抗生素工藝學(xué)

1、青霉素一、青霉素的定義青霉素是抗菌素的一種，是從青霉菌培養(yǎng)液中提制的藥物，是第一種能夠治療人類疾病的抗生素。青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是第一種能夠治療人類疾病的抗生素。青霉素類抗生素是-內(nèi)酰胺類中一大類抗生素的總稱。二、青霉素怎么發(fā)現(xiàn)的青霉素的發(fā)現(xiàn)者是英國細菌學(xué)家弗萊明。1928年的一天，弗萊明在他的一間簡陋的實驗室里研究導(dǎo)致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細菌用的瓊脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一位研究青霉菌的學(xué)者的窗口飄落進來

2、的。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設(shè)法培養(yǎng)這種霉菌進行多次試驗，證明青霉素可以在幾小時內(nèi)將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星青霉素。青霉素發(fā)明者、英國科學(xué)家弗萊明在他的實驗室內(nèi)澳大利亞病理學(xué)家霍華德.弗羅里因進行青霉素化學(xué)制劑的研究，而與弗萊明1945年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃，活力十足；距青霉菌較近的細菌個較小、色較淺，活力較差；而最接近青霉菌的細菌個最小、色發(fā)白，顯然已經(jīng)死亡 圖中是葡萄球菌，這些形如珍珠的東西就是危害人體健康的葡萄菌，青霉素能消滅它們。三、藥理

3、作用青霉素藥理作用是干擾細菌細胞壁的合成。青霉素的結(jié)構(gòu)與細胞壁的成分粘肽結(jié)構(gòu)中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可與后者競爭轉(zhuǎn)肽酶，阻礙粘肽的形成，造成細胞壁的缺損，使細菌失去細胞壁的滲透屏障，對細菌起到殺滅作用。對革蘭陽性球菌及革蘭陽性桿菌、螺旋體、梭狀芽孢桿菌、放線菌以及部分擬桿菌有抗菌作用。內(nèi)服易被胃酸和消化酶破壞。肌注或皮下注射后吸收較快，1530min達血藥峰濃度。青霉素在體內(nèi)半衰期較短，主要以原形從尿中排出。四、功效 青霉素是一種高效、低毒、臨床應(yīng)用廣泛的重要抗生素。它的研制成功大大增強了人類抵抗細菌性感染的能力，帶動了抗生素家族的誕生。通過數(shù)十年的完善，青霉素針劑和口服青霉素已能分別

4、治療肺炎、肺結(jié)核、腦膜炎、心內(nèi)膜炎、白喉、炭疽等病。繼青霉素之后，鏈霉素、氯霉素、土霉素、四環(huán)素等抗生素不斷產(chǎn)生，增強了人類治療傳染性疾病的能力。五、青霉素生產(chǎn)工藝過程1、工藝流程（1）絲狀菌三級發(fā)酵工藝流程冷凍管（25C，孢子培養(yǎng)，7天）斜面母瓶（25C，孢子培養(yǎng)，7天）大米孢子（26C，種子培養(yǎng)56h,1:1.5vvm）一級種子培養(yǎng)液（27C，種子培養(yǎng)，24h,1:1.5vvm）二級種子培養(yǎng)液（2726C,發(fā)酵,7天,1:0.95vvm）發(fā)酵液。（2）球狀菌二級發(fā)酵工藝流程冷凍管（25C，孢子培養(yǎng)，68天）親米（25C，孢子培養(yǎng)，810天）生產(chǎn)米（28C，孢子培養(yǎng)，5660h,1:1.5v

5、vm）種子培養(yǎng)液（2625-24C，發(fā)酵，7天，1：0.8vvm）發(fā)酵液。 VVM的意思 每分鐘通氣量與罐體實際料液體積的比值。 發(fā)酵罐中的通氣量一般以VVM計，其中的氣體體積以標準狀態(tài)計。 其單位是立方米/（立方米*分鐘）， 通氣比=通氣速率（單位：立方米/分鐘）/發(fā)酵液體積（單位：立方米）。青霉素工藝流程圖2、工藝控制（1）影響發(fā)酵產(chǎn)率的因素基質(zhì)濃度 在分批發(fā)酵中，常常因為前期基質(zhì)量濃度過高，對生物合成酶系產(chǎn)生阻遏（或抑制），而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長和產(chǎn)物合成 , 為了避免這一現(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)生阻遏、抑制和限制作用的基質(zhì)進行緩慢流加以維持

