青霉素的生产工艺流程.ppt

武汉轻工大学 青霉素的生产工艺 主讲人 张璐团队人员 周聪 吴昊 张杰 李春晓 知识目标 掌握发酵生产青霉素的条件控制 及青霉素提取与精制的控制点 重点 掌握发酵生产青霉素的工艺流程难点 青霉素提取与精制的控制点 什么是青霉素 青霉素又被称为青霉素G 青霉素钠 苄青霉素钠 青霉素钾 苄青霉素钾等 青霉素是抗菌素的一种 能破坏细菌的细胞壁 革兰氏阳性菌 并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素 是第一种能够治疗人类疾病的抗生素 青霉素是 内酰胺类抗生素的典型代表 青霉素结构 青霉素的理化性质 1 稳定性 固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系 2 溶解度 青霉素游离酸在水中溶解度很小 易溶于有机溶剂如醋酸乙酯 苯 氯仿 丙酮和乙醚中 而其钾盐 钠盐易溶于水和甲醇 可溶于乙醇 3 降解反应 青霉素是很不稳定的化合物 遇酸碱或加热易分解而失去活性 并发生分子重排 a 最早发现的产生青霉素的原始菌种是点青霉菌 生产能力很低 不能满足工业生产要求 所以被淘汰 现在主要采用的的产黄青霉菌 b 为了提高产黄青霉的青霉素产量使用的诱变剂如 二环氧丁烷 甲磺酸乙酯 乙烯亚胺 亚硝酸 X射线等 菌种 产黄青霉 Penicilliumchrosogenum深层培养菌丝形态菌落 平坦或皱褶 圆形 分生孢子 链状 颜色 丝状菌球状菌 黄孢子丝状菌绿孢子丝状菌 发酵单位85000U mL绿孢子球状菌白孢子球状菌 发酵单位高 对原材料 设备要求高 提炼收率低 青霉素发酵工艺 1 发酵工艺流程 孢子制备 1 将沙土孢子先在用甘油 葡萄糖 蛋白胨组成的培养基进行斜面培养 经传代活化 得单菌落 2 再传斜面 培养7天 制得斜面孢子 3 再移植到优质小米或大米固体培养基上 25 C 相对湿度45 50 生长7天 大米表面长出明显小菌落时要再振摇均匀 使菌丝在大米表面能均匀生长 制得绿色小米孢子 注意 每批孢子必需进行严格摇瓶试验 测定效价及检查杂菌情况 斜面孢子和米孢子培养要注意湿度控制 种子罐培养工艺 一级种子发酵 发芽罐 孢子萌发 形成菌丝 培养基 葡萄糖 玉米浆 碳酸钙 玉米油消沫剂等 接种量 200亿孢子 t培养基空气流量 1 3 通气量与发酵液体积比 m3 m3 min 搅拌转速 300 350r min 温度 27 1 时间 40h 质量 菌丝浓度达40 菌丝形态正常 二级种子罐 繁殖罐 大量繁殖 培养基 葡萄糖 玉米浆 碳酸钙 玉米油 消沫剂等 接种量 10 空气流量 1 1 1 5 m3 m3 min 搅拌转速 250 280r min pH 自然 温度 25 1 时间 10 14h 质量 菌丝浓度达40 残糖1 0 以下 菌丝粗壮 III期 脂肪粒 积累贮藏物 无杂菌 效价在700u ml左右 生产罐培养工艺 三级罐 生产罐 培养基 花生饼粉 葡萄糖 尿素 硝酸铵 硫代硫酸钠 苯乙酰胺 CaCO3 玉米油 硅油 培养基 碳源青霉菌能利用多种糖 如 葡萄糖 乳糖 目前采用淀粉水解糖 糖化液进行流加 氮源可采用玉米浆 花生饼粉 精制棉籽饼粉或麸皮粉等有机氮源 及氯化氨 硫酸氨 硝酸氨等无机氮源 