青霉素的生产工艺

第三组,韩李梁 桂赟 洪靖怡 侯瑞君,青霉素的生产工艺及设备,LOGO,第一部分 青霉素的总体论述讲解人：韩李梁 学号：5801308010,Your Company slogan in here,什么是青霉素？,青霉素（Benzylpenicillin /Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、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-内酰胺类中一大类抗生素的总称。,青霉素的结构式,治疗,1、停用青霉素 若发生青霉素脑病，及时停用青霉素。2、立即吸氧。对昏迷病人还应吸出痰液，保持呼吸通畅，及时供氧并持续较长时期，促使脑水肿消退。必要时应进行气管切开和人工呼。3、抗惊厥，使用镇静、抗精神病药物 肌注鲁米那钠，安定等。4、肾上腺皮质激素。如氢化可的松、强的松、地塞米松，均有快速消炎与消水肿的作用，宜短期使用，一般不超过一周。5、抗脑水肿药 20%甘露醇静脉推注。对反复颅压增高病例宜反复应用，以防脑疝。同时还可加用快速利尿剂以增强脱水剂的作用。6、加强透析及配合血液灌流、血液净化等 7、对高热、脱水、及血生化学改变（如低血糖、低钠血症、酸血症）以及呼吸衰竭等，进行适当处理。8、加快药物清除，可减轻精神症状。 9、能量支持治疗。毒性在几小时和几十个小时可以代谢,但中毒的神经仍出于麻痹休克状态,若得不到及早的治疗使麻痹休克的神经兴奋激活和营养,受累神经就会因缺血时间过长迟发缺血病理改变,医学称迟发性神经损害,就难以恢复。 10、本病绝大多数病人预后良好，症状经适当治疗后多在24小时内消失，没有后遗症。如果昏迷时间持久，长达数天到数周，则可能引起小儿智能不全、失明、耳聋、肢体强直不能弯曲或瘫痪等严重后遗症。少数可因呼吸衰竭于较短时间内死亡。,化学式,青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名为1-乙氧甲酰乙氧6-D(-)-2-氨基-2-乙酰氨基青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4SHCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。,衍生物,按其特点可分为 ： 青霉素G类：如青霉素G钾、青霉素G钠、长效西林等 青霉素分子结构球棍模型青霉素V类：(别名：苯氧甲基青霉素、6-苯氧乙酰胺基青霉烷酸) 如青霉素V钾等（包括有多种剂型）。 耐酶青霉素：如苯唑青霉素(新青号)、氯唑青霉素等。 广谱青霉素：如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等。 抗绿脓杆菌的广谱青霉素：如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、呋苄青霉素等。 氮咪青霉素：如美西林及其酯匹美西林等，其特点为较耐酶，对某些阴性杆菌(如大肠、克雷伯氏和沙门氏菌)有效，但对绿脓杆菌效差。,药理学,内服易被胃酸和消化酶破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，1530min达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从尿中排出。 青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。 对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体、梭状芽孢杆菌、放线菌以及部分拟杆菌有抗菌作用。 青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、李斯特菌、钩端螺旋体和梅毒螺旋体对本品敏感。本品对流感嗜血杆菌和百日咳鲍特氏菌亦具一定抗菌活性，其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性差.本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌以及产黑色素拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。青霉素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结合而阻碍细胞壁合成而发挥杀菌作用。对革兰阳性菌有效，由于革兰阴性菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。,首选青霉素的疾病,1溶血性链球菌感染，如咽炎、扁桃体炎、猩红热、丹毒、蜂窝织炎和产褥热等 2肺炎链球菌感染如肺炎、中耳炎、脑膜炎和菌血症等 3不产青霉素酶葡萄球菌感染 4炭疽 5破伤风、气性坏疽等梭状芽孢杆菌感染 6梅毒(包括先天性梅毒) 7钩端螺旋体病 8回归热 9白喉 10青霉素与氨基糖苷类药物联合用于治疗草绿色链球菌心内膜炎,可以用青霉素的疾病,1流行性脑脊髓膜炎 2放线菌病 3淋病 4奋森咽峡炎 5莱姆病6多杀巴斯德菌感染 7鼠咬热8李斯特菌感染9除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染,用法和用量,片剂：每片0.25克。胶囊剂：每粒0.25克。 注射剂：每支2毫升，含药0.25克。 滴眼剂：8毫克：0.02克。口服，每天成人12克；儿童每日按千克体重服用50100毫克，分24次。 肌注，成人每次0.51克，每天2次；儿童每日按千克体重服用2550毫克，分2次。青霉素钾盐不能静脉推注，可以静滴。 静脉滴注，剂量同肌注，因注射剂系以丙二醇为溶剂，用时以等渗葡萄糖注射液或生理盐水稀释至2.5毫克：毫升供用，即2毫克（0.25克）以100毫升输液稀释，并应以干燥空针抽取，以免析出结晶，稀释完后应仔细检查无结晶析出，方可使用。