發(fā)酵工程-青霉素的制備

--青霉素類抗生素微生物發(fā)酵編輯課件青霉素簡介

化學(xué)結(jié)構(gòu)理化性質(zhì)

青霉素合成及調(diào)控生物合成

生物合成的調(diào)控青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝

菌種發(fā)酵工藝流程培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)控制

編輯課件青霉素簡介編輯課件青霉素的發(fā)現(xiàn)1929年英國學(xué)者弗萊明首先在抗生素中發(fā)現(xiàn)了青霉素，英國謝菲爾德大學(xué)病理學(xué)家弗洛里實現(xiàn)對青霉素的別離與純化。編輯課件青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)青霉素是含有青霉素母核的多種化合物的總稱，青霉素發(fā)酵液中至少含有5種以上的不同的青霉素：青霉素F、青霉素X、青霉素K及二氫青霉素F等。青霉素分子結(jié)構(gòu)球棍模型編輯課件青霉素合成及調(diào)控編輯課件青霉素的生物合成編輯課件青霉素的生物合成與賴氨酸的反響調(diào)節(jié)用產(chǎn)黃霉菌生產(chǎn)青霉素要受到賴氨酸的阻遏，這是由于其賴氨酸生物合成途徑的初始酶——高檸檬酸合成酶受到了賴氨酸反響阻遏。在賴氨酸生物合成途徑中，從氨基己二酸分支而產(chǎn)生青霉素，這種賴氨酸阻遏是初級代謝調(diào)節(jié)的效果用到次級代謝上的最好的例子。編輯課件青霉素的生物合成與糖分解代謝的關(guān)系青霉素的生物合成受糖分解代謝產(chǎn)物的阻遏，如合成青霉素的?；D(zhuǎn)移酶就會被阻遏。在青霉素發(fā)酵過程中，發(fā)現(xiàn)能被青霉素迅速利用的葡萄糖有利于菌體生長，但抑制青霉素的合成，而被緩慢利用的乳糖，卻是生產(chǎn)青霉素的最好碳源。編輯課件乳糖比葡萄糖優(yōu)越的主要原因是乳糖被水解成單糖的速度正好符合青霉素生產(chǎn)期合成青霉素的需要，而又不會產(chǎn)生高濃度的分解產(chǎn)物來抑制青霉素的合成，因此，碳源多用葡萄糖加乳糖或利用某些非糖原料如植物油等。但由于乳糖價格較貴，本錢較高，故在生產(chǎn)實踐中常通過間隙或滴加葡萄糖的方法控制培養(yǎng)液中糖的含量，以符合菌體生長和青霉素生物合成的需要。這樣，可以降低本錢，提高產(chǎn)量。編輯課件青霉素生產(chǎn)發(fā)酵工藝編輯課件菌種目前國內(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，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，常用菌種為綠孢子絲狀菌，如產(chǎn)黃青霉素。編輯課件青霉素產(chǎn)生菌的生長過程分生孢子發(fā)芽期菌絲繁殖期脂肪粒形成期脂肪粒減少，小空孢大空孢自溶菌絲生長期青霉素分泌期菌絲自溶期編輯課件培養(yǎng)基碳源青霉菌能利用多種碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。目前采用淀粉水解糖，糖化液進行流加。氮源可采用玉米漿、花生餅粉、精制棉籽餅粉或麩皮粉等有機氮源，及氯化氨、硫酸氨、硝酸氨等無機氮源。前體為生物合成含有芐基基團的青霉素G，需要在發(fā)酵中參加前體如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它們對青霉素有一定毒性，故一次參加量不能大于0.1%，并采用屢次參加方式。無機鹽包括硫、磷、鈣、鎂、鉀等鹽類。鐵離子對青霉素有毒害作用，應(yīng)嚴格控制發(fā)酵液中鐵含量在30ug/mL以下。編輯課件青霉素生產(chǎn)工藝過程