前体为生物合成含有苄基基团的青霉素G 需要在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺 由于它们对青霉素有一定毒性 故一次加入量不能大于0 1 并采用多次加入方式 无机盐包括硫 磷 钙 镁 钾 前少后多 氮源转为氨基酸 等盐类 铁离子对青霉素有毒害作用 应严格控制发酵液中铁含量在30ug mL以下 温度控制 适宜菌丝生长温度一般为27 C 分泌青霉素20 20 青霉素破坏少 周期很长 变温控制 不同阶段不同温度 生长阶段 较高温度 缩短生长时间 生产阶段适当降低温度 以利于青霉素合成 前期控制26 左右 后期降温控制22 pH控制 合成适宜pH6 4 6 6左右 避免超过7 0直接加酸或碱 自动控制流加葡萄糖 速度取决于pH变化快慢 pH下降 补加CaCO3 通氨 尿素或提高通气量pH上升 补加糖 补糖的控制可根据残糖量及发酵过程中的PH值或最好是根据排气中CO2及O2量来控制 一般在残糖降至0 6 左右 PH值上升时开始补糖 生理酸性物质 硫酸铵 油脂 恒速补糖 用酸或碱控制方式 溶氧控制 30 饱和度 产率急剧下降 10 造成不可逆的损害 临界溶氧浓度 30 通气比 1 0 8 1 5 适宜的搅拌速度 保证气液混合 提高溶氧 各阶段的供氧比较 消沫 天然油脂 玉米油 化学消沫剂 泡敌 前期 主间歇搅拌 少加油中期 搅拌 加油 稍微降低通气量 必要时 策略 少量多次 一次过多影响呼吸代谢 后期 尽量少加消沫剂 可加水稀释 提炼工艺过程 青霉素不稳定 遇酸 碱 热分解失活 水溶液中不稳定 非极性溶剂中稳定 易溶于有机溶剂 水中溶解度很小 青霉素盐很稳定 降解产物具有致敏性 防止降解 条件温和 快速 预处理 青霉素的存在部位 发酵液浓度较低 10 30Kg M3含有大量杂质 菌体细胞 核酸 杂蛋白质 细胞壁多糖等 残留的培养基 色素 盐离子 代谢产物等目的 浓缩目的产物 去除大部分杂质 改变发酵液的流变学特征 利于后续的分离纯化过程 预处理 发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白 过滤 鼓式真空过滤机过滤 草酸或黄血盐一次滤液 pH6 2 7 2 略浑 棕黄或绿色 蛋白质含量0 5 2 0 板框式过滤机过滤 硫酸调节pH4 5 5 0 加入0 07 PPB 溴代十五烷吡啶 0 07 硅藻土为助虑剂 二次滤液 澄清透明 用于提取 收率90 溶剂萃取 原理 青霉素游离酸易溶于有机溶剂 而青霉素盐易溶于水 萃取剂 青霉素分配系数高的有机溶剂 工业上通常用 醋酸丁酯和醋酸戊酯 除去蛋白质 加0 05 0 1 乳化剂PPB 溴代十五烷吡啶 萃取 2 3次 逆流萃取过程 正相萃取 酸化pH1 8 2 0 滤液 醋酸丁酯 1 0 3 碟片式离心机分离 浓缩1 5 2 1 反相萃取 pH6 8 7 4 磷酸盐 碳酸盐缓冲液 把青霉素从丁酯中提取到缓冲液中 反复萃取2 3次 达到结晶要求 萃取条件 10 下 萃取罐冷冻盐水冷却 青霉素萃取方式多级逆流萃取 脱色 1 萃取液中添加活性炭 除去色素 2 过滤 除去活性炭 结晶 直接结晶 加醋酸钠 乙醇溶液反应 得到结晶钠盐 加醋酸钾 乙醇溶液 得到青霉素钾盐 薄膜蒸发