6、一定的最適濃度。（2）溫度 青霉素發(fā)酵的最適溫度隨所用菌株的不同可能稍有差別 , 但一般認為應(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。（3） pH 值青霉素發(fā)酵的最適 pH 值一般認為在 6. 5 左右 , 有時也可以略高或略低一些 , 但應(yīng)盡量避免 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。在緩沖能力較弱的培養(yǎng)基中, pH 值的變化是葡萄糖流加速度高低的反映。（4）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,

7、 低于 10% 飽和度時, 則造成不可逆的損害。（5）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達到平衡。（6）菌絲生長速度 用恒化器進行的發(fā)酵試驗證明，在葡萄糖限制生長的條件下，青霉素比生產(chǎn)速率與產(chǎn)生菌菌絲的比生長速率之間呈一定關(guān)系。 要在發(fā)酵過程中達到并維持最大比生產(chǎn)速率, 必須使比生長速率不低0.015h-1 。（7）菌絲形態(tài) 在長期的菌株改良中 , 青霉素產(chǎn)生菌在沉沒培養(yǎng)中分化為主要呈絲狀生長和結(jié)球生長兩種形態(tài)。六.青霉素培養(yǎng)基成分甲液：胰蛋白胨10g 蒸餾水1000mL 乙液：磷酸氫二鈉9.5g 蒸餾水1000mL 丙液：氯

8、化鎂(MgCl26H2O)40g 蒸餾水400mL 以上分別在121滅菌15min。 丁液：孔雀綠0.2g 蒸餾水100mL 戊液：羧芐青霉素1mg/mL 制法 取甲液620mL、乙液160mL、丙液212mL混合，再加入丁液6.4mL和戊液2.4mL，即為1000mL培養(yǎng)基。分裝滅菌燒瓶，每瓶100mL，或滅菌試管10mL。 （1）培養(yǎng)基成分的控制a. 碳源有乳糖、蕉糖、葡萄糖等。目前生產(chǎn)上普遍采用的是淀粉水解糖、糖化液 (DE 值 50% 以上) 進行流加。b. 氮源常選用玉米漿、精制棉籽餅粉、麩皮，補加無機氮源。c. 前體 在發(fā)酵液中加人前體用苯乙酸、苯乙酰胺, 一次加入量不大于0.1%

9、, 并采用多次加入, 以防止前體對青霉素的毒害。d. 加人的無機鹽包括硫、磷、鈣等, 且用量要適度。另外, 由于鐵離子對青霉菌有毒害作用, 必須嚴格控制鐵離子的濃度, 一般控制在30 g/ml 。（2）發(fā)酵培養(yǎng)的控制a. 加糖控制是根據(jù)殘?zhí)橇考鞍l(fā)酵過程中的 pH 值確定 , 最好是根據(jù)排氣中CO2 量及 O2 量來控制, 一般在殘?zhí)墙抵?0.6% 左右, pH 值上升時開始加糖。b. 補氮及加前體 是指加硫酸銨、氨水或尿素, 使發(fā)酵液氨氮控制在 0. 01%-0.05%,補前體以使發(fā)酵液中殘存苯乙酰胺濃度0.05%-0.08% 。c. pH 值控制在pH 6.4-6.8, 可以補加葡萄糖來控制

10、。目前一般采用加酸或加堿控制pH值。 d. 溶解氧的控制一般要求發(fā)酵中溶解氧量不低于飽和溶解氧的30% 。通風(fēng)比一般為1:0.8L/(L min), 攪拌轉(zhuǎn)速在發(fā)酵各階段應(yīng)根據(jù)需要而調(diào)整。e. 泡沫的控制，在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量泡沫, 可以用天然油脂, 如豆油、玉米油等或用化學(xué)合成消泡劑 “ 泡敵 ” 來消泡, 應(yīng)當控制其用量并要少量多次加入。f. 溫度控制，前期 2 5- 2 6 C, 后期 23 C, 以減少后期發(fā)酵液中青霉素的降解破壞。七、青霉素濃縮法利用青霉素特異性地殺死野生型細胞、保留營養(yǎng)缺陷型細胞的方法。青霉素能抑制細菌細胞壁的合成，所以只能殺死生長繁殖中的細菌，而不能殺死停止分裂的

