8第八章 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 56h维持在27 2 然后恒速降温至18 7 并维持到184h 最后24h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50mg 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 40 g 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30 g 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