[精选]抗生素发酵生产工艺.pptx

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1、抗抗生素发酵生产工艺生素发酵生产工艺09级生工一第三组抗生素概述链霉素的发酵生产工艺略青霉素的发酵生产工艺123 抗生素的分类抗生素的分类2 抗生素的化学结构抗生素的化学结构3 抗生素生产的技术需求抗生素生产的技术需求4 抗生素的定义与命名抗生素的定义与命名1早期定义早期定义早期定义早期定义现代定义现代定义现代定义现代定义抗生素是一种微生物产生的，能抗生素是一种微生物产生的，能抑制或干扰其他微生物生长，甚抑制或干扰其他微生物生长，甚至杀死它种微生物的一种化学物至杀死它种微生物的一种化学物质。质。抗生素是抗生素是抗生素是抗生素是微生物微生物、植物植物和和和和动物动物产生产生产生产生的或的或的或的

2、或化学合成化学合成获得的，能够在获得的，能够在获得的，能够在获得的，能够在卑微浓度下有选择地抑制或杀灭它卑微浓度下有选择地抑制或杀灭它卑微浓度下有选择地抑制或杀灭它卑微浓度下有选择地抑制或杀灭它种生物的有机物质。种生物的有机物质。种生物的有机物质。种生物的有机物质。根据化学结构和性质。如，具有四环素结构的一类化学物质为四环素类抗生素。根据来源生物的属名。如，来源于青霉菌的抗生素为青霉素；以一些习惯性俗以一些习惯性俗名、发现的地名名、发现的地名等命名。如，正等命名。如，正定霉素、井冈霉定霉素、井冈霉素、金霉素和土素、金霉素和土霉素等；霉素等；命名原则 抗生素的分类抗生素的分类2 抗生素的化学结构

3、抗生素的化学结构3 抗生素生产的技术需求抗生素生产的技术需求4 抗生素的定义与命名抗生素的定义与命名1生物来源作用机理作用对象类 别放线菌：链霉菌放线菌：链霉菌抗生素举例真菌：青霉菌真菌：青霉菌细菌：多黏杆菌细菌：多黏杆菌链霉菌链霉菌青霉菌青霉菌多粘菌素多粘菌素抑制细胞壁合成抑制细胞壁合成影响细胞膜的功能影响细胞膜的功能抑制蛋白质的合成抑制蛋白质的合成青霉素青霉素多烯类抗生素多烯类抗生素四环素四环素广谱抗菌广谱抗菌抗革兰阳性菌抗革兰阳性菌抗真菌抗真菌氨苄青霉素氨苄青霉素青霉素青霉素放线菌酮放线菌酮生物合成途径应用领域生产工艺类 别氨基酸或肽类衍生物氨基酸或肽类衍生物抗生素举例糖苷类衍生物糖苷类

4、衍生物乙酸或丙酸衍生物乙酸或丙酸衍生物青霉素，环丝氨酸青霉素，环丝氨酸链霉素，红霉素链霉素，红霉素四环素，灰黄霉素四环素，灰黄霉素人用抗生素人用抗生素农用抗生素农用抗生素食品保藏、物品防腐和霉变食品保藏、物品防腐和霉变头孢霉素，羧苄青霉素头孢霉素，羧苄青霉素井冈霉素，春雷霉素井冈霉素，春雷霉素金霉素，放线菌酮金霉素，放线菌酮微生物发酵生物合成微生物发酵生物合成化学全合成化学全合成半合成半合成青霉素，链霉素青霉素，链霉素氯霉素，磷霉素氯霉素，磷霉素氨苄青霉素，头孢菌素氨苄青霉素，头孢菌素 抗生素的分类抗生素的分类2 抗生素的化学结构抗生素的化学结构3 抗生素生产的技术需求抗生素生产的技术需求4