11、細菌。在只能使野生型生長而不能使突變型生長的選擇性液體培養(yǎng)基中，野生型被青霉素殺死，而突變型則不被殺死，從而淘汰野生型，使突變型得以濃縮?？蛇m用于細菌和放線菌，是營養(yǎng)缺陷型突變體篩選的常用方法之一。 八、有關(guān)青霉素產(chǎn)生過敏的原因 青霉素不穩(wěn)定，可以分解為青霉噻唑酸和青霉烯酸。前者可聚合成青霉噻唑酸聚合物，與多肽或蛋白質(zhì)結(jié)合成青霉噻唑酸蛋白，為一種速發(fā)的過敏源，是產(chǎn)生過敏反應(yīng)最主要的原因；后者還可與體內(nèi)半胱氨酸形成遲發(fā)性致敏原-青霉烯酸蛋白，與血清病樣反應(yīng)有關(guān)。九、注意事項1.口服或注射給藥時忌與堿性藥物配伍，以免分解失效。2.本品不宜與鹽酸四環(huán)素、卡那霉素、多粘菌素E、磺胺嘧啶鈉、三磷酸腺苷、

12、輔酶A等混合靜滴，以免發(fā)生沉淀或降效。3.氯霉素與青霉素一般不要聯(lián)用，因氯霉素為抑菌劑，而青霉素為繁殖期殺菌劑，聯(lián)用可影響青霉素的抗菌活性而降效。4.由于本品可抑制某些肝臟酶的活性，因此可干擾甲苯磺丁脲、苯妥英鈉和雙香豆素在人體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化，可增強甲苯磺西脲、苯妥英鈉的作用，對雙香豆素和華法林的抗凝作用均可增強。5.嬰兒、肝、腎功能減退者慎用，妊娠末期產(chǎn)婦慎用，哺乳期婦女忌用。 謝謝！抗腫瘤抗生素之博萊霉素博萊霉素的簡介博萊霉素的發(fā)酵工藝博萊霉素的提取與精制方法博萊霉素的檢驗標準及發(fā)展方向其他抗腫瘤抗生素博萊霉素簡介中文、英文名、發(fā)現(xiàn)簡史理化性質(zhì)抗菌譜作用機理第一中文名：博萊霉素英文名：Ble

13、omycin分子式： A2C55H84N17O21S3 分子質(zhì)量： 1415.59 發(fā)現(xiàn)簡史：博萊霉素是從輪枝鏈霉素（S.Verticillus）所分離出來的多組分的抗腫瘤抗生素。我國于1969年從浙江平陽土壤中分離獲得平陽鏈霉菌（S.pingyangensisn.sp）,其代謝產(chǎn)物與國外博萊霉素是同一類抗生素。1970年試制成功，當時曾定名為爭光霉素，1971年投入生產(chǎn)。博萊霉素的理化性質(zhì)：博萊霉素均為弱堿多肽類化合物。分為A、B兩大類共13種組分易溶于水、甲醇、微溶于乙醇幾乎不溶于丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醚。含銅離子時呈藍綠色，去銅離子后為白色粉末。 博萊霉素的抗菌譜博萊霉素是一族具有

14、獨特結(jié)構(gòu)和獨特作用的廣譜、低毒抗腫瘤抗生素。研究證明它能有效地抑制革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌，對金黃色葡萄球菌、痢疾桿菌、大腸桿菌、變形桿菌、傷寒桿菌、枯草桿菌等具有較強的抗菌作用。博萊霉素的應(yīng)用及其副作用博萊霉素、絲裂霉素、阿霉素、柔紅霉素等天然來源的抗腫瘤抗生素以及經(jīng)化學(xué)修飾的同類物不但對惡性淋巴瘤、頭頸部癌、乳腺癌和食道癌有良好的療效，更重要的是它對發(fā)病率高，又無有效藥物的肝癌的作用更是目前已有的抗癌藥中所少見的。副反應(yīng)為發(fā)熱、肺纖維化、色素沉著和胃腸道反應(yīng)等。在用藥期間應(yīng)注意癌病灶急速壞死而引起局部出血，或停藥過早導(dǎo)致腫瘤爆發(fā)性的增性增長的可能。作用機理 博萊霉素 人體 博萊霉素Fe+2

15、復(fù)合物 博萊霉素Fe+3復(fù)合物 氧分子形成氧自由基 引起 (包括超氧陰離子和輕基自由基) DNA的脫氧核糖反應(yīng)引發(fā)DNA降解、斷鏈，阻止DNA復(fù)制，從而抑制腫瘤細胞DNA的合成含琉基的化合物作用下可還原為前者，此循環(huán)作用可不斷破壞腫瘤DNA的復(fù)制 進入體內(nèi)氧化酶博萊霉素發(fā)酵工藝整個流程孢子活化種子培養(yǎng) 發(fā)酵第二發(fā)酵類型分批+補料發(fā)酵時間，小時144 12間歇時間，小時12循環(huán)時間，小時156 12發(fā)酵罐體積，m335原始體積，m324發(fā)酵體積，m328發(fā)酵活性（kg）3.92發(fā)酵終產(chǎn)品濃度，kg/m3140 20收率，%35 最大通風(fēng)（VVM）1.0通風(fēng)（kwh/kg）4,500最大動力輸入（

