zhuǎn)肽酶不能催化多肽鏈之間的交聯(lián)，從而起到抑菌的作用。因此，青霉素對(duì)生長中的細(xì)胞有效，對(duì)靜止細(xì)胞無效。

5、是發(fā)現(xiàn)最早、最杰出的一種-內(nèi)酰胺類抗生素，其內(nèi)酰胺環(huán)是重要的抗菌活性構(gòu)造。青霉素是抗生素工業(yè)的首要產(chǎn)品，中國為青霉素消費(fèi)大國，青霉素的產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的近70%。作用機(jī)理青霉素青霉素運(yùn)用1臨床抗感染治療：大多數(shù)革蘭氏陽性菌和某些革蘭氏陰性細(xì)菌及螺旋體等。毒性小，但需求皮試。2各種半合成抗生素的原料：氨芐青霉素，磺芐青霉素，乙氧萘青霉素頭孢菌素母核。青霉素可看成是6-氨基青霉烷酸6-aminopenicillanic 6APA苯乙酰衍生物。側(cè)鏈基團(tuán)不同，構(gòu)成不同的青霉素。其中主要是青霉素G。分子構(gòu)造及其衍生物側(cè)鏈取代基R化學(xué)名稱通用名稱HO-C6H4-CH2-對(duì)羥基芐青霉素青霉素XC6H5-CH

6、2-芐基青霉素青霉素GCH3-CH2-CH=CH-CH-2-戊烯基青霉素青霉素FCH3-(CH2)3-CH2-戊青霉素青霉素FCH3-(CH2)5-CH2-庚青霉素青霉素KCH2=CH-CH2-S-CH2-丙烯巰甲基青霉素青霉素OC6H5O-CH2-苯氧甲基青霉素青霉素V青霉素是有機(jī)酸，易溶于醇、酸、醚、酯類。青霉素在水中溶解度很小，而且很快失去活性。青霉素G的pK值為2.76，能與無機(jī)或有機(jī)堿成鹽。青霉素鹽極易溶于水，幾乎不溶于乙醚、氯仿、乙酸戊酯等，易溶于低級(jí)醇，略溶于乙醇、丁醇、乙酸乙酯等，而水的存在會(huì)加速溶解。青霉素鹽的穩(wěn)定性與含水量和純度相關(guān)，枯燥純品很穩(wěn)定，對(duì)熱也很穩(wěn)定，可進(jìn)展干熱

7、滅菌。但在水中很不穩(wěn)定，隨溫度和PH影響很大，低溫下穩(wěn)定，而高溫下易失活。普通在PH57時(shí)較穩(wěn)定，PH在66.5最穩(wěn)定。青霉素遇酸、堿和金屬離子都很不穩(wěn)定，發(fā)生開環(huán)、重排和降解等反響，內(nèi)酯胺環(huán)破壞后，青霉素失去活性。青霉素G類鹽的理化性質(zhì)交表書P172青霉素的理化性質(zhì)1青霉素的研討2青霉素消費(fèi)菌的特性3青霉素發(fā)酵工藝過程4青霉菌分別純化工藝過程青霉素消費(fèi)菌的特性生物學(xué)特性：產(chǎn)黃青霉按孢子形狀分為：綠色孢子和黃色孢子深層培育菌絲形狀：球狀和絲狀兩種消費(fèi)上采用綠色絲狀菌株菌落：平坦或皺褶，圓形青霉穗:分生孢子，陳列呈鏈狀，似毛筆發(fā)酵條件下的生長過程第1期：分生孢子萌生，具有小泡。第2期：菌絲繁衍，

8、嗜堿性，類脂肪小顆粒。第3期：脂肪包涵體，貯藏物，嗜堿性很強(qiáng)。第4期：空泡，嗜堿性減弱，開場(chǎng)產(chǎn)生抗生素。第5期：大空泡，中性染色大顆粒，脂肪體消逝，青霉素產(chǎn)量最高。第6期：個(gè)別細(xì)胞自溶，胞內(nèi)無顆粒，釋放氨，pH上升。第7期：菌絲完全自溶，僅有空細(xì)胞壁。在規(guī)定時(shí)間取樣，顯微鏡察看7個(gè)時(shí)期的形狀變化，控制發(fā)酵。14期為菌絲生長期，3期的菌體為適宜種子。45期為消費(fèi)期，消費(fèi)才干最強(qiáng)，經(jīng)過工藝措施，延伸此期，獲得高產(chǎn)。第6期到來之前終了發(fā)酵。發(fā)酵條件下的生長過程1青霉素的研討2青霉素消費(fèi)菌的特性3青霉素發(fā)酵工藝過程4青霉菌分別純化工藝過程瓊脂斜面米孢子種子罐發(fā)酵罐過濾萃取脫色結(jié)晶枯燥冷凍枯燥孢子工業(yè)鹽

9、廢品青霉素消費(fèi)工藝流程發(fā)酵工藝過程1、消費(fèi)孢子制備斜面孢子：將砂土保藏的孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨組成的斜面固體培育基活化再傳斜面進(jìn)展培育米孢子：接入到優(yōu)質(zhì)小米或大米固體培育基上，生長7天25，相對(duì)濕度50%留意：每批孢子必需進(jìn)展嚴(yán)厲搖瓶實(shí)驗(yàn)，測(cè)定效價(jià)及雜菌情況。2、種子罐培育工藝一級(jí)種子發(fā)酵：發(fā)芽罐，孢子萌生，構(gòu)成菌絲。培育基：葡萄糖，玉米漿，碳酸鈣，玉米油，消沫劑等。pH自然，空氣流量1：3體積比；300-350r/min；溫度271, 40-50h,菌絲濃度達(dá)40%以上。二級(jí)種子罐：繁衍罐，大量繁衍。培育基：葡萄糖、玉米漿等。pH自然，空氣流量：1:1-1.5；250-280r/min；

