第九章-典型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝

第九章典型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝

——青霉素生產(chǎn)知識(shí)目標(biāo)1、理解抗生素發(fā)酵機(jī)制。2、了解有機(jī)酸發(fā)酵機(jī)制。3、了解啤酒生產(chǎn)工藝。4、了解氨基酸生產(chǎn)工藝。5、了解發(fā)酵過程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。2能力目標(biāo)1、重點(diǎn)掌握抗生素（青霉素）生產(chǎn)的工藝過程。2、了解檸檬酸、蘋果酸發(fā)酵生產(chǎn)工藝。3第一節(jié)抗生素概述

4一、抗生素劑量表示法

效價(jià)單位：每毫升或每豪克中所含某種抗生素有效成分的多少單位：u/mg或u/ml5稀釋單位將抗生素配成溶液，逐步稀釋，抑制某標(biāo)準(zhǔn)菌株的最高稀釋度(即最小劑量)作為效價(jià)單位。重量單位以抗生素有效成分（生理活性成分）的重量作為抗生素的單位。6二、抗生素的分類

1、根據(jù)生物來源

放線菌產(chǎn)生的抗生素

真菌產(chǎn)生的抗生素

細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素

其他生物產(chǎn)生的抗生素

72、根據(jù)作用對(duì)象抗G＋抗Ｇ－廣譜抗生素抗真菌抗生素抗腫瘤抗生素抗病毒抗生素抗結(jié)核分支桿菌霉素83、根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)β－內(nèi)酰胺類抗生素四環(huán)類抗生素氨基糖苷類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素多烯大環(huán)類抗生素多肽類抗生素蒽環(huán)類抗生素其他類9

4、根據(jù)作用機(jī)制抑制細(xì)胞壁合成影響細(xì)胞膜功能抑制和干擾蛋白質(zhì)合成抑制核酸合成抑制細(xì)菌生物能作用10三、

抗生素的用途

1、抗生素在醫(yī)療上的用途控制細(xì)菌感染治療真菌感染抗腫瘤抗病毒112、在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用防治植物病害促進(jìn)或抑制植物生長(zhǎng)3、畜牧業(yè)的應(yīng)用4、食品保藏5、工業(yè)上的應(yīng)用12第二節(jié)

抗生素工業(yè)生產(chǎn)概論

一、

抗生素的生產(chǎn)方法1、微生物發(fā)酵法利用特定的微生物，在一定條件下（培養(yǎng)基、溫度、ｐＨ、通氣、攪拌）使之生長(zhǎng)繁殖，并代謝產(chǎn)生抗生素。用適當(dāng)?shù)姆椒◤陌l(fā)酵液中提取出來，并加以精制、最后獲得抗生素成品。大多數(shù)抗生素用此法制備。特點(diǎn)：成本低、周期長(zhǎng)、波動(dòng)大142、化學(xué)合成法某些化學(xué)結(jié)構(gòu)明確，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的，可用化學(xué)方法合成。3、半合成法發(fā)酵出來的抗生素經(jīng)化學(xué)方法改造，以獲得性能更優(yōu)良的抗生素。15二、發(fā)酵法生產(chǎn)抗生素的工藝過程

工藝過程：菌種孢子制備種子制備發(fā)酵發(fā)酵液的預(yù)處理及過濾提取及精制成品檢驗(yàn)成品包裝出廠檢驗(yàn)161、生產(chǎn)菌種合理保藏。一般保存在沙土管或冷凍于干燥管中。一般使用期為１－２年，不斷純化淘汰變異菌種。2、孢子制備將保藏的菌種無(wú)菌操作接種到斜面固體培養(yǎng)基中，在一定溫度下培養(yǎng)數(shù)天。173、種子制備目的：使孢子發(fā)芽繁殖，獲得足夠數(shù)量的菌絲體，用于發(fā)酵。搖瓶培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)。184、

發(fā)酵接種量一般在５－２０％通氣（一般在０．３－１ｍ３／ｍ３）攪拌（攪拌功率在１－２千瓦／ｍ３）溫度（視品種而定，一般２６－３７Ｃｏ罐壓（一般為０．３－０．５ｋｇ／ｍ２）消泡（加消泡劑）補(bǔ)料發(fā)酵周期（大多為４－８天）

195、發(fā)酵液的預(yù)處理和過濾（1）預(yù)處理目的：沉淀發(fā)酵液中的Ｐｒ和雜質(zhì)，以增加過濾速度。（2）過濾目的：除去菌絲體206、