5、抗生素的定义与命名抗生素的定义与命名1分为分为9类，化学结构决定了理化性质、作用机制及其疗效类，化学结构决定了理化性质、作用机制及其疗效 抗生素的分类抗生素的分类2 抗生素的化学结构抗生素的化学结构3 抗生素生产的技术需求抗生素生产的技术需求4 抗生素的定义与命名抗生素的定义与命名1即生物合成途径，即生物合成途径，目前大多数抗生素品目前大多数抗生素品种采用发酵生产种采用发酵生产工艺，其特点是工艺，其特点是成本较低，周期较长成本较低，周期较长结构相对简单的结构相对简单的抗生素可采用此途径抗生素可采用此途径如氯霉素和磷霉素如氯霉素和磷霉素利用化学方法修饰利用化学方法修饰改进生物合成的抗改进生物合成

6、的抗生素，扩大抗菌谱生素，扩大抗菌谱提高疗效和降低毒提高疗效和降低毒副作用等，获得新副作用等，获得新抗生素，如半合成抗生素，如半合成青霉素、半合成头青霉素、半合成头孢菌素等孢菌素等工业化生产途径工业化生产途径微生物发酵微生物发酵化学全合成化学全合成化学半合成化学半合成微生物合成抗生素微生物合成抗生素上游：菌种保存、上游：菌种保存、选选育、育、孢孢子及种子制子及种子制备备发发酵酵适宜的培养基适宜的培养基、碳源碳源、氮源氮源、无机无机盐盐 微量元素微量元素、前体前体、消消沫沫剂剂；流加碳源和氮流加碳源和氮源源、流加氨水流加氨水调节调节PH、好氧培养好氧培养:通入无菌氧通入无菌氧气气 下游：提取下游

7、：提取 预处预处理理 过滤过滤 进进一步提取一步提取 萃取、离子交萃取、离子交换换、沉淀法、吸附法、沉淀法、吸附法等等 结晶枯燥晶枯燥纯品品抗生素概述链霉素的发酵生产工艺略青霉素的发酵生产工艺1231青霉素的研究青霉素的研究2青霉素生产菌的特性青霉素生产菌的特性3青霉素发酵工艺过程青霉素发酵工艺过程4青霉菌别离纯化工艺过程青霉菌别离纯化工艺过程主要作用于主要作用于细胞壁的胞壁的肽多糖合成的第三多糖合成的第三阶段。段。线性性肽多糖在多糖在转肽酶的催化下的催化下进行交行交联，肽多糖多糖链之之间每两条每两条肽链结合合时均均释放出一个放出一个D-丙氨酸。青霉素与丙氨酸。青霉素与肽多糖的多糖的D-丙胺丙

8、胺酰-D-丙丙氨酸二氨酸二肽相似，相似，竞争性与争性与转肽酶结合，是合，是转肽酶不能催化多不能催化多肽链之之间的交的交联，从而起到，从而起到抑菌的作用。因此，青霉素抑菌的作用。因此，青霉素对生生长中的中的细胞胞有效，有效，对静止静止细胞无效。胞无效。是发现最早、最卓越的一种-内酰胺类抗生素，其内酰胺环是重要的抗菌活性结构。青霉素是抗生素工业的首要产品，中国为青霉素生产大国，青霉素的产量已占世界产量的近70%。作用机理青青霉素霉素1 1临床抗感染治疗临床抗感染治疗：大多数革：大多数革兰氏阳性菌和某些革兰氏阴性细兰氏阳性菌和某些革兰氏阴性细菌及螺旋体等菌及螺旋体等。毒性小，但需要毒性小，但需要皮试

9、。皮试。2 2各种半合成抗生素的原料各种半合成抗生素的原料：氨苄青霉素，磺苄青霉素，乙氧氨苄青霉素，磺苄青霉素，乙氧萘青霉素头孢菌素母核。萘青霉素头孢菌素母核。青霉素可看成是青霉素可看成是6-氨基青霉氨基青霉烷烷酸酸 6-aminopenicillanic 6APA 苯乙苯乙酰酰衍生物衍生物。侧链侧链基基团团不同，形成不同的青霉不同，形成不同的青霉素素。其中主要是。其中主要是青霉素青霉素G。分子结构及其衍生物分子结构及其衍生物v青霉素是有机酸，易溶于醇、酸、醚、酯类。青霉素在水中溶解度很小，而且很快失去活性。v青霉素G的pK值为2.76，能与无机或有机碱成盐。v青霉素盐极易溶于水，几乎不溶于乙

