青霉素的生产工艺PPT.ppt

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1、青霉素小组青霉素小组青霉素小组青霉素小组赵海亮赵海亮 汪兴汪兴 覃超覃超 李阳李阳 熊刘义熊刘义青霉素的生产工艺及设备青霉素的生产工艺及设备LOGO第一部分 什么是青霉素 C326寝室制作青霉素青霉素 青霉素（青霉素（BenzylpenicillinBenzylpenicillin /Penicillin/Penicillin）又被称为青霉素）又被称为青霉素G G、peillinpeillin G G、盘尼西林、配尼西林、青霉盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌

2、培养液中提制的分子中含有青霉烷、能菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是是-内酰胺类中一大类抗生素的总称。内酰胺类中一大类抗生素的总称。青青霉霉素素的的结结构构式式化学式化学式青霉素青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名为学名为1-乙氧甲酰乙氧乙氧甲酰乙氧6-D(-)-2-氨基氨基-2-乙酰氨基乙酰氨基青霉烷酸盐酸盐。青霉烷酸盐酸盐。分子式：分子式：C

3、16H18N3O4SHCl 分子量：分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡如耐药金葡)所产生的酶，易被其破坏，且其所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱抗菌谱较较窄，主要对窄，主要对革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌有效有效。青霉素。青霉素G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。造成死亡。药理学药理学 内服易被内服易被胃酸胃酸和和消化酶消化酶破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，

4、破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，151530min30min达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从尿中排出。形从尿中排出。青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的胞壁的成分粘肽结构中的D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸近似，可与后者竞丙氨酸近似，可与后者竞争争转转肽酶肽酶，阻碍，阻碍粘肽粘肽的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。对革兰阳性

5、球菌及革兰阳性杆菌、对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体螺旋体、梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、放放线菌线菌以及部分以及部分拟杆菌拟杆菌有抗菌作用。有抗菌作用。青霉素对青霉素对溶血性链球菌溶血性链球菌等等链球菌属链球菌属，肺炎链球菌肺炎链球菌和不产和不产青霉素青霉素酶酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、炭疽芽孢杆菌炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、李斯特菌李斯特菌、钩端螺旋体钩端螺旋体和和梅毒螺梅毒螺旋体旋体对本品对本品

6、敏感敏感。本品对。本品对流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌和百日咳鲍特氏菌亦具和百日咳鲍特氏菌亦具一定抗菌活性，其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性一定抗菌活性，其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性差差.本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌厌氧菌以及产黑色素以及产黑色素拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。青霉拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。青霉素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结合而阻碍细素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结合而阻碍细胞壁合成而发挥杀菌作用。对胞壁合成而发挥杀菌作用。对革兰阳性菌革兰阳性菌有效，

7、由于有效，由于革兰阴性革兰阴性菌菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。可以用青霉素的疾病可以用青霉素的疾病1流行性脑脊髓膜炎流行性脑脊髓膜炎 2放线菌病放线菌病 3淋病淋病 4奋森咽峡炎奋森咽峡炎 5莱姆病莱姆病6多杀巴斯德菌感染多杀巴斯德菌感染 7鼠咬热鼠咬热8李斯特菌感染李斯特菌感染9除除脆弱拟杆菌脆弱拟杆菌以外的许多以外的许多厌氧菌感染厌氧菌感染 青霉素生产青霉素生产工艺过程工艺过程 菌种菌种孢子制备孢子制备种子种子发酵发酵提取提取精制精制成品检验成品检验包装包装分装分装（应用（应用跟踪跟踪质量分析质量分析）1 1菌种的选育技术菌种的选育技术：（1 1

8、）杂交育种（）杂交育种（2 2）原生质体融合）原生质体融合（3 3）基因工程（）基因工程（4 4）新抗生素产生菌获得）新抗生素产生菌获得2 2菌种保藏菌种保藏：（1 1）定期移植保存法）定期移植保存法（2 2）液体石蜡封藏法）液体石蜡封藏法（3 3）真空冷冻干燥保藏法）真空冷冻干燥保藏法（4 4）液氮超低温保藏法）液氮超低温保藏法（5 5）沙土管保藏法）沙土管保藏法（6 6）麦皮保藏法）麦皮保藏法3 3培养基种类培养基种类：（1 1）固体培养基（）固体培养基（2 2）液体培）液体培养基养基4 4影响培养液的因素影响培养液的因素：（1 1）原材料质量的影响）原材料质量的影响(2)(2)水质的影响

