抗生素的发酵生产.ppt

,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第八章 抗生素的发酵生产,抗生素一般概况 内容 青霉素发酵生产,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,1928年发现抗生素青霉素（丝状真菌） 1940年成功地研究出从点青霉培养液中提取青霉素的方法 1941年抗生素人体实验取得成功 1943年青霉素首次在美国工业生产 1944年青霉素临床应用 1944年发现链霉素（放线菌 1952年获诺贝尔奖） 1947年人们找到了第一个广谱抗生素氯霉素 1956年发现头孢菌素 六十年代开始，半合成抗生素开始迅速发展,第八章 抗生素的发酵生产,第一节 抗生素发酵生产一般概况,一、抗生素生产的发展过程,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,六十多年来，全世界近180个国家中，约有40个国家开展抗生素筛选的科研工作。到目前为止，人们从自然界发现和分离的抗生素已有九千余种，并以其中一些主要抗生素(如青霉素、头孢菌素、四环类抗生素、氨基糖苷类抗生素等)为原料，进行化学结构改造，先后制备了近十万种半合成抗生素。目前世界各国实际生产和应用的抗生素约有百余种，连同各种半合成衍生物及盐类共四百种左右。,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,我国抗生素的研究及生产均取得了很大成就，抗生素的总产量已居世界前列。五十年代是抗生素大发展时代，六十年代形成了抗生素工业和科研体系，七十年代抗生素科研及生产虽然继续发展，但由于“十年文革”，使基础理论科研工作基本处于停顿状态，八十年代是抗生素事业改革开放的时期，九十年代是抗生素事业调整、充实、提高、再发展的新阶段。 就目前情况来说，我国抗生素在品种、质量、技术水平及生产设备等方面与国际先进水平比较，尚有一定的差距。,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,选择性作用抗菌谱 选择性毒力毒副作用 引起细菌耐药,微生物在生命活动过程中产生的，在低浓度下就能抑制它种微生物的生长和活动，甚至杀死它种微生物的化学物质。 （抑菌为主）,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,二、抗生素,1、概念,2、抗生素的抗菌性能,3、抗生素的抗菌作用机理,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第八章 抗生素的发酵生产,4、新抗生素的寻找,目标、方向,抗肿瘤 抗耐药金黄色葡萄球菌 抗绿脓杆菌 抗病毒,第八章 抗生素的发酵生产,:抗生素有效成分(即生理活性部分)的质量作 为效价单位，即1微克作为一个效价单位 (1mg1000g=1000U)。,单位体积（mL)或单位质量（mg)制剂中所含某种抗生素的有效成分的多少称之为抗生素的效价单位。效价单位是衡量抗生素有效成分的尺度，也是衡量其抗菌性能的标志。,5、抗生素的剂量表示法,效价单位（IU、U),表示方法,稀释单位,质量单位,:抗生素配成溶液，逐步进行稀释，以抑制一 标准菌株生长发育的最高稀释度(即最小剂量)作为1个效价单位。,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第八章 抗生素的发酵生产,-内酰胺类青霉素、头孢菌素 大环内酯类红霉素 氨基糖苷类链霉素 四环类土霉素 分类 多肽类杆菌肽 多烯类制霉菌素 苯烃基胺类氯霉素 蒽环类阿霉素 环桥类利福霉素,干扰细胞壁的合成 抑制蛋白质合成 抗菌机理 改变细胞膜的通透性 抑制核酸合成 作用于能量代谢系统,6、抗生素的分类,青霉素,天然存在的8种抗生素,不稳定,半衰期18min,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,菌体的生长与产物的形成不平行次级代谢产物 理论产量难以用物料平衡来计算 生产稳定性差 染菌问题突出 抗生素稳定性和质量问题突出 动力消耗大 原料转化率低,第一节 抗生素发酵生产的一般概况,7、抗生素的生产,生产方法,发酵法（生物合成） 半化学合成 化学合成,生产特点,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第八章 抗生素的发酵生产,一、种子制备青霉素发酵生产菌种（丝状真菌）,第二节 青霉素的发酵生产,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,产黄青霉菌生产过程可分为三个不同的代谢时期 菌丝生长繁殖期:培养基中碳源和氮源被迅速利用， 菌丝浓度增加很快，26-27 代谢时期 青霉素分泌期:菌丝生长停止,间隙添加碳源、 氮源和前体, 25青霉素分泌旺盛 菌体自溶期:菌体衰老自溶,青霉素分泌停滞,pH上升。,第二节 青霉素的发酵生产,青霉素次级代谢产物（代谢途径不清）,碳源：最适乳糖，主要使用淀粉水解糖 氮源：最适玉米浆，主要使用花生饼粉、尿素等 前体：苯乙酰胺和苯乙酸 无机盐：S、P、Ca、Mg、K、Fe,第二节 青霉素的发酵生产,二、培养基,培养基中各组分质量的稳定性是获得连续、高产的关键； 青霉素的生产应定品种、定产地、定加工方法、定贮存条件、定统一质量标准,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,三、发酵工艺及过程,第二节 青霉素的发酵生产,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,目前青霉素发酵工艺控制（分批补料）主要有以下几个方面： 碳源控制（加糖）：依据残糖量、发酵过程的pH及菌丝形 态。一般在28-30h，残糖在0.5-0.8,pH6.5以上,菌丝内 产生空泡,按照0.05%-0.06%/h,1次/2h。 氮源及添加前体：依据pH、菌丝形态及发酵单位。一般在30h 后，45-50h是合成青霉素合成能力最旺盛的时期， pH6.2- 6.4，1次/3h，其数量根据菌丝形态、pH 和发酵单位的增长 速度而定。 pH控制：主要通过添加碳源和氮源控制。 温度控制：青霉菌生长最适温度高于其分泌青霉素的最适温 度，种子罐27，发酵罐27-26，分期变温培养。,第二节 青霉素的发酵生产,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,通气与搅拌：青霉素深层发酵培养需通入一定量的空气，并 不断搅拌以保证溶解氧的浓度。 泡沫与消泡:消泡剂、植物油、聚醚树脂类消泡剂。 染菌及异常情况处理。若发酵罐前期柒菌或种子带菌，一 般可采用重新消毒;中后期发生染菌若是产气细菌则应及时放罐过滤、提取，事后彻底消毒处理。若遇发酵前期菌丝生长不良、发酵异常时可采取倒出部分发酵液，补入部分新鲜料液 和良好的种子；遇发酵单位停滞不长可酌情提前放罐。,第二节 青霉素的发酵生产,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,溶媒萃取 活性炭吸附（很少用） 沉淀法或离子交换法（未应用）,第八章 青霉素的发酵生产,第三节 青霉素的分离提取,用一种溶媒将抗生素自另一种溶媒(发酵液)中提取出来。,一、青霉素的提取方法,利用抗生素在不同条件下以不同的化学状态(游离酸、碱或成盐状态)存在，以及它们在水及与水不互溶的溶媒中溶解度不同的特性，使抗生素从一种液体转移到另一种液体之中，以达到浓缩和提纯的目的，这种提取方法称为溶媒萃取法。,BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY,第三节 青霉素的分离提取,(缓冲液 青霉素G钾),水相,油相,水相,(发酵液 青霉素G),(醋酸丁酯 青霉素G),溶媒应具备：不能混溶或部分混溶，以能形成两相而便于分离， 对抗生素应有较大的溶解性和选择性。,pH 5以下 温度 10以下 时间,影响青霉素提取的主要因素,BE