10、醚、氯仿、乙酸戊酯等，易溶于低级醇，略溶于乙醇、丁醇、乙酸乙酯等，而水的存在会加速溶解。v青霉素盐的稳定性与含水量和纯度相关，枯燥纯品很稳定，对热也很稳定，可进行干热灭菌。v但在水中很不稳定，随温度和PH影响很大，低温下稳定，而高温下易失活。一般在PH57时较稳定，PH在66.5最稳定。v青霉素遇酸、碱和金属离子都很不稳定，发生开环、重排和降解等反响，内酯胺环破坏后，青霉素失去活性。v青霉素G类盐的理化性质交表书P1721青霉素的研究青霉素的研究2青霉素生产菌的特性青霉素生产菌的特性3青霉素发酵工艺过程青霉素发酵工艺过程4青霉菌别离纯化工艺过程青霉菌别离纯化工艺过程青霉素生产菌的特性青霉素生产

11、菌的特性生物学特性：产黄青霉按孢子形态分为：绿色孢子和黄色孢子深层培养菌丝形态：球状和丝状两种生产上采用绿色丝状菌株菌落：平坦或皱褶，圆形青霉穗:分生孢子，排列呈链状，似毛笔发发酵酵条件条件下的生下的生长过长过程程第1期：分生孢子萌发，具有小泡。第2期：菌丝繁殖，嗜碱性，类脂肪小颗粒。第3期：脂肪包涵体，储藏物，嗜碱性很强。第4期：空泡，嗜碱性减弱，开始产生抗生素。第5期：大空泡，中性染色大颗粒，脂肪体消失，青霉素产量最高。第6期：个别细胞自溶，胞内无颗粒，释放氨，pH上升。第7期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。v在规定时间取样，显微镜观察7 7个时期的形态变化，控制发酵。v1 14 4期期为为

12、菌菌丝丝生生长长期期，3期的菌体为适宜种子。v4 45 5期期为为生生产产期期，生产能力最强，通过工艺措施，延长此期，获得高产。v第6 6期到来之前结束发酵。发发酵酵条件条件下的生下的生长过长过程程1青霉素的研究青霉素的研究2青霉素生产菌的特性青霉素生产菌的特性3青霉素发酵工艺过程青霉素发酵工艺过程4青霉菌别离纯化工艺过程青霉菌别离纯化工艺过程琼脂斜面琼脂斜面米孢子米孢子种子罐种子罐发酵罐发酵罐过滤过滤萃取萃取脱色脱色结晶结晶枯燥枯燥工业盐成品工业盐成品青霉素生产工艺流程青霉素生产工艺流程发酵工艺过程发酵工艺过程1、生生产孢产孢子制子制备备斜面孢子：将砂土保藏的孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的

13、斜面固体培养基活化再传斜面进行培养米孢子：接入到优质小米或大米固体培养基上，生长7天25，相对湿度50%注意：每批孢子必需进行严格摇瓶试验，测定效价及杂菌情况。2 2、种子罐培养工艺一级种子发酵一级种子发酵：发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。培养基：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫剂等。pH自然，空气流量1：3体积比；300-350r/min；温度271,40-50h,菌丝浓度达40%以上。二级种子罐二级种子罐：繁殖罐，大量繁殖。培养基：葡萄糖、玉米浆等。pH自然，空气流量：1:1-1.5；250-280r/min；251。14h，菌丝浓度40%以上，残糖1.0%左右，无杂菌，为合格种子。3 3