9、水质的影响 (3)(3)灭菌操作灭菌操作 (4)(4)培养基粘度的培养基粘度的影响影响5 5发酵设备灭菌发酵设备灭菌：(1)(1)实罐灭菌：实罐灭菌：11预热（预热（80809090）2 2直热直热（蒸汽）（蒸汽）（120120、30min30min）（全进全出原则）（全进全出原则）3 3待空气压力高于罐内压力时，通入空气。待空气压力高于罐内压力时，通入空气。(2)(2)空罐灭菌：空罐灭菌：130130，454560min60min，直接蒸汽法，直接蒸汽法(3)(3)连续灭菌：配料（预热）。冷却系统水应排连续灭菌：配料（预热）。冷却系统水应排净（夹套与盘管）净（夹套与盘管）连消塔连消塔维持罐维

10、持罐冷却管冷却管无菌培养基。无菌培养基。(4)(4)空气过滤除菌空气过滤除菌6.6.发酵过程控制发酵过程控制：(1)(1)碳源浓度变化及其控制碳源浓度变化及其控制(2)(2)氮源浓度变化及其控氮源浓度变化及其控制制(3)(3)补无机盐、前体补无机盐、前体 (4)(4)溶氧浓度的变化和控溶氧浓度的变化和控制制 (5)(5)温度控制温度控制(6)pH(6)pH控制控制 (7)(7)泡沫控制泡沫控制 (8)(8)发酵终点的判断发酵终点的判断 (9)(9)发酵异常处理发酵异常处理7.7.发酵液的预处理和液固分离发酵液的预处理和液固分离：(1)(1)稳定性稳定性11对对pHpH的稳定性，如：青霉素酸的稳

11、定性，如：青霉素酸性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性稳定。定，但碱性稳定。2.2.对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在9010090100下加热过滤；而四环素、青霉素则需低下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处理（温处理（15181518）(2)(2)提取工艺对滤液质量的要求提取工艺对滤液质量的要求11离子交换法离子交换法 2 2溶酶萃取法溶酶萃取法 3 3沉淀法沉淀法(3)(3)发酵液预处理方法发酵液预处理方法:A.A.菌体和蛋白质处理菌体和蛋白质处理1 1等电点沉淀等电点沉淀2 2变性沉

12、变性沉淀（热变性沉淀）淀（热变性沉淀）3 3加各种沉淀剂沉淀：重金属离加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（子（Ag+Ag+、Cu2+Cu2+、Zn2+Zn2+、Fe3+Fe3+、Pb2+Pb2+等）和阴离子等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等）（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等）4 4加入凝聚剂：加入凝聚剂：Al2(SO4)3Al2(SO4)3 18H2O18H2O、AlCl3AlCl3 6H2O6H2O、FeCl3FeCl3、ZnSO4ZnSO4、MgCO3MgCO3等等5 5加入絮凝剂，如酰胺类加入絮凝剂，如酰胺类 6.6.吸附法：吸附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰

13、化锌钾 7.7.酶解法去酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。B.B.高价金属离子的去除高价金属离子的去除1.1.离子交换法：土霉素、四离子交换法：土霉素、四环素，用环素，用122122树脂除树脂除Fe3Fe3和色素头孢菌素和色素头孢菌素C C滤液用滤液用S S1414，除去部分阳离子，同时释放出，除去部分阳离子，同时释放出H H，除去破，除去破头头N 2N 2沉淀法：加草酸除沉淀法：加草酸除Ca2+Ca2+加黄血盐除铁加黄血盐除铁4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe(CN)6 3+12K+.4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe(CN)6

14、3+12K+.C.C.发酵液的液固分离发酵液的液固分离 设备：设备：1 1压滤设备：板框压滤设备：板框2 2吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）3 3离心过滤设备：框式离心机离心过滤设备：框式离心机(4)影响液固分离的因素影响液固分离的因素1.微生物的种类微生物的种类：细菌、放线菌、霉细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、酵母2.发酵液的特性（粘度）发酵液的特性（粘度）3.pH、温度等温度等青霉素青霉素提炼工艺流程图提炼工艺流程图 发酵液发酵液 预处理液预处理液 板框过滤板框过滤 滤液滤液 储罐储罐 BA提取提取 脱色脱色 过滤过滤 BA脱色液脱色液 结结晶晶 离心分离离