提取和精制（1）提取目的：初步純化和濃縮。方法：吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、離子交換法。（2）精制目的：進(jìn)一步提純并制成產(chǎn)品方法：吸附、沉淀、溶媒萃取法、離子交換、結(jié)晶、重結(jié)晶、凝膠層析。

217、

成品檢驗(yàn)性狀及鑒別試驗(yàn)、安全試驗(yàn)、降壓試驗(yàn)、熱原試驗(yàn)、無(wú)菌試驗(yàn)、酸堿度測(cè)定、效價(jià)測(cè)定、水分測(cè)定、混濁度測(cè)定、色澤顆粒細(xì)度測(cè)定。8、

成品分包裝22三、抗生素工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)

1、與一般發(fā)酵工業(yè)相比（1）菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物的形成不平行（2）理論產(chǎn)量難以用物料平衡計(jì)算（3）生產(chǎn)穩(wěn)定性差232、與一般制藥工業(yè)相比（1）染菌問題（2）糧耗問題（3）穩(wěn)定性問題24第三節(jié)

青霉素的生產(chǎn)一、青霉素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

1、天然存在的青霉素青霉素是一族化合物的總稱。分子式：R為側(cè)鏈，根據(jù)R基不同青霉素GC6H5CH2-青霉素XHOC6H4CH2-青霉素FCH3CH2CH=CHCH2-青霉素KCH3(CH2)6-雙氫青霉素FCH3(CH2)4-青霉素VC6H5OCH2-262、青霉素的理化性質(zhì)（一）穩(wěn)定性干燥純凈的青霉素鹽很穩(wěn)定，有效期都在三年以上，并且對(duì)熱穩(wěn)定，如結(jié)晶青霉素鉀鹽在150OC加熱1.5小時(shí)效價(jià)不降低。青霉素水溶液PH=5-7較穩(wěn)定。最穩(wěn)定的PH為6-6.5。（二）溶解度青霉素本身是一種游離酸，能與堿金屬或堿土金屬及有機(jī)氨類結(jié)合成鹽類。青霉素游離酸易溶液于醇類、酮類、醚類和酯類，但在水溶液中溶解度很小；青霉素鉀、鈉鹽則易溶于水和甲醇、微溶于乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、氯仿，在醋酸丁酯或戊酯中難溶或不溶。如果有機(jī)溶劑中含有少量水分時(shí)，則青霉素G堿金屬鹽在溶劑中的溶解度就大大增加。（三）降解反應(yīng)2728二、青霉素產(chǎn)生菌的培養(yǎng)菌體的生長(zhǎng)發(fā)育①分生孢子的Ⅰ期；②菌絲繁殖，原生質(zhì)嗜堿性很強(qiáng)，有類脂肪小顆粒產(chǎn)生為Ⅱ期；③原生質(zhì)嗜堿性仍很強(qiáng)，形成脂肪粒，積累貯藏物為Ⅲ期；④原生質(zhì)嗜堿性很弱，脂肪粒減少，形成中、小空泡為Ⅳ期；⑤脂肪粒消失，形成大空泡為Ⅴ期；⑥細(xì)胞內(nèi)看不到顆粒，并有個(gè)別自溶細(xì)胞出現(xiàn)為Ⅵ期。其中Ⅰ～Ⅳ期稱為菌絲生長(zhǎng)期，菌絲的濃度增加很多，但產(chǎn)生的青霉素較少，處于該時(shí)期的菌絲體適用于做發(fā)酵種子。Ⅳ～Ⅴ期是青霉素分泌期，此時(shí)菌絲體生長(zhǎng)緩慢，并大量生產(chǎn)青霉素。29