14、、生产罐培养工艺三级罐三级罐：生产罐；接种量12%-15l培养基：花生饼粉高温，麸质粉，玉米浆，葡萄糖，尿素，硝酸铵，硫酸钠，硫代硫酸钠，磷酸二氢钠，苯乙酰胺及消沫剂，CaCO3等l参数条件：通气量：0.7-1.8；150-200r/min；前60小时:pH5.7-6.3，26；60小时后:pH6.3-6.6,24。操作方式：反复分批式发酵反复分批式发酵发酵罐：100M3，装料80M3.带放:6-10次，间隔24h，带放量10。发酵时间：204h前4040小时：培养基中的主要营养物4040小时后：低速连续流加葡萄糖、氮源等，使菌半饥饿，延长合成期，提高产量。发酵过程发酵过程控制控制l 碳源的选

15、择碳源占成本1212以上，采用糖化液流加,降低成本。糖与6APA 6APA 6-6-氨基青霉烷氨基青霉烷 结合形成糖基-6APA-6APA，影响青霉素产量。根据残糖、pH、尾气中CO2和O2含量控制糖的流加。葡萄糖的流加，波动范围较窄，浓度过低使抗生素合成速度减慢或停止，过高则导致呼吸活性下降，甚至引起自溶。残糖在0.60.6左右，pHpH开始升高时流加糖。一培养基一培养基l氮源的选择玉米浆:最好，含有多种氨基酸及其前体苯乙酸和衍生物。补加无机氮源：硫酸铵、氨水、尿素补氮。l无机盐无机盐无机盐：硫、磷、镁、钾等。铁有毒，控制在30ug/ml30ug/ml以下。l添加前体添加前体时期：合成阶段种

16、类：苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等毒性：抑制细胞生长和青霉素合成。策略：低浓度流加控制：保持供给速率略大于生物合成需要。青霉菌生长适宜温度3030，合成适宜温度25252020，青霉素破坏少，但周期很长变温控制，不同阶段不同温度生长阶段：较高温度，缩短生长时间生产阶段：适当降低温度，以利于青霉素合成前期控制在25-2626左右，后期降温控制2424二温度二温度合成适宜pH6.4pH6.46.66.6左右，防止超过7.07.0在碱性条件下不稳定，易水解pHpH下降：流加CaCOCaCO3 3、通氨水调节或提高通气量pHpH上升：流加糖或天然油脂三三PHl3030饱和氧浓度，产

17、率急剧下降l1010饱和氧浓度，造成不可逆的损害l临界溶氧浓度：3030l通气比：1 1：0.8VVM0.8VVMl适宜的搅拌速度，保证气液混合，提高溶氧l根据各阶段的生长和耗氧量不同，调整搅拌转速:四溶解氧四溶解氧临界菌体浓度：溶解氧速率和氧消耗速率到达平衡时的菌体浓度。此浓度，则供氧缺乏，溶解氧下降，发酵产率下降。发酵稳定期，湿菌浓 15%-20%,菌干重 3%-5%左右五菌体浓度五菌体浓度天然油脂：玉米油化学消沫剂：泡敌策略：少量屡次注意：前期不宜多参加，影响呼吸代谢。六消沫六消沫1青霉素的研究青霉素的研究2青霉素生产菌的特性青霉素生产菌的特性3青霉素发酵工艺过程青霉素发酵工艺过程4青霉

18、菌别离纯化工艺过程青霉菌别离纯化工艺过程别离纯化工艺别离纯化工艺过程过程青霉素不稳定，遇酸、碱、热分解失活水溶液中不稳定，非极性溶剂中稳定易溶于有机溶剂，水中溶解度很小青霉素盐很稳定；降解产物具有致敏性 在发酵液预处理、提取和精制过程条件温和、快速，防止降解。青霉素别离纯化工艺过程青霉素别离纯化工艺过程预处理预处理过滤过滤萃取萃取脱色脱色结晶结晶l青霉素的存在部位：发酵液l浓度较低：仅含百分之几百分之几l含有大量杂质：菌体细胞、核酸、杂蛋白质、细胞壁多糖等、残留的培养基、色素、金属离子、代谢产物等l目的：浓缩青霉素，去除大局部杂质，改变发酵液的流变学特征，便于后续的别离纯化过程l预处理:发酵液