15、心分离 含水重液回含水重液回收溶媒的异丙醇洗涤收溶媒的异丙醇洗涤 甩滤甩滤 无水异丙醇洗涤无水异丙醇洗涤 甩干甩干 摇摆机摇摆机粉碎粉碎 烘干烘干 工业钾盐成品工业钾盐成品第三部分第三部分青霉素菌种发酵工艺的原理青霉素菌种发酵工艺的原理讲解人：赵海亮讲解人：赵海亮学号：学号：1003010528一、总述一、总述青霉素发酵青霉素发酵将青霉菌接种到将青霉菌接种到固体培养固体培养基上基上培养一段时间，得到培养一段时间，得到青霉菌孢子培养青霉菌孢子培养物物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种种子罐子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气内已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌，培

16、养。然后将种子培养液接种到搅拌，培养。然后将种子培养液接种到发发酵罐酵罐已灭菌的含有已灭菌的含有苯乙酸前体苯乙酸前体的培养基中，的培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。通入无菌空气搅拌，培养。二、工艺流程图二、工艺流程图（1 1）丝状菌三级丝状菌三级发酵发酵工艺流程工艺流程冷冻管（冷冻管（2525C C，孢子培养，孢子培养，7 7天）天）斜面母瓶斜面母瓶（2525C C，孢子培养，孢子培养，7 7天）天）大米孢子（大米孢子（2626C C，种子培养，种子培养56h56h）一级种子培养液（一级种子培养液（2727C C，种子培养，种子培养，24h24h）二级种子培养液二级种子培养液（27262726

17、C,C,发酵发酵,7,7天）天）发酵发酵液。液。（2 2）球状菌二级球状菌二级发酵发酵工艺流程工艺流程冷冻管（冷冻管（2525C C，孢子培养，孢子培养，6868天）天）亲米亲米（2525C C，孢子培养，孢子培养，810810天）天）生产米生产米（2828C C，孢子培养，孢子培养，5660h5660h）种子培养液种子培养液（2625-242625-24C C，发酵，发酵，7 7天）天）发酵发酵液。液。三、青霉素发酵过程三、青霉素发酵过程青霉素发酵时，青霉素生产菌在青霉素发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、合适的培养基、PHPH、温度和通气搅拌温度和通气搅拌等发酵条件下进行生长并合成青霉素。

18、等发酵条件下进行生长并合成青霉素。发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、前体和无机盐等）必须先经过前体和无机盐等）必须先经过灭菌灭菌，后接入种子。，后接入种子。在整个过程中，需要不断在整个过程中，需要不断通气和搅拌通气和搅拌，维持一定的罐，维持一定的罐温和罐压，在发酵过程中往往要加入温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂泡沫剂，假如酸，假如酸碱控制发酵液的碱控制发酵液的PHPH，还需要间歇或连续的加入葡萄糖，还需要间歇或连续的加入葡萄糖及铵盐等化合物以补充及铵盐等化合物以补充碳源及氮源碳源及氮源，或补进其他料液，或补进其他料液和前体等以

19、促进青霉素的生产。和前体等以促进青霉素的生产。青霉素发酵过程中的代谢变化分为青霉素发酵过程中的代谢变化分为菌体生长、青霉菌体生长、青霉素合成和菌体自溶素合成和菌体自溶三个阶段。三个阶段。菌体生长阶段菌体生长阶段：发酵培养基接种后生产菌在合：发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。青霉素合成阶段青霉素合成阶段：这个阶段主要合成青霉素，：这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青霉素合成能力衰退。在这

20、个阶段，菌体重量有霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。菌体自溶阶段菌体自溶阶段：这个阶段菌体衰老，细胞开始：这个阶段菌体衰老，细胞开始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率下降，氨基氮增加，下降，氨基氮增加，PHPH上升。上升。四、生产原理四、生产原理（1 1）发酵过程的工艺控制）发酵过程的工艺控制基质浓度：在分批发酵中，常常因为前基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，后期基质浓度低，期基质量浓度过高，后期基质浓度低，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长

21、对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制。为了避免这一现象产生抑制。为了避免这一现象,在青霉在青霉素发酵中通常采用素发酵中通常采用补料分批操作法补料分批操作法,即即对容易产生抑制和限制作用的基质维持对容易产生抑制和限制作用的基质维持一定的最适浓度。一定的最适浓度。温度：青霉素发酵的最适温度一般认为温度：青霉素发酵的最适温度一般认为应在应在25 25 C C 左右。温度过高将明显降左右。温度过高将明显降低发酵产率低发酵产率,同时增加葡萄糖的维持消同时增加葡萄糖的维持消耗耗,降低葡萄糖至青霉素的转化率。降低葡萄糖至青霉素的转化率。pHpH值：青霉素值：青霉素发酵发酵的最适的最适pH pH 值一般