10、251。14h，菌絲濃度40%以上，殘?zhí)?.0%左右，無雜菌，為合格種子。3、消費(fèi)罐培育工藝三級(jí)罐：消費(fèi)罐；接種量12%-15培育基：花生餅粉高溫，麩質(zhì)粉，玉米漿，葡萄糖，尿素，硝酸銨，硫酸鈉，硫代硫酸鈉，磷酸二氫鈉，苯乙酰胺及消沫劑，CaCO3等參數(shù)條件： 通氣量：0.7-1.8；150-200r/min； 前60小時(shí):pH5.7-6.3，26； 60小時(shí)后:pH6.3-6.6, 24。操作方式：反復(fù)分批式發(fā)酵發(fā)酵罐：100M3，裝料80M3.帶放: 6-10次，間隔24h，帶放量10。發(fā)酵時(shí)間：204h前40小時(shí)：培育基中的主要營養(yǎng)物40小時(shí)后：低速延續(xù)流加葡萄糖、氮源等，使菌半饑餓，延伸

11、合成期，提高產(chǎn)量。發(fā)酵過程控制 碳源的選擇碳源占本錢12以上，采用糖化液流加,降低本錢。糖與6APA (6-氨基青霉烷 )結(jié)合構(gòu)成糖基-6APA ，影響青霉素產(chǎn)量。根據(jù)殘?zhí)?、pH、尾氣中CO2和O2含量控制糖的流加。葡萄糖的流加，動(dòng)搖范圍較窄，濃度過低使抗生素合成速度減慢或停頓，過高那么導(dǎo)致呼吸活性下降，甚至引起自溶。殘?zhí)窃?.6左右，pH開場(chǎng)升高時(shí)流加糖。一培育基氮源的選擇玉米漿: 最好，含有多種氨基酸及其前體苯乙酸和衍生物。補(bǔ)加無機(jī)氮源：硫酸銨、氨水、尿素補(bǔ)氮。無機(jī)鹽無機(jī)鹽：硫、磷、鎂、鉀等。鐵有毒，控制在30ug/ml以下。添加前體時(shí)期：合成階段種類：苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、

12、苯乙酰甘氨酸等毒性：抑制細(xì)胞生長和青霉素合成。戰(zhàn)略：低濃度流加控制：堅(jiān)持供應(yīng)速率略大于生物合成需求。青霉菌生長適宜溫度30，合成適宜溫度2520，青霉素破壞少，但周期很長變溫控制，不同階段不同溫度生長階段：較高溫度，縮短生長時(shí)間消費(fèi)階段：適當(dāng)降低溫度，以利于青霉素合成前期控制在25-26左右，后期降溫控制24二溫度合成適宜pH6.46.6左右，防止超越7.0在堿性條件下不穩(wěn)定，易水解pH下降：流加CaCO3、通氨水調(diào)理或提高通氣量pH上升：流加糖或天然油脂三PH30飽和氧濃度，產(chǎn)率急劇下降10飽和氧濃度，呵斥不可逆的損害臨界溶氧濃度：30通氣比：1：0.8VVM適宜的攪拌速度，保證氣液混合，提

13、高溶氧根據(jù)各階段的生長和耗氧量不同，調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速:四溶解氧臨界菌體濃度：溶解氧速率和氧耗費(fèi)速率到達(dá)平衡時(shí)的菌體濃度。此濃度，那么供氧缺乏，溶解氧下降，發(fā)酵產(chǎn)率下降。發(fā)酵穩(wěn)定期，濕菌濃 15%-20%,菌干重 3%-5%左右五菌體濃度天然油脂：玉米油化學(xué)消沫劑：泡敵戰(zhàn)略：少量多次留意：前期不宜多參與，影響呼吸代謝。六消沫1青霉素的研討2青霉素消費(fèi)菌的特性3青霉素發(fā)酵工藝過程4青霉菌分別純化工藝過程分別純化工藝過程青霉素不穩(wěn)定，遇酸、堿、熱分解失活水溶液中不穩(wěn)定，非極性溶劑中穩(wěn)定易溶于有機(jī)溶劑，水中溶解度很小青霉素鹽很穩(wěn)定；降解產(chǎn)物具有致敏性 在發(fā)酵液預(yù)處置、提取和精制過程條件溫暖、快速，防止降解

14、。青霉素分別純化工藝過程預(yù)處置過濾萃取脫色結(jié)晶青霉素的存在部位：發(fā)酵液濃度較低：僅含百分之幾含有大量雜質(zhì)：菌體細(xì)胞、核酸、雜蛋白質(zhì)、細(xì)胞壁多糖等、殘留的培育基、色素、金屬離子、代謝產(chǎn)物等目的：濃縮青霉素，去除大部分雜質(zhì)，改動(dòng)發(fā)酵液的流變學(xué)特征，便于后續(xù)的分別純化過程預(yù)處置:發(fā)酵液加少量絮凝劑沉淀蛋白1預(yù)處置2過濾鼓式真空過濾機(jī)過濾 一次濾液：pH6.2-7.2 蛋白質(zhì)含量0.05%-0.2%板框式過濾機(jī)過濾10%硫酸調(diào)理pH4.5-5.0，參與0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.07%硅藻土為助慮劑二次濾液：廓清透明，用于提取收率90原理：青霉素游離酸易溶于有機(jī)溶劑，而青霉素鹽易溶于水萃取劑：青霉素分配系數(shù)高的有機(jī)溶劑工業(yè)上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯除去蛋白質(zhì)：加0.05-0.1%乳化劑PPB萃取：23次整個(gè)過程在低溫下進(jìn)