几种重要微生物药物的发酵工艺.ppt

1,第八章 几种重要微生物药物的发酵工艺,青霉素发酵工艺,红霉素发酵工艺,氨基酸发酵工艺,维生素C发酵工艺,螺旋霉素发酵工艺,2,第一节 青霉素发酵工艺,一、概述 1、青霉素是一族抗生素的总称，是由不同的菌种或在不同的条件下所获得的同一类化学物质。 通常所指的青霉素即指苄青霉素（青霉素G），其疗效最好，应用最广泛。 青霉素性质； 是一种游离酸，易溶于有机溶解，难溶于水；青霉素金属盐易溶于水；具有一定的吸湿性，其钠盐吸湿性较弱；固体青霉素稳定，水溶液不稳定。 2、使用 对象：大多数G+细菌，部分G-细菌，各种螺旋体及部分放线菌； 注意：易引起过敏，故使用前需皮试。,3,4,二、青霉素发酵工艺及过程,1、菌种,诱变,不同途径改良,5,2、发酵工艺流程 丝状菌发酵工艺流程：,6,生产米,球状菌发酵工艺流程：,7,甘油、葡萄糖和蛋白胨组成的培养基斜面培养,砂土孢子,生产孢子的制备：,大米或小米固体培养基上25培养7d，孢子成熟后真空干燥，低温保藏备用。,3、发酵工艺过程,8,大规模发酵生产：,采用三级发酵，其目的是使青霉菌菌体数量逐步扩大和适应发酵，其次是使发酵罐连续使用，缩短发酵周期。,一级发酵：小罐，使孢子萌芽形成菌丝； 二级发酵：大量繁殖青霉菌菌丝体； 三级发酵：继续大量繁殖菌丝体，生产青霉素。,9,发酵工艺控制要点：,碳源、氮源的影响和控制：,葡萄糖是容易利用的碳源，有利于菌体的生长；乳糖是青霉素生物合成最好的碳源。青霉素发酵中采用连续流加葡萄糖的方法，在发酵初期使青霉菌大量迅速强壮地繁殖菌丝体；发酵后期利用乳糖使青霉素大量合成。 玉米浆是青霉素发酵最好的氮源。,10,前体的影响和控制：,苯乙酸及其衍生物苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可以作为青霉素G侧链的前体物直接结合到青霉素分子中，也可以作为养料和能源被利用。 苯乙酸、苯乙酰胺等对菌体生长和生物合成均有毒性。 采用间歇或连续添加低浓度前体物质的方法，保持前体的供应率仅大于生物合成的需要，可以起到提高产量的作用。,11,pH的影响和控制：,青霉素发酵的最适pH一般认为是6.2-6.8，应尽量避免pH超过7.0。 当pH高于最适pH时，通过补糖和生理酸性物质（硫酸铵等无机氮源）降低pH ； 当pH低于最适pH时，通过补加CaCO3、氨水或尿素，也可提高通气量，促进有机酸氧化来提高pH。 可利用自动加入酸或碱的方法维持pH。,12,温度的影响和控制：,青霉菌生长的适宜温度是30，分泌青霉素的适宜温度是20，通常采用分段变温控制法，使温度适合不同阶段的需要。 0-56 h维持在27.2，然后恒速降温至18.7，并维持到184 h，最后24 h回复到27.2培养。这样变温培养法可比常温25培养产量增加16%。,13,补料控制：,中间补糖以控制糖浓度和pH； 补加氮源可延长发酵周期、调节pH、提高青霉素产量，控制发酵液中的氨基氮含量在0.01%-0.05%。 补加表面活性剂，如新洁尔灭50 mg/L、聚氧乙烯、山梨糖醇酐等也能增加青霉素的产量。 加入少量可溶性高分子化合物，如聚乙烯醇、聚二乙胺或聚乙烯吡咯烷酮（PVP），能使青霉素产率提高38%。,14,铁离子的影响和控制：,Fe3+对青霉素生物合成有显著影响，一般当发酵液中含量超过30-40g/ml，则发酵单位增长缓慢。 铁制发酵罐在使用前必须进行处理，可在罐壁涂上环氧树脂等保护层，使Fe3+含量控制在30g/ml以下。,15,染菌及异常情况处理：,每隔一段时间取样分析； 前期染菌：重新消毒并补充适当的养分； 中后期染菌：视情况补救如提前结束发酵、过滤提炼等，情况特别严重需倒罐处理并消毒灭菌。,16,第二节 红霉素发酵工艺,一、概述 1、红霉素是大环内酯类抗生素。根据其R基的不同分为红霉素A/B/C/D四种。 