22、认为值一般认为在在6.56.5左右左右,应尽量避免应尽量避免 pH pH 值超过值超过7.07.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定因为青霉素在碱性条件下不稳定,容易容易加速其水解。加速其水解。溶氧溶氧:对于好氧的青霉素发酵来说对于好氧的青霉素发酵来说,溶氧溶氧浓度是影响浓度是影响发酵发酵过程的一个重要因素。过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到当溶氧浓度降到30%30%饱和度以下时饱和度以下时,青霉青霉素产率急剧下降素产率急剧下降,低于低于10%10%饱和度时饱和度时,则则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高造成不可逆的损害。溶氧浓度过高,说说明菌丝生长不良或加糖率过低明菌丝生长不良或加糖率过低,造成呼造

23、成呼吸强度下降吸强度下降,同样影响生产能力的发挥。同样影响生产能力的发挥。菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过不超过临界菌体浓度临界菌体浓度,从而使氧传递速率从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。菌丝生长速度：在菌丝生长速度：在葡萄糖葡萄糖限制生长的条件限制生长的条件下，当比生长速率低于下，当比生长速率低于0.015h-10.015h-1时，比生时，比生产速率与比生长速率成正比。因此产速率与比生长速率成正比。因此,要在要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率发酵过程中达到并维持最大比生产速率,必必须使

24、比生长速率须使比生长速率不低不低0.015h-10.015h-1。菌丝形态：青霉素产生菌分化主要呈丝状菌丝形态：青霉素产生菌分化主要呈丝状生长和结球生长两种形态。在丝状菌发酵生长和结球生长两种形态。在丝状菌发酵中中,控制菌丝形态使其保持适当的分支和控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度长度,并避免结球并避免结球 ,是获得高产的关键要是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中素之一。而在球状菌发酵中,使菌丝球保使菌丝球保持适当大小和松紧持适当大小和松紧,并尽量减少游离菌丝的并尽量减少游离菌丝的含量含量,也是充分发挥其生产能力的关键素也是充分发挥其生产能力的关键素之一。之一。（2 2）发酵培养基介绍

25、）发酵培养基介绍碳源碳源：为微生物菌种的生长繁殖：为微生物菌种的生长繁殖提提供能源供能源和合成菌体所必需的和合成菌体所必需的碳成分；碳成分；为合成目的产物提供所需的碳成分。为合成目的产物提供所需的碳成分。氮源氮源：是供应菌体合成：是供应菌体合成氨基酸和三氨基酸和三肽的原料肽的原料，以进一步合成青霉素。，以进一步合成青霉素。有机氮源还可以提供一部分有机磷，有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮等可适量使用。供菌体生长。无机氮等可适量使用。碳酸钙：用来中和发酵过程中产生碳酸钙：用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵液的的杂酸，并控制发酵液的pHpH值值。苯乙酸苯乙酸/苯乙酰胺：可以借

26、酰基转苯乙酰胺：可以借酰基转移的作用，将苯乙酸转入青霉素分移的作用，将苯乙酸转入青霉素分子，子，提高青霉素的生产强度提高青霉素的生产强度。P P和和S S：为菌体提供营养的无机磷源：为菌体提供营养的无机磷源一般采用一般采用磷酸二氢钾磷酸二氢钾。另外加入硫。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。子中所需的硫。另外，由于在发酵过程中二氧化碳的不断另外，由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不严加控制，就会产生发酵

27、液逃液，导如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用致染菌的后果。采用植物油消沫植物油消沫是个好方是个好方法，一方面作为法，一方面作为消沫剂消沫剂，另一方面还可以，另一方面还可以起到起到碳源碳源作用。作用。由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子过多酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子过多会影响青霉素的合成。采用铁络合剂以抑会影响青霉素的合成。采用铁络合剂以抑制铁离子的影响，但实际对青霉素产量并制铁离子的影响，但实际对青霉素产量并无改进。所以青霉素的发酵罐采用无改进。所以青霉素的发酵罐采用不锈钢不锈钢制造为宜。制造为宜。