19、加少量絮凝剂沉淀蛋白1预处理预处理2过滤过滤v鼓式真空过滤机过滤 一次滤液：pH6.2-7.2pH6.2-7.2 蛋白质含量0 0.0.05 5%-0.20.2%v板框式过滤机过滤10%硫酸调节pH4.5-5.0pH4.5-5.0，参加0.07%0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.07%0.07%硅藻土为助虑剂二次滤液：澄清透明，用于提取收率9090原理：青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水萃取剂：青霉素分配系数高的有机溶剂工业上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯除去蛋白质：加0.05-0.1%0.05-0.1%乳化剂PPBPPB萃取：2 23 3次整个整个过程在低温下程在低温下进行行10度

20、以下，萃取罐用冷度以下，萃取罐用冷冻盐水冷却水冷却3萃取萃取4脱色脱色萃取液中添加活性炭，除去色素、热原；过滤，除去活性炭。直接结晶直接结晶 加醋酸钠乙醇溶液反响：得到结晶钠盐加醋酸钠乙醇溶液反响：得到结晶钠盐 加醋酸钾乙醇溶液：得到青霉素钾盐加醋酸钾乙醇溶液：得到青霉素钾盐共沸蒸馏结晶共沸蒸馏结晶钾盐溶于钾盐溶于0.5 M KOH,0.5 M KOH,调调 pH pH至中性至中性加加2.52.5倍体积丁醇，倍体积丁醇，16-2616-26，真空，真空0.67-1.3KPa0.67-1.3KPa下蒸馏下蒸馏水和丁醇形成共沸物而蒸出。钾盐结晶析出水和丁醇形成共沸物而蒸出。钾盐结晶析出结晶经过洗涤

21、、枯燥，磨粉，装桶，得到青霉钾盐素结晶经过洗涤、枯燥，磨粉，装桶，得到青霉钾盐素产品产品5结晶结晶WPS官方微博kingsoftwps9、静夜四无邻，荒居旧业贫。4月-234月-23Tuesday,April 18,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。07:36:1607:36:1607:364/18/2023 7:36:16 AM11、以我独沈久，愧君相见频。4月-2307:36:1607:36Apr-2318-Apr-2312、故人江海别，几度隔山川。07:36:1607:36:1607:36Tuesday,April 18,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。4月-234月-2307

22、:36:1607:36:16April 18,202314、他乡生白发，旧国见青山。18 四月 20237:36:16 上午07:36:164月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。四月 237:36 上午4月-2307:36April 18,202316、行动出成果，工作出财富。2023/4/18 7:36:1607:36:1618 April 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。7:36:16 上午7:36 上午07:36:164月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。4月-234月-23Tuesday,April 18,202310、很

23、多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。07:36:1607:36:1607:364/18/2023 7:36:16 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。4月-2307:36:1607:36Apr-2318-Apr-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份缺乏，可得无限完美。07:36:1607:36:1607:36Tuesday,April 18,202313、不知香积寺，数里入云峰。4月-234月-2307:36:1607:36:16April 18,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。18 四月 20237:36:16 上午07:36

24、:164月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。四月 237:36 上午4月-2307:36April 18,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/4/18 7:36:1607:36:1618 April 202317、空山新雨后，天气晚来秋。7:36:16 上午7:36 上午07:36:164月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。4月-234月-23Tuesday,April 18,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。07:36:1607:36:1607:364/18/2023 7:36:16 AM11、越是没有本领的就越加自命非凡。4月-2307:36:160

25、7:36Apr-2318-Apr-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。07:36:1607:36:1607:36Tuesday,April 18,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。4月-234月-2307:36:1607:36:16April 18,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。18 四月 20237:36:16 上午07:36:164月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。四月 237:36 上午4月-2307:36April 18,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/4/18 7:36:1607:36:1618 April 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。7:36:16 上午7:36 上午07:36:164月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