抗生素生产工艺（4）课件

AntibioticsFermentationProduction 抗生素发酵生产技术 概述生产前期研究生产菌改良生产工艺过程发酵条件的控制提取和精制 IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation purification 抗生素发酵生产技术AntibioticsFermentationProduction 抗生素是生物在其生产活动过程中所产生 并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的有机物 AntibioticsAnyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthegrowthofothermicroorganismsorofdestroyingthem 1 概述Introduction 历史1929年 英国弗莱明发现青霉素二战期间 大规模发酵生产世界上最早用于临床的抗菌素 HistoryPenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929 WorldWarII fermentedinlarge scaleThefirstmajorantibiotictobecommercialized 1 概述Introduction 根据抗生素的作用机制分类 ModesofActionofAntibiotics 抑制细胞壁合成 CellWallSynthesis 青霉素抑制细胞膜功能 CellMembraneDamage 多烯类抗生素抑制蛋白质合成 ProteinSynthesis 四环素抑制核酸合成 NucleicAcidSynthesis 丝裂霉素 分类Classification 1 概述Introduction 复制 翻译 转录 根据抗生素的化学结构分类 内酰胺类 lactam 青霉素类 penicillins 头孢菌素类 cephalosporins 氨基糖苷类 aminoglycosides 链霉素 庆大霉素大环内酯类 macrolides 红霉素 麦迪加霉素四环类 tetracyclines 四环素 土霉素多肽类 polymyxin 多粘菌素 分类Classification 1 概述Introduction naturalpenicillinR CH2 CO 内酰胺环 两性霉素 Antibioticsaresocomplextheycanonlybesynthesizedinalivingsystem 产生菌的筛选抗菌性试验提取 精制 鉴定毒性试验药理和临床试验 ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation purificationandidentificationToxicologicaltrialMedicinal clinicaltrial 2 生产前期研究ResearchinLab Agardiffusionassay agarplate琼脂培养基 分析仪器Analyticalinstruments 现代分析仪器 核磁共振毛细管电泳气相色谱高效液相色谱质谱 Modernanalyticalinstruments Nuclearmagneticresonance NMR Capillaryelectrophoresis CE Gaschromatography GC Highperformanceliquidchromatography HPLC Massspectroscopy MS AutomationSensitivityAccuracy自动灵敏准确 人工诱变法 紫外线 X 线 r 线照射亚硝基胍 亚硝酸 秋水仙素 氮芥等诱变剂处理 ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg UltravioletRadiationChemicalmutageneg Nitrosoguanidine NTG Improvedstraincanbeselectedempirically 3 抗生素生产菌改良StrainImprovement 基因工程GeneticEngineering 3 抗生素生产菌改良StrainImprovement RecombinantDNATechnology DNA重组技术 克隆 StrainImprovementScale up Strain出发菌株 Agarplate平板技术 PrimaryshakeflaskEvaluation摇瓶培养 Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二级摇瓶培养各种培养基 LabfermentorevaluationProductionCondition小型发酵罐模拟生产条件 Mastercellbank Workingcellbank InoculumDevelopment菌种扩大培养 PilotplantEvaluation中试生产 ProductionEvaluation生产 6000 300 30 3 1 Possiblerecycle Scale up 比拟放大 models ELGaddenJr 模拟 摇瓶发酵Shake flaskfermentation 10 50mlin125 500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen 装液量 10 250ml 间歇培养温控受限制代谢碳水化合物慢常压缓冲液控制pH在线取样难容量减少瓶壁上结垢无需消泡搅拌受限制无法控制溶解氧 搅拌罐发酵Stirredtankfermentation 10 100 000升容量间歇和补料培养连续控制 pH 温度需要铵盐或氨气2大气压无需缓冲液在线取样易补料 容量增加生长均匀一致需消泡多种搅拌控制溶解氧 通气 加压 10 100 000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol pH temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration pressure 摇瓶发酵Shake flask 装液量 10 250ml 间歇培养温控受限制代谢碳水化合物慢常压缓冲液控制pH在线取样难容量减少瓶壁上结垢无需消泡搅拌受限制无法控制溶解氧 10 100 000升容量间歇和补料培养连续控制 pH 温度需要铵盐或氨气2大气压无需缓冲液在线取样易补料 容量增加生长均匀一致需消泡多种搅拌控制溶解氧 通气 加压 搅拌罐发酵Stirredtank 菌种 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品包装 Strain Preparationofseed Fermentation Treatmentofbroth Isolation purification Packageofproduct 4 抗生素生产工艺过程AntibioticsProductionProcessing Aschemeofthematerialflowinanantibioticproduction Aschemeofthematerialflowinanantibioticproduction 连消 发酵罐 缓冲罐 种子罐 发酵生产原料MaterialsforFermentation Carbonsource Beet canemolassesGlucose lactose starchEthanol methanolGlycerolMaltosesyrup cornsyrupCottonseedoil peanutoil soyoilLardoilMethyloleateTallow 碳源 甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖 乳糖 淀粉乙醇 甲醇甘油麦芽糖浆 玉米糖浆绵籽油 花生油 豆油猪油油酸甲酯油脂 氮源 绵籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血 酪蛋白水解液乳清鱼粉酵母酵母膏肉粉和骨粉 Nitrogensource CottonseedmealCornmeal steepliquorSoybeanmeal flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat bonemeal 发酵生产原料MaterialsforFermentation 培养基MediaforCellGrowth Finalproduction ComponentsRange 组成Glucose sucrose3 0 5 0葡萄糖 蔗糖Starch淀粉3 0 5 0Cornsteepliquor3 0 5 0Calciumcarbonate0 5 1 0碳酸钙Phosphate磷酸盐0 1 0 5Ammoniumsulphate0 1 1 0硫酸胺Urea尿素0 1 0 5Oil油0 1 0 5 Fermentation发酵培养基 ComponentsRange 组成Glucose0 5 1 0Starch0 5 5 0Cornsteepliquor5 0 8 0玉米浸提液Soyflour1 0 5 0Phosphate0 1 1 0Ammoniumsulphate0 5 1 0andfedperiodicallyOil1 0andfedcontinuouslyCornsyrupfedcontinuously玉米糖浆连续加料 Tankseed种子培养基 StirredtankFermentation搅拌发酵 5 发酵控制FermentationControl SampleAnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContamination Pressureprobe Levelprobe pHprobe Temp probe DOprobe Antifoam Acid Base Cooling Air agitation Sugar Oilfeed Scale WeightSignal PumpSpeed Amplifier Controller SupervisoryComputer FlowRateControl流量控制 发酵控制Fermentationcontrol 菌种 strain 产黄青霉菌 Penicilliumchrysogenum 孢子培养 sporecultivation 25 C 6 7d种子培养 seedcultivation 25 C 2 3d发酵培养 fermentation 22 26 C 6 7d加糖控