學(xué)習(xí)情境二霉菌發(fā)酵制藥

學(xué)習(xí)情境二

霉菌發(fā)酵制藥發(fā)酵制藥Edityourcompanyslogan第一頁(yè)，共四十一頁(yè)。子學(xué)習(xí)情境2.1

青霉素發(fā)酵Edityourcompanyslogan第二頁(yè)，共四十一頁(yè)。任務(wù)一抗生素概述

第三頁(yè)，共四十一頁(yè)。第一節(jié)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/ml第四頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、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。二、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。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)。第二節(jié)抗生素的分類

一、根據(jù)生物來(lái)源

(一）放線菌產(chǎn)生的抗生素

(二）真菌產(chǎn)生的抗生素

(三）細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素

(四）其他生物產(chǎn)生的抗生素

第六頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、根據(jù)作用對(duì)象(一)抗G＋（二）抗Ｇ－（三）廣譜抗生素（四）抗真菌抗生素（五）抗腫瘤抗生素（六）抗病毒抗生素（七）抗結(jié)核分支桿菌霉素第七頁(yè)，共四十一頁(yè)。三、根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)（一）β－內(nèi)酰胺類抗生素（二）四環(huán)類抗生素（三）氨基糖苷類抗生素（四）大環(huán)內(nèi)酯類抗生素（五）多烯大環(huán)類抗生素（六）多肽類抗生素（七）蒽環(huán)類抗生素（八）其他類第八頁(yè)，共四十一頁(yè)。

四、根據(jù)作用機(jī)制（一）抑制細(xì)胞壁合成（二）影響細(xì)胞膜功能（三）抑制和干擾蛋白質(zhì)合成（四）抑制核酸合成（五）抑制細(xì)菌生物能作用第九頁(yè)，共四十一頁(yè)。第三節(jié)

抗生素的用途

一、抗生素在醫(yī)療上的用途（一）控制細(xì)菌感染（二）治療真菌感染（三）抗腫瘤（四）抗病毒第十頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用（一）防治植物病害（二）促進(jìn)或抑制植物生長(zhǎng)（三）畜牧業(yè)的應(yīng)用三、食品保藏四、工業(yè)上的應(yīng)用第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。任務(wù)二

抗生素工業(yè)生產(chǎn)概論

Edityourcompanyslogan第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。第一節(jié)

抗生素的生產(chǎn)方法一、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(lái)，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)大第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、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。三、半合成法發(fā)酵出來(lái)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。第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。第二節(jié)發(fā)酵法生產(chǎn)抗生素的工藝過(guò)程

工藝過(guò)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(guò)濾提取及精制成品檢驗(yàn)成品包裝出廠檢驗(yàn)

第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。一、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。二、

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。第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。三、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)。第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。四、

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）

第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。五、發(fā)酵液的預(yù)處理和過(guò)濾（一）預(yù)處理目的：沉淀發(fā)酵液中的Ｐｒ和雜質(zhì)，以增加過(guò)濾速度。（二）過(guò)濾目的：除去菌絲體第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。六、

提取和精制（一）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。（二）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。

第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)。七、

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。八、

成品分包裝第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。第三節(jié)抗生素工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)

一、

與一般發(fā)酵工業(yè)相比（一）菌體生長(zhǎng)與產(chǎn)物的形成不平行（二）理論產(chǎn)量難以用物料平衡計(jì)算（三）生產(chǎn)穩(wěn)定性差第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、與一般制藥工業(yè)相比（一）染菌問(wèn)題（二）糧耗問(wèn)題（三）穩(wěn)定性問(wèn)題第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。任務(wù)三

青霉素的生產(chǎn)Edityourcompanyslogan第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。Ⅰ

青霉素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

一、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-第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、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??；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)

第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。Ⅱ青霉素產(chǎn)生菌的培養(yǎng)一、青霉素產(chǎn)生菌的培養(yǎng)（一）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。第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。Ⅲ發(fā)酵工藝控制一、青霉素的發(fā)酵工藝過(guò)程（一）工藝流程第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。（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)胞具有毒害作用第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)。（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)大自溶第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)。1.加糖控制絲：殘?zhí)强刂圃?.6%左右，PH上升以后開(kāi)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(kāi)始加糖，根據(jù)PH高低酌情。2.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(kāi)始補(bǔ)料發(fā)酵單位上升至2500U/ml開(kāi)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(méi)有前體，在10小時(shí)左右開(kāi)始加入尿素、氨水和苯醋酸的混合料，每3小時(shí)加一次第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)。3.PH控制主要通過(guò)加G控制PH絲:PH6.2-6.4球：PH6.7-7.04.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26-24-23-2226-25-24第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)。5.通氣與攪拌通氣比為1：1.1-0.8（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6.泡沫與消沫過(guò)去：天然油脂如豆油、玉米油現(xiàn)在：GPEPAGE第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)。Ⅳ發(fā)酵液的預(yù)處理和過(guò)濾一、預(yù)處理：

青霉素發(fā)酵液過(guò)濾宜采用鼓式真空過(guò)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(guò)濾。過(guò)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(guò)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。第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)。二、過(guò)濾發(fā)酵液放罐后需冷卻至10℃后，經(jīng)鼓式真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。從鼓式真空過(guò)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(guò)板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。經(jīng)過(guò)第二次過(guò)濾的濾液一般澄清透明，可進(jìn)行萃取。第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)。

Ⅴ

青霉素提煉工藝第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)。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。3、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(guò)濾板過(guò)濾。4、結(jié)晶第三十八頁(yè)，共四十一頁(yè)。思考題

1.青霉素系列產(chǎn)品有何特性？寫(xiě)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.青霉素生產(chǎn)的主要原理是什么？5.青霉素發(fā)酵過(guò)程的各種因素對(duì)發(fā)酵有何影響？6.青霉素發(fā)酵液預(yù)處理的目的是什么？生產(chǎn)中采用的方法是什么？第三十九頁(yè)，共四十一頁(yè)。7.青霉發(fā)酵過(guò)程中主要控制要點(diǎn)是什么？簡(jiǎn)述青霉素鉀的生產(chǎn)工藝過(guò)程？8.試述青霉素鉀鹽結(jié)晶的方法有哪些？各自特點(diǎn)是什么？并分析水份、酸度、溫度及醋酸鉀用量對(duì)生產(chǎn)有何影響？9.在青霉普魯卡因鹽結(jié)晶時(shí)應(yīng)如何控制晶體的純度、

顆粒的大小及形態(tài)等。10.采用共沸精餾生產(chǎn)青霉素鈉鹽應(yīng)注意什么才有利？第四十頁(yè)，共四十一頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)學(xué)習(xí)情境二

霉菌發(fā)酵制藥。單位：u/mg或u/ml。第二節(jié)抗