16、kw/m3）2.5+3能耗 (攪拌+冷卻), kwh/kg5,700蒸汽(kg/kg)3,000培養(yǎng)基高氏培養(yǎng)基：可溶性淀粉，KCl、KH2PO4、MgSO4、NaNO3、FeSO44H2O、瓊脂、水1L。配制方法是在1L的蒸餾水中分別加入上述各物質(zhì)，之后搖勻。121濕熱滅菌20分鐘，備用 ;2.發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖、淀粉、大豆粉、酵母粉、玉米漿、CaCO3、ZnSO4、K2HPO4，再加入自來水，調(diào)pH為6.4;3.種子搖瓶培養(yǎng)基(同發(fā)酵培養(yǎng)基) 。（一）菌種及種齡 平陽霉素的產(chǎn)生菌是平陽鏈霉菌。種齡是一個比較重要的參數(shù)，應(yīng)選擇處于生命力旺盛指數(shù)生長期的菌體。種子培養(yǎng)時間太短，菌體太少，會使發(fā)

17、酵周期延長；種子培養(yǎng)時間太長，則菌體易衰老，影響發(fā)酵產(chǎn)素單位；該菌株所產(chǎn)生的復(fù)合物中以A5組分（國內(nèi)）為主，不同于輪枝鏈霉產(chǎn)生的復(fù)合物以A2，B2 組分（國際市場）為主。工藝要點 。（二）接種量 博萊霉素發(fā)酵時接種量為4%較好。（三）發(fā)酵 采用三級發(fā)酵。發(fā)酵培養(yǎng)基為淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉、酵母粉、玉米漿、氯化鈉、硫酸銅、硫酸鋅、磷酸二氫鉀等。為了提高A5組分的含量，需在發(fā)酵過程中增加玉米漿的配比及一定量的銅離子。中間補加玉米漿的條件控制： 當pH有7.0下降到6.0左右時補加約發(fā)酵40h，以每隔6h補一次pH有上升趨勢時開始補飴糖，每次補入1%，每6h補一次，使發(fā)酵過程的總糖水平不低于1.5%

18、。（進行糖含量的測定）Cu離子起螯合劑作用，特別在玉米漿作有機氮源時必須加入一定數(shù)量的硫酸銅。它所造成的抑制作用較為明顯，使形成的組合以A5為主。平陽霉素發(fā)酵過程中不產(chǎn)生泡沫，故不需消沫劑。（四）氧含量 通過改變搖床的轉(zhuǎn)速和培養(yǎng)基的裝量可以改變搖瓶中的通氣量，裝量越多，培養(yǎng)基與空氣的接觸面越小，空氣在培養(yǎng)基中的擴散程度越差。（五）轉(zhuǎn)速 博萊霉素發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)速為220r/min，搖瓶裝量為50ml/750ml效果較好。（六）pH 發(fā)酵過程中培養(yǎng)基PH是菌體在一定環(huán)境條件下代謝活動的綜合指標，它對菌體生長及產(chǎn)品積累有很大影響，是一項重要參數(shù)，已有資料顯示博萊霉素發(fā)酵過程PH控制在6.4左右產(chǎn)素效果

19、較好。（七）溫度及及搖瓶裝量 在750ml搖瓶中，以50ml裝量并于pH 6.4、溫度30培養(yǎng)，菌體產(chǎn)博萊霉素能力相對最強。博萊霉素的提取與提煉提取的簡易流程提取液的原料提煉第三提取的簡易流程提取液的主要原料陽離子樹脂1陽離子樹脂2陰離子樹脂NH4OHNaOHHCl檸檬酸醋酸甲醇丙酮軟化水提煉利用平陽霉素在水溶液中能離解成陽離子的特性，用弱酸丙烯系陽離子交換樹脂（122H+型）進行提取。在精制過程中尚需去除銅離子，其方法是在醇溶液中以苯肼硫羰偶氮苯為螯合劑，或以硫化氫來去除銅離子，然后反復(fù)用丙酮沉淀精制，經(jīng)過濾，真空干燥即制得成品。包裝：10mg, 50mg, 100mg, 500 mg, 1 g, 5 g, 10 g,儲存條件：2-8度研究進展研究發(fā)現(xiàn)我國土壤中篩選