红霉素A抗菌活力最强，B次之，C/D最弱；红霉素A为粉末状，具有吸湿性、味苦，易溶于多数有机溶剂 2、使用 对象：G+细菌,17,二、青霉素发酵工艺及过程,1、菌种 红色糖多孢菌（红霉素链霉菌），原始菌株较易感染噬菌体，红霉素产量也较低。该菌株后经各种改良后，已具备抗噬菌体的特征，且生产能力较高。,18,2、发酵工艺流程,19,淀粉、玉米浆和碳酸钙等组成的培养基斜面培养（母瓶培养）,砂土孢子,生产孢子的制备：,子瓶培养，孢子数不少于1亿个/瓶,3、发酵工艺过程,20,发酵工艺：,采用三级发酵，其目的是使红霉菌菌体数量逐步扩大和适应发酵，其次是使发酵罐连续使用，缩短发酵周期。,一级发酵：小罐，使孢子萌芽形成菌丝； 二级发酵：大量繁殖红霉菌菌丝体； 三级发酵：继续大量繁殖菌丝体，生产红霉素。,21,发酵工艺控制要点：,种子质量控制：,母瓶斜面孢子要求深米色，色泽新鲜、均匀、无黑点；背面产生红色或红棕色色素； 子瓶斜面孢子要求不少于1亿个/瓶； 孢子成熟后要做摇瓶试验以及试验罐试验，确保孢子数量； 高产菌株的子瓶要求无黑点。,22,培养基的控制：,碳源：葡萄糖为主，淀粉其次； 氮源：黄豆饼粉、玉米浆和硫酸铵； 前体：丙酸、丙醇。,23,培养条件的控制：,通气搅拌：1：（0.8-1.2）v/v/m； 温度：一般31度全程培养； pH：6.6-7.2，低于6.5红霉素合成受影响，高于7.2菌体自溶，且导致红霉素C量增加； 中间补料：还原糖量（1.2-1.5%），每6h流加葡萄糖至放罐前18h； 通氨 发酵液黏度控制：适当提高黏度可抑制红霉素C合成； 泡沫：加植物油；另前期增大通气量但不搅拌，等菌体长浓后搅拌。,24,异常情况处理：,停电 染菌 发酵液浓度过低,25,第三节 氨基酸发酵工艺,一、概述 1、有机酸中一个或一个以上的氢原子被氨基取代的产物称为氨基酸。 2、生产方法：提取法、合成法、酶法、发酵法； 发酵法：野生型菌株直接发酵、营养缺陷型菌株发酵、氨基酸结构类似物抗性突变株发酵、营养缺陷型兼抗性突变株发酵、以中间体为原料的生物转化法。,26,二、谷氨酸发酵工艺流程,27,A、淀粉水解糖的制备,3、谷氨酸发酵生产过程,原料,投料、计量,调浆,加热、水解,冷却,中和,脱色,过滤,水解糖,酸酶法淀粉水解糖制备流程,28,一级种子培养：玉米浆、尿素等,斜面培养：普通斜面培养基,2、菌种的扩大培养：,二级种子培养：接种量（1%）、以水解糖代谢葡萄糖，其他同一级种子培养基,29,3、谷氨酸发酵工艺控制：,培养基成分控制：,需氮源量较多：C/N=100:(15-21),生物素控制：,生物素作为乙酰辅酶A的辅酶，参与谷氨酸的合成；过量会导致菌体大量繁殖，不产谷氨酸；,30,种龄和种量控制：,种龄：一级种种龄（11-12h），二级种种龄（7-8h）；接种量（1%）。,种龄和种量控制：,种龄：一级种种龄（11-12h），二级种种龄（7-8h）；接种量（1%）。,温度的影响及控制：,菌体生产与产物合成不同步，且菌体生长与产物合成最适温度不同，分别为30-32度与34-37度。,31,pH的影响和控制：,发酵前期：pH7.5左右；中后期： pH7.2左右； 调节方法：流加尿素（间断流加）、流加氨水（连续流加）；,32,氧的影响和控制：,长菌阶段：通氧量小；合成产物阶段：提高通氧量。,33,防止噬菌体和杂菌污染：,空气 培养基 设备 环境等,34,第四节 VC的发酵工艺,一、概述 1、VC又叫抗坏血酸，化学名为L-2,3,5,6-己-2-己烯酸-内酯，最早是在柠檬汁浓缩液中提取； 2、作用：催化剂、还原剂； 3、生产方法：莱氏法（国外）、两步发酵法（国内）。,35,二、VC发酵工艺流程: 1、莱氏法： 优点：工艺成熟；回收率高。 缺点：步骤多；连续操作困难；毒性大；污染环境。,36,工艺要点： 山梨醇纯度； 山梨醇浓度； 生长因子； 生长因子；