青霉素的生产工艺论文.doc

青霉素的生产工艺（生物工程学院，生物技术及应用一班） 【摘 要】青霉索是人类最早发现的抗生素，其杀伤革兰氏阳性细菌的神奇功效几乎人人都曾领教过。它的发现对药物学乃至整个人类发展的重要意义可以 说是有口皆碑，以致于人们把青霉索的发现使用列入二十一世纪给人类生活带来巨大变化的科技贡献。本文将对青霉紊的生产工艺及其提取遗行深入的讲解。 关键词青霉素 生产工艺 发酵 提取 灭菌 一前言： 抗生素以前被称为抗菌素，是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，它可以是某些微生物生长繁 殖过程中产生的一种物质，除用于治病的抗生素由此直接提取外 ，还有完全用人工合成或部分人工合成的。它主要是通过抑制酶的活性或细胞结构功能来影响生物细胞代谢。在众多抗生索类群中，青霉素以抗菌广谱 、疗效高、毒副作用小成为人类治疗疾病的首选。青霉素又被称为青霉素G、盘尼西林，配尼西林、青霉素钠、苄青霉索钠 青 霉素钾，苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种 ，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁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。青霉素类抗生素是 一内酰胺类中一大类抗生紊的总称。 二青霉素生长菌 青霉素最初是从点青霉素产生，生产能力很低后来找到适于深层培养的 产黄青霉菌经一系列的诱变、杂交，育种，才得到高产的菌种。目前国内青霉索 的生产菌种按菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种。 三青霉素生产工艺工业化生产途径主要分为三种：1，微生物发酵。即生物合成途径，目前大多数抗生素品种采用发酵生产，其特点是成本较低，周期较长。2，化学合成。结构相对简单的抗生素可采用此途径，如氯霉素和磷霉素。但是一般全合成项目花钱多，耗时长，成本高，经济效益差。3，化学半合成。利用化学方法修饰改良生物合成的抗生素，扩大抗菌谱提高疗效和降低毒副作用等，获得新抗生素，如半合成青霉素，相对成本也很高。四青霉素发酵生产工艺流程 前体菌种 孢子制备 种子制备 发酵 发酵预处理及种子加虑 提取及精制 成品检测及包装1，生产孢子的制备 将砂土保藏的菌种孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培 养 ，经传代活化。最适生长温度在2526(2，培养8l0天，得单菌落，再传斜面，培养7天，得斜面孢子。移植到优质小米或大米固体培养基上 ，生长7天，25C，制得小米孢子。2，种子罐和发酵罐培养工艺 青霉素采用三级发酵。一级种子发酵：一级种子罐接人小米孢子后，孢子萌发，形成菌丝。充分搅拌 150-180rmin，pH自然控制 ，温度25l。三级发酵 罐：生产罐。培养基成分：柠檬酸、白砂糖、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、硫酸镁等无 机盐及消泡剂。接种量为20% 左右。青霉素的发酵对溶氧要求极高 ，通气量偏大，通气比控制0711；搅拌转速130-150rmin；要求高功率搅拌 。3，培养基的灭菌 在青霉素生产中一般发酵培养基灭菌方式有连续灭菌和单批实罐灭菌两种。连续灭菌是将配好的培养基用泵打人连消塔，通过高温蒸汽直接接触灭菌，在进入维持罐维持5分钟左右，然后进入冷却器进行冷却后进人发酵罐，此种方法对于设备和人员操作要求较高 ，故在实际生产中单批实罐灭菌是比较常用的方法 ，它是将配制好的培养基用泵打人发酵罐，通人饱和蒸汽加热，达到灭菌温度 (121)后，保温灭菌约3吩 钟，灭菌完毕通入无菌空气维持罐压，然后由内蛇管和外盘管通入冷却水，冷却到接种温度 ，保压待移种。 4，培养基的组成和补料控制 青霉素发酵中采用补料分批操作法，对葡萄糖 、铵 、苯乙酸进行缓慢流加，维持一定的最适浓度 。 碳源：通常采用葡萄糖和乳糖。有机氮源：玉米浆是最好的。 