學(xué)習(xí)情境3藥品-鏈霉素發(fā)酵

1、2021/9/131學(xué)習(xí)目的與要求（1）知識目標： （2）能力目標：（3）情感目標：情境3 藥品抗生素-鏈霉素發(fā)酵合成2021/9/132接受工作任務(wù)工作任務(wù)分析制定工作計劃工作任務(wù)實施工作任務(wù)檢查 工作任務(wù)評價知識拓展鏈 霉 素 發(fā) 酵生 產(chǎn) 技 術(shù)2021/9/133鏈霉素是繼青霉素之后，用于臨床的第二個重要抗生素，鏈霉素是含有鏈霉胍的氨基糖苷類抗生素族（圖1）中的主要成員，鏈霉素又稱鏈霉素A，其化學(xué)名為N-甲基-L-葡萄糖胺-(12)-L-鏈霉糖-(14)鏈霉胍。是生物在其生產(chǎn)活動過程中所產(chǎn)生，并能在低微濃度下有選擇性地抑制或殺滅其他微生物或腫瘤細胞的有機物。 1.接受工作任務(wù)2021/

2、9/1342021/9/135復(fù)制翻譯轉(zhuǎn)錄2021/9/136鏈霉素主要理化性質(zhì) 鏈霉素游離堿為白色粉末，大多數(shù)鹽類也是白色粉末或略帶黃色的粉末或結(jié)晶，無嗅，味微苦，有吸濕性，在空氣中易潮解。2021/9/137生產(chǎn)菌種 2工作任務(wù)分析2021/9/138培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基 高氏1號培養(yǎng)基 2021/9/139設(shè)備機械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐 2021/9/1310 Agar diffusion assayagar plate瓊脂培養(yǎng)基lawn of test bacteria測 試 菌 苔filter papers soakedwith test compounds含 藥 物 濾 紙zones of

3、inhibition(no growth)抑菌圈2021/9/1311分 析 儀 器Analytical instruments現(xiàn)代分析儀器：核磁共振毛細管電泳氣相色譜高效液相色譜質(zhì)譜Modern analytical instruments:Nuclear magnetic resonance (NMR)Capillary electrophoresis(CE)Gas chromatography (GC)High performance liquid chromatography (HPLC)Mass spectroscopy (MS) AutomationSensitivityAccur

4、acy自動靈敏準確2021/9/1312 3. 制定工作計劃確定鏈霉素生產(chǎn)的原料。因地制宜，立足本地資源。（見發(fā)酵原料要求）確定培養(yǎng)基組成。包括斜面培養(yǎng)基、搖瓶培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。明確發(fā)酵過程中各工藝參數(shù)、影響因素和調(diào)控方法。2021/9/13132021/9/1314Strain Improvement Scale-upStrain出發(fā)菌株Agar plate平板技術(shù)Primaryshake flaskEvaluation搖瓶培養(yǎng)Secondary shake flask evaluationdifferent media二級搖瓶培養(yǎng)各種培養(yǎng)基Lab fermentor eval

5、uationProductionCondition小型發(fā)酵罐模擬生產(chǎn)條件Mastercell bankWorkingcell bankInoculumDevelopment菌種擴大培養(yǎng)Pilot plantEvaluation中試生產(chǎn)ProductionEvaluation生產(chǎn)60003003031Possiblerecycle2021/9/13152021/9/1316搖瓶發(fā)酵 Shake-flask fermentation10-50 ml in 125-500 ml flaskBatch onlyLimited control: temperatureSlow metabolizing

6、carbohydrateAmbient pressureBuffers needed to control pHIn-process sampling difficultVolume decrease by evaporationSolid growth on side wallsAntifoam not neededAgitation limited: shaker speedNo control of dissolved oxygen裝液量：10% (250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結(jié)垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧2021/9/1

7、317攪 拌 罐 發(fā) 酵 Stirred tank fermentation10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2 大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓10-100,000 liter vesselsBatch and feed possibleContinuous control: pH, temperatureAmmonium salts or ammonia neededPressure at two atmospheres possibleNo buffers necessary In-pro

8、cess sampling easyVolume increase by sugar feedVery uniform growthAntifoam often requiredWide variety of impellers and bafflesDissolved oxygen controlled by aeration, pressure2021/9/1318搖 瓶 發(fā) 酵 Shake-flask 裝液量：10% (250ml)間歇培養(yǎng)溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結(jié)垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養(yǎng)連續(xù)控

9、制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2 大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加 生長均勻一致需消泡多種攪拌 控制溶解氧:通氣,加壓攪 拌 罐 發(fā) 酵 Stirred tank 2021/9/1319菌種 種子制備 發(fā)酵 發(fā)酵液預(yù)處理 提取及精制 成品包裝Strain Preparation of seed Fermentation Treatment of broth Isolation & purification Package of product4.工作任務(wù)實施2021/9/1320A scheme of the material flow in an antibiotic producti

10、on 2021/9/1321A scheme of the material flow in an antibiotic production 連消發(fā)酵罐緩沖罐種子罐2021/9/1322發(fā)酵生產(chǎn)原料 Materials for Fermentation碳源:葡萄糖、果糖、麥芽糖、乳糖淀粉2021/9/1323氮源:有機氮源無機氮源 有機氮源包括： 黃豆餅粉、玉米漿、蠶蛹粉、酵母粉和麩質(zhì)水， 其中以黃豆餅粉為最佳，其它可做為輔助氮源。 發(fā)酵生產(chǎn)原料2021/9/1324 培 養(yǎng) 基Media for Cell Growth & Final productionComponents Range

11、% 組 成可溶性淀粉 20g、NaCl 05g、KNO3 1g、K2HPO43H2O 0.5g、MgSO4 7H2O 05g、FeSO47H2O 001g、瓊脂 15-20g、水 1000ml、pH 7.4-7.6 Fermentation 發(fā)酵培養(yǎng)基 Components Range % 組 成為葡萄糖、黃豆餅粉、硫酸鉸、磷酸二氫鉀、碳酸鈣、玉米漿 Tank seed 種子培養(yǎng)基2021/9/13252021/9/13265. 發(fā) 酵 控 制Fermentation Control Sample AnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProduct

12、sPrecursorsContaminationPressure probeLevel probepH probeTemp. probeDO probeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed2021/9/1327ScaleWeight SignalPump SpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer Flow Rate Control 流量控制2021/9/13282021/9/1329菌種 (strain)：灰色鏈霉菌(S.griseus) 無菌情況有保證；代謝速度45小時為準耗糖1.0+0.2耗氧30+5mg/100ml；效價8000u/ml；粘度8-12秒；菌絲階段3-4；在大罐發(fā)酵中有一定水平 鏈霉素 發(fā) 酵2021/9/1330鏈霉素發(fā)酵溫度以28.5左右為宜。鏈霉菌菌絲生長的pH約為6.57.0，而鏈霉素合成的pH約為6.87.3 鏈霉菌的臨界溶氧濃度約為10-5mol/L， 發(fā)酵終點確定：殘?zhí)菨舛?低于1%。2021/9/1331發(fā)酵產(chǎn)物鏈霉素的提取與精制鏈霉素的提取，目前均采用離子交換法。離子交換法提取過程一般包括