抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)

抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)

抗生素一般概況內(nèi)容青霉素發(fā)酵生產(chǎn)第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY1928年發(fā)現(xiàn)抗生素——青霉素（絲狀真菌）

1940年成功地研究出從點青霉培養(yǎng)液中提取青霉素的方法

1941年抗生素人體實驗取得成功

1943年青霉素首次在美國工業(yè)生產(chǎn)

1944年青霉素臨床應(yīng)用

1944年發(fā)現(xiàn)鏈霉素（放線菌1952年獲諾貝爾獎）

1947年人們找到了第一個廣譜抗生素——氯霉素

1956年發(fā)現(xiàn)頭孢菌素六十年代開始，半合成抗生素開始迅速發(fā)展第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)一般概況一、抗生素生產(chǎn)的發(fā)展過程第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY

六十多年來，全世界近180個國家中，約有40個國家開展抗生素篩選的科研工作。到目前為止，人們從自然界發(fā)現(xiàn)和分離的抗生素已有九千余種，并以其中一些主要抗生素(如青霉素、頭孢菌素、四環(huán)類抗生素、氨基糖苷類抗生素等)為原料，進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)改造，先后制備了近十萬種半合成抗生素。目前世界各國實際生產(chǎn)和應(yīng)用的抗生素約有百余種，連同各種半合成衍生物及鹽類共四百種左右。第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY

我國抗生素的研究及生產(chǎn)均取得了很大成就，抗生素的總產(chǎn)量已居世界前列。五十年代是抗生素大發(fā)展時代，六十年代形成了抗生素工業(yè)和科研體系，七十年代抗生素科研及生產(chǎn)雖然繼續(xù)發(fā)展，但由于“十年文革”，使基礎(chǔ)理論科研工作基本處于停頓狀態(tài)，八十年代是抗生素事業(yè)改革開放的時期，九十年代是抗生素事業(yè)調(diào)整、充實、提高、再發(fā)展的新階段。就目前情況來說，我國抗生素在品種、質(zhì)量、技術(shù)水平及生產(chǎn)設(shè)備等方面與國際先進(jìn)水平比較，尚有一定的差距。第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY選擇性作用——抗菌譜選擇性毒力——毒副作用引起細(xì)菌耐藥微生物在生命活動過程中產(chǎn)生的，在低濃度下就能抑制它種微生物的生長和活動，甚至殺死它種微生物的化學(xué)物質(zhì)。（抑菌為主）第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況二、抗生素1、概念2、抗生素的抗菌性能第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五3、抗生素的抗菌作用機(jī)理第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)4、新抗生素的尋找目標(biāo)、方向抗腫瘤抗耐藥金黃色葡萄球菌抗綠膿桿菌抗病毒第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn):抗生素有效成分(即生理活性部分)的質(zhì)量作為效價單位，即1微克作為一個效價單位

(1mg＝1000μg=1000U)。單位體積（mL)或單位質(zhì)量（mg)制劑中所含某種抗生素的有效成分的多少稱之為抗生素的效價單位。效價單位是衡量抗生素有效成分的尺度，也是衡量其抗菌性能的標(biāo)志。5、抗生素的劑量表示法——效價單位（IU、U)表示方法稀釋單位質(zhì)量單位:抗生素配成溶液，逐步進(jìn)行稀釋，以抑制一標(biāo)準(zhǔn)菌株生長發(fā)育的最高稀釋度(即最小劑量)作為1個效價單位。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)

β-內(nèi)酰胺類——青霉素、頭孢菌素大環(huán)內(nèi)酯類——紅霉素氨基糖苷類——鏈霉素四環(huán)類——土霉素分類多肽類——桿菌肽多烯類——制霉菌素苯烴基胺類——氯霉素蒽環(huán)類——阿霉素環(huán)橋類——利福霉素