无机盐：硫 、磷 、镁、钾 、钠等。铁有毒 ，控制在30ugml以下。 流加控制：补糖 ，残糖在06左右，pH开始升高时加糖。 补氮：流加硫酸铵、氨水，控制氨氮300800ppm。 添加前体：合成阶段，苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸 等均可为青霉素侧链的前体，直接掺入青霉素分子中，但浓度大于019时对细胞有毒性。策略是流加低浓度前体，一次加入量低于01 。5，温度 前期控制在2526左右 ，有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间，生产阶段适当降低温度，以利于青霉素合成。目前工业上使用的意大利菌种温度全程控制在2505。6，pH 控制发酵液的pH是很重要的。青霉素发酵也只有在合理的pH下，发酵生产才会达到最高效率，前期pH控制在5763，中后期pH控制在6366，通过补加氨水进行调节。 7，溶氧 青霉素发酵属于好氧发酵。从葡萄糖的氧化的需氧量来看，1mol的葡萄糖彻底氧化分解需6mol的氧，所以不能低于30饱和溶氧浓度。通气比一般为1：08VVM。在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定的罐温，在整个发酵过程中，需不断通入无菌空气并不停地搅拌，以维持一定的罐压从而保证溶氧满足生产需求。8， 菌丝生长速度与形态、浓度 对于每个有固定通气和搅拌条件的发酵罐内进行的特定好氧过程，都有一 个使氧传递速率 (OTR)和氧消耗率(OUR)，在某一溶氧水平上达到平衡的临界菌丝浓度，超过此浓度 ，OUROTR，溶氧水平下降，发酵产率下降 在发酵 稳定期 ，湿菌浓可达2535，丝状菌干重约3，球状菌干重在5左右。9，消沫 青霉索发酵过程中，由于通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成 分的分解等都有泡沫产生，过多的持久性泡沫对发酵是不利的，必须补人消沫剂。通常用的有两种 ，一种是天然油脂 ：玉米油、大豆油；一种是化学消沫剂：泡敌。泡敌消沫作用明显，但是多加对菌丝体不利，故生产上多使用植物油和泡敌 混合方式来消泡 ，需少量多次滴加。在前期不适多加入 ，以免影响呼吸代谢 。10，取样 青霉素的发酵过程控制十分精细，一般6h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙酸浓度、青霉素效价等指标 ，同时取样做无菌检查。 五，发酵过程中染菌处理种子培养期染菌 种子培养主要是生长繁殖菌体。此时菌体浓度低，培养基营养丰富，因此容易染菌。种子培养期染菌，带进发酵罐中的危害极大，应严格控制种子污染。当发现种子受污染后均应灭菌后弃去，并对种子罐、管道进行检查和彻底灭。发酵前期染菌 发酵前朗主要是菌体生长繁殖，代谢产物生成很少，染菌后杂菌容易繁殖，与生产菌争夺营养成分和氧分，严重干扰生产菌的生长繁殖和产物的生成，因此要特别注意发酵前期的染菌。当发酵前期染菌时，由于营养成分消耗不多，能耗也不大，从经济性的角度考虑应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种进行发酵。发酵中期染菌 发酵中期染菌将严重干扰生产菌的代谢，影响产物的生成。如产酸，产泡沫，使菌体自溶，使发酵液变臭等。发酵中期染菌，由于营养成分大量消耗，一般挽救处理困难，危害性大，发酵中期染菌应做到早发现，早处理，通常做法是“倒罐”，即用一罐没有染菌的发酵液与染菌的发酵液混合，使有害菌浓度下降，生产菌浓度提高进而重新成为优势生长菌群。显然，倒罐必然造成物料消耗和操作费用的增加。发酵后期染菌 发酵后期产物积累较多，效价已经很高，营养物质接近耗尽，此时如染菌量不多，可继续进行发酵，如严重污染也可提前放罐，停止发酵，这在经济上往往是合算的。 截至2011年年底，我国的青霉素年产量 已占世界青霉素年总产量的75， 居世界首位。目前国内青霉素发酵水平比国际水平略低，究其原因主要是设备 条件不能完全满足高产菌种的需要。随着对青霉素发酵过程和代谢途径研究