三、發(fā)酵工藝控制（一）工藝流程30（二）工藝要點(diǎn)1、培養(yǎng)基碳源：葡萄糖母液和工業(yè)用葡萄糖氮源：玉米漿、花生餅粉、麩質(zhì)粉、玉米胚牙粉、尿素前體：苯乙酸、苯乙酰胺作為前體，具有毒性，任何時(shí)候濃度不能大于0.1%無(wú)機(jī)鹽：S和PCaMgK鉀30%鈣20%鎂41%鐵離子鐵離子對(duì)細(xì)胞具有毒害作用31（三）培養(yǎng)條件控制菌絲生長(zhǎng)繁殖期：糖及含氮物質(zhì)被迅速利用球狀菌：菌絲發(fā)育為球狀，菌體濃度迅速增加絲狀菌：菌絲分支旺盛，菌絲濃度迅速增加青霉素分泌期：菌絲生長(zhǎng)趨勢(shì)減弱，需添加G、花生餅粉、尿素。青霉素分泌旺盛球：PH6.6-6.9球體不可太松，也不可太緊絲：PH6.2-6.4脂肪粒消失，中小型空胞菌絲自溶期：菌體衰老走向自溶PH上升青霉素分泌下跌球：球體破裂絲：大型空胞增加并逐漸擴(kuò)大自溶32加糖控制絲：殘?zhí)强刂圃?.6%左右，PH上升以后開始加糖。加糖控制：0-72小時(shí)0.6-0.8%72小時(shí)放罐0.8-1.0%加糖率每小時(shí)0.07-0.15%每?jī)尚r(shí)加一次球：當(dāng)Ph高于6.5，約20之后開始加糖，根據(jù)PH高低酌情。補(bǔ)料及添加前體絲：接種后8-12小時(shí)，發(fā)酵液濃度40%左右開始補(bǔ)料發(fā)酵單位上升至2500U/ml開始補(bǔ)前體，每4小時(shí)補(bǔ)一次使苯乙酰胺濃度為0.05-0.08%球：因發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基中沒有前體，在10小時(shí)左右開始加入尿素、氨水和苯醋酸的混合料，每3小時(shí)加一次33pH控制主要通過加G控制PH絲球：溫度控制青霉菌最適生長(zhǎng)溫度高于最適分泌溫度絲和球都是變溫培養(yǎng)，且前期罐溫高于后期

絲球種子罐溫2528發(fā)酵罐溫26-24-23-2226-25-2434通氣與攪拌通氣比為1：（V/V/M）絲：種子罐轉(zhuǎn)速〉發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速球：種子罐轉(zhuǎn)速〈發(fā)酵罐轉(zhuǎn)速泡沫與消沫過去：天然油脂如豆油、玉米油現(xiàn)在：GPEPAGE35四、發(fā)酵液的預(yù)處理和過濾1、預(yù)處理：

青霉素發(fā)酵液過濾宜采用鼓式真空過濾機(jī)。因?yàn)榍嗝顾卦诘蜏貢r(shí)比較穩(wěn)定，同時(shí)細(xì)菌繁殖也較慢，可避免青霉素迅速被破壞，所以發(fā)酵液放罐后，一般要先冷卻再過濾。過濾后的濾液需經(jīng)酸處理除蛋白質(zhì)，同時(shí)加入少量PPB。由于發(fā)酵液中含有過剩的碳酸鈣，在酸化除蛋白質(zhì)時(shí)會(huì)有部分溶解，使Ca2+呈游離狀態(tài)，在酸化萃取時(shí)，遇大量SO42-形成CaSO4沉淀。因此，預(yù)處理除蛋白質(zhì)時(shí)pH值適當(dāng)高些。362、過濾發(fā)酵液放罐后需冷卻至10℃后，經(jīng)鼓式真空過濾機(jī)過濾。從鼓式真空過濾機(jī)得到青霉素濾液pH在6.27～7.2，蛋白質(zhì)含量一般在0.05%～0.2%。這些蛋白質(zhì)的存在對(duì)后面提取有很大影響，必須加以除去。除去蛋白質(zhì)通常采用10%硫酸調(diào)節(jié)pH4.5～5.0，加入0.05%（W/V）左右的溴代十五烷吡啶（PPB）的方法，同時(shí)再加入0.7%硅藻土作助濾劑，再通過板框過濾機(jī)過濾。經(jīng)過第二次過濾的濾液一般澄清透明，可進(jìn)行萃取。37

五、

青霉素提煉工藝38萃取pH：1.8～2.2反萃取pH6.8～7.4生產(chǎn)上一般將發(fā)酵濾液酸化至pH等于2.0，加1/3體積的醋酸丁酯（簡(jiǎn)稱BA）混合后以臥式離心機(jī)（POD機(jī)）分離得一次BA萃取液，然后以NaHCO3在pH為6.8～7.4條件下將青霉素從BA中萃取到緩沖液中，再用10%H2SO4調(diào)節(jié)pH等于2.0，將青霉素從緩沖液再次轉(zhuǎn)入到BA中（方法同前面所述），得二次BA萃取液。脫色

在二次BA萃取液中加入活性炭150～300g/10億單位，進(jìn)行脫色，石棉過濾板過濾。結(jié)晶39思考題

1.青霉素系列產(chǎn)品有何特性？寫出主要化學(xué)反應(yīng)。2.簡(jiǎn)述下列基本概念：發(fā)酵單位、效價(jià)、發(fā)酵總億單位、發(fā)酵指數(shù)、基持轉(zhuǎn)化率3.青霉素產(chǎn)生菌是什么？其生長(zhǎng)發(fā)育各階段的主要特征是什么？4.青霉