編輯課件抗生素制備的一般流程圖菌種孢子制備種子制備發(fā)酵發(fā)酵液預(yù)處理及種子加濾提取及精制成品檢驗成品包裝前體發(fā)酵階段提取階段編輯課件發(fā)酵工藝流程編輯課件一、總述青霉素發(fā)酵——將青霉菌接種到固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)一段時間，得到青霉菌孢子培養(yǎng)物。用無菌水將孢子制成懸浮液接種到種子罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣攪拌，培養(yǎng)。然后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有苯乙酸前體的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣攪拌，培養(yǎng)。青霉素菌種發(fā)酵工藝的原理編輯課件編輯課件二、青霉素發(fā)酵過程青霉素發(fā)酵時，青霉素生產(chǎn)菌在適宜的培養(yǎng)基、PH、溫度和通氣攪拌等發(fā)酵條件下進行生長并合成青霉素。發(fā)酵開始前，有關(guān)設(shè)備和培養(yǎng)基〔主要是碳源、氮源、前體和無機鹽等〕必須先經(jīng)過滅菌，后接入種子。在整個過程中，需要不斷通氣和攪拌，維持一定的罐溫和罐壓，在發(fā)酵過程中往往要參加泡沫劑，假設(shè)酸堿控制發(fā)酵液的PH，還需要間歇或連續(xù)的參加葡萄糖及銨鹽等化合物以補充碳源及氮源，或補進其他料液和前體等以促進青霉素的生產(chǎn)。編輯課件青霉素發(fā)酵過程中的代謝變化分為菌體生長、青霉素合成和菌體自溶三個階段。菌體生長階段：發(fā)酵培養(yǎng)基接種后生產(chǎn)菌在適宜的環(huán)境中經(jīng)過短時間的適應(yīng)，即開始發(fā)育、生長和繁殖，直至到達菌體的臨界濃度。青霉素合成階段：這個階段主要合成青霉素，青霉素的生產(chǎn)速率到達最大，并一直維持到青霉素合成能力衰退。在這個階段，菌體重量有所增加，但產(chǎn)生菌的呼吸強度一般無顯著變化。菌體自溶階段：這個階段菌體衰老，細胞開始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生產(chǎn)速率下降，氨基氮增加，PH上升。編輯課件發(fā)酵培養(yǎng)控制加糖控制。殘?zhí)墙抵?.6%，pH上升時加糖補氮及加前體。補氮：硫酸銨、氨、尿素，使發(fā)酵液氨氮量控制在0.01%~0.05%。前體：發(fā)酵液中殘存乙酰胺濃度為0.05%~0.08%。pH控制。6.6~6.4溫度。前期25℃

~26℃

，后期23℃

。溶解氧。不低于飽和溶解氧的30%。泡沫的控制。編輯課件

基質(zhì)濃度：在分批發(fā)酵中，常常因為前期基質(zhì)量濃度過高，后期基質(zhì)濃度低，對生物合成酶系產(chǎn)生阻遏或?qū)z生長產(chǎn)生抑制。為了防止這一現(xiàn)象,在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操作法,即對容易產(chǎn)生抑制和限制作用的基質(zhì)維持一定的最適濃度。溫度：青霉素發(fā)酵的最適溫度一般認為應(yīng)在25°C左右。溫度過高將明顯降低發(fā)酵產(chǎn)率,同時增加葡萄糖的維持消耗,降低葡萄糖至青霉素的轉(zhuǎn)化率。編輯課件pH值：青霉素發(fā)酵的最適pH值一般認為在6.5左右,應(yīng)盡量防止pH值超過7.0。因為青霉素在堿性條件下不穩(wěn)定,容易加速其水解。溶氧:對于好氧的青霉素發(fā)酵來說,溶氧濃度是影響發(fā)酵過程的一個重要因素。當溶氧濃度降到30%飽和度以下時,青霉素產(chǎn)率急劇下降,低于10%飽和度時,那么造成不可逆的損害。溶氧濃度過高,說明菌絲生長不良或加糖率過低,造成呼吸強度下降,同樣影響生產(chǎn)能力的發(fā)揮。編輯課件

菌絲濃度：發(fā)酵過程中必須控制菌絲濃度不超過臨界菌體濃度,從而使氧傳遞速率與氧消耗速率在某一溶氧水平上到達平衡。菌絲生長速度：在葡萄糖限制生長的條件下，當比生長速率低于0.015h-1時，比生產(chǎn)速率與比生長速率成正比。因此,要在發(fā)酵過程中到達并維持最大比生產(chǎn)速率,必須使比生長速率不低0.015h-1。菌絲形態(tài)：青霉素產(chǎn)生菌分化主要呈絲狀生長和結(jié)球生長兩種形態(tài)。在絲狀菌發(fā)酵中,控制菌絲形態(tài)使其保持適當?shù)姆种Ш烷L度,并防止結(jié)球,是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀菌發(fā)酵中,使菌絲球保持適當大小和松緊,并盡量減少游離菌絲的含量,也是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。編輯課件

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pH值。苯乙酸/苯乙酰胺：可以借?；D(zhuǎn)移的作用，將苯乙酸轉(zhuǎn)入青霉素分子，提高青霉素的生產(chǎn)強度。P和S：為菌體提供營養(yǎng)的無機磷源一般采用磷酸二氫鉀。另外參加硫代硫酸鈉或硫酸鈉以提供青霉素分子中所需的硫。編輯課件

另外，由于在發(fā)酵過程中二氧化碳的不斷產(chǎn)生，加上培養(yǎng)基中有很多有機氮源含有蛋白質(zhì)，因此在發(fā)酵罐內(nèi)會產(chǎn)生大量泡沫，如不嚴加控制，就會產(chǎn)生發(fā)酵液逃液，導(dǎo)致染菌的后果。采用植物油消沫是個