干擾細(xì)胞壁的合成抑制蛋白質(zhì)合成抗菌機(jī)理改變細(xì)胞膜的通透性抑制核酸合成作用于能量代謝系統(tǒng)6、抗生素的分類第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五青霉素天然存在的8種抗生素不穩(wěn)定,半衰期18min第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY菌體的生長與產(chǎn)物的形成不平行——次級代謝產(chǎn)物理論產(chǎn)量難以用物料平衡來計算生產(chǎn)穩(wěn)定性差染菌問題突出抗生素穩(wěn)定性和質(zhì)量問題突出動力消耗大原料轉(zhuǎn)化率低第一節(jié)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的一般概況7、抗生素的生產(chǎn)生產(chǎn)方法發(fā)酵法（生物合成）半化學(xué)合成化學(xué)合成生產(chǎn)特點第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第八章抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)一、種子制備——青霉素發(fā)酵生產(chǎn)菌種（絲狀真菌）第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY產(chǎn)黃青霉菌生產(chǎn)過程可分為三個不同的代謝時期菌絲生長繁殖期:培養(yǎng)基中碳源和氮源被迅速利用，菌絲濃度增加很快，26-27℃代謝時期青霉素分泌期:菌絲生長停止,間隙添加碳源、氮源和前體,25℃青霉素分泌旺盛菌體自溶期:菌體衰老自溶,青霉素分泌停滯,pH上升。第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)青霉素——次級代謝產(chǎn)物（代謝途徑不清）第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五碳源：最適乳糖，主要使用淀粉水解糖氮源：最適玉米漿，主要使用花生餅粉、尿素等前體：苯乙酰胺和苯乙酸無機(jī)鹽：S、P、Ca、Mg、K、Fe第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)二、培養(yǎng)基培養(yǎng)基中各組分質(zhì)量的穩(wěn)定性是獲得連續(xù)、高產(chǎn)的關(guān)鍵；青霉素的生產(chǎn)應(yīng)定品種、定產(chǎn)地、定加工方法、定貯存條件、定統(tǒng)一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY三、發(fā)酵工藝及過程第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY目前青霉素發(fā)酵工藝控制（分批補(bǔ)料）主要有以下幾個方面：①碳源控制（加糖）：依據(jù)殘?zhí)橇?、發(fā)酵過程的pH及菌絲形態(tài)。一般在28-30h，殘?zhí)窃?.5％-0.8％,pH6.5以上,菌絲內(nèi)產(chǎn)生空泡,按照0.05%-0.06%/h,1次/2h。②氮源及添加前體：依據(jù)pH、菌絲形態(tài)及發(fā)酵單位。一般在30h

后，45-50h是合成青霉素合成能力最旺盛的時期，pH6.2-6.4，1次/3h，其數(shù)量根據(jù)菌絲形態(tài)、pH和發(fā)酵單位的增長速度而定。③pH控制：主要通過添加碳源和氮源控制。④溫度控制：青霉菌生長最適溫度高于其分泌青霉素的最適溫度，種子罐27℃，發(fā)酵罐27℃-26℃，分期變溫培養(yǎng)。第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY⑤通氣與攪拌：青霉素深層發(fā)酵培養(yǎng)需通入一定量的空氣，并不斷攪拌以保證溶解氧的濃度。⑥泡沫與消泡:消泡劑、植物油、聚醚樹脂類消泡劑。染菌及異常情況處理。若發(fā)酵罐前期柒菌或種子帶菌，一般可采用重新消毒;中后期發(fā)生染菌若是產(chǎn)氣細(xì)菌則應(yīng)及時放罐過濾、提取，事后徹底消毒處理。若遇發(fā)酵前期菌絲生長不良、發(fā)酵異常時可采取倒出部分發(fā)酵液，補(bǔ)入部分新鮮料液和良好的種子；遇發(fā)酵單位停滯不長可酌情提前放罐。第二節(jié)青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY溶媒萃取活性炭吸附（很少用）沉淀法或離子交換法（未應(yīng)用）第八章青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)第三節(jié)青霉素的分離提取用一種溶媒將抗生素自另一種溶媒(發(fā)酵液)中提取出來。一、青霉素的提取方法

利用抗生素在不同條件下以不同的化學(xué)狀態(tài)(游離酸、堿或成鹽狀態(tài))存在，以及它們在水及與水不互溶的溶媒中溶解度不同的特性，使抗生素從一種液體轉(zhuǎn)移到另一種液體之中，以達(dá)到濃縮和提純的目的，這種提取方法稱為溶媒萃取法。第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPETROCHEMICALTECHNOLOGY第三節(jié)青霉素的分離提取(緩沖液青霉素G鉀)

水相油相水相(發(fā)酵液青霉素G)(醋酸丁酯青霉素G)溶媒應(yīng)具備：不能混溶或部分混溶，以能形成兩相而便于分離，對抗生素應(yīng)有較大的溶解性和選擇性。pH5以下溫度10℃以下時間影響青霉素提取的主要因素第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期五BEIJINGINSTITUTEOFPE