,注意事项,1.口服或注射给药时忌与碱性药物配伍，以免分解失效2.本品不宜与盐酸四环素、卡那霉素、多粘菌素E、磺胺嘧啶钠、三磷酸腺苷、辅酶A等混合静滴，以免发生沉淀或降效。 3.氯霉素与青霉素一般不要联用，因氯霉素为抑菌剂，而青霉素为繁殖期杀菌剂，联用可影响青霉素的抗菌活性而降效。但这一问题尚有争论，意见不一，因两者联用对革兰阳性菌、阴性菌混合感染及颅内感染临床效果好。解决的办法，如需联用，宜先用青霉素23小时后再用氯霉素。 4.由于本品可抑制某些肝脏酶的活性，因此可干扰甲苯磺丁脲、苯妥英钠和双香豆素在人体内的生物转化，可增强甲苯磺西脲、苯妥英钠的作用，对双香豆素和华法林的抗凝作用均可增强。 5.婴儿、肝、肾功能减退者慎用，妊娠末期产妇慎用，哺乳期妇女忌用。,不良反应,青霉素是各类抗生素中毒副作用最小的，因为其作用机理在于破坏细胞壁形成过程和结构，而人体没有细胞壁。青霉素对人体基本没有药理毒性，但大剂量青霉素也可能导致神经系统中毒。青霉素的副作用主要原因在于青霉素的提纯不足，其中的杂质容易使人体过敏。1 青霉素类的毒性很低，但较易发生变态反应，发生率约5%10%。多见的为皮疹、哮喘、药物热、严重的可致过敏性休克而引起死亡。 2 大剂量应用青霉素抗感染时，可出现神经精神症状，如反射亢进、知觉障碍、抽搐、昏睡等，停药或减少剂量可恢复。 3 使用青霉素前必须作皮肤过敏试验。如果发生过敏性休克，应立即皮下或肌内注射0.1%肾上腺素0.5ml1ml，同时给氧并使用抗组胺药物及肾上腺皮质激素等。 （注：由于青霉素过敏性反应实为杂质引起的，所以目前有部分进口高纯度青霉素无需皮试，可直接使用） 4 肌注钾盐时局部疼痛较明显，用苯甲醇溶液作为稀释剂溶解，则可消除疼痛。(2005年，国家药监局发文禁止苯甲醇作为青霉素溶剂注射使用。),急救措施,1、立即停药，平卧，就地抢救，采用头低足高位。 2、皮下注射 0.1% 盐酸肾上腺素 0.5-1 毫升，儿童酌减，每隔半小时可再皮下注射 0.5 毫升，直至脱离危险期。 3、心脏停跳者，行心脏胸外按压术或心内注射 0.1% 盐酸肾上腺素 1 毫升. 4、吸氧，呼吸抑制时口对口人工呼吸，并肌肉注射尼可刹米或山梗菜碱等呼吸中枢兴奋剂。喉头水肿影响呼吸时行气管切开术。 5、用氢化考的松 200 毫克,，或地塞米松 5-10 毫克加入 50%G ? S40 毫升中静脉注射，或加入 5-10%G ? S500 毫升中静滴。 6、根据病情需要可用血管活性药物如多巴胺，阿拉明等。 7、纠正酸中毒及组织胺药物的应用。 8、注意保暖，防止感冒，要做好护理记录，不要搬动。 9、可针刺人中，内关，印堂，合谷，涌泉等急救穴位。 10、可用艾条灸内关，合谷，涌泉，关元，中脘等穴位。,第二部青霉素的生产中涉及到的工艺,讲解人：桂赟5801308009,抗生素工业生产是生物工程和化学工程融合而成的新的学科。,一、特点 二、生产工艺过程 三、青霉素提炼工艺流程图 四、文献出处,一、特点,纯种发酵、需氧发酵、次级代谢产物（无法从投料计算）、有效成份低，而且不稳定。,二、生产工艺过程,菌种孢子制备种子发酵提取精制成品检验包装分装（应用跟踪质量分析）1菌种的选育技术：（1）杂交育种（2）原生质体融合（3）基因工程（4）新抗生素产生菌获得2菌种保藏：（1）定期移植保存法（2）液体石蜡封藏法（3）真空冷冻干燥保藏法（4）液氮超低温保藏法（5）沙土管保藏法（6）麦皮保藏法,3培养基种类：（1）固体培养基（2）液体培养基4影响培养液的因素：（1）原材料质量的影响(2)水质的影响 (3)灭菌操作 (4)培养基粘度的影响5发酵设备灭菌：(1)实罐灭菌：1预热（8090）2直热（蒸汽）（120、30min）（全进全出原则）3待空气压力高于罐内压力时，通入空气。 (2)空罐灭菌：130，4560min，直接蒸汽法(3)连续灭菌：配料（预热）。冷却系统水应排净（夹套与盘管）连消塔维持罐冷却管无菌培养基。 (4)空气过滤除菌,6.发酵过程控制：(1)碳源浓度变化及其控制(2)氮源浓度变化及其控制(3)补无机盐、前体 (4)溶氧浓度的变化和控制 (5)温度控制(6)pH控制 (7)泡沫控制 (8)发酵终点的判断 (9)发酵异常处理7.发酵液的预处理和液固分离： (1)稳定性1对pH的稳定性，如：青霉素酸性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性稳定。 2.对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在90100下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处理（1518） (2)提取工艺对滤液质量的要求1离子交换法 2溶酶萃取法 3沉淀法,(3)发酵液预处理方法:A.菌体和蛋白质处理1等电点沉淀2变性沉淀（热变性沉淀）3加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等） 4加入凝聚剂：Al2(SO4)318H2O、AlCl36H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等5加入絮凝剂，如酰胺类6.吸附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾 7.酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。B.高价金属离子的去除1.离子交换法：土霉素、四环素，用122树脂除Fe3和色素头孢菌素C滤液用S14，除去部分阳离子，同时释放出H，除去破头N 2沉淀法：加草酸除Ca2+加黄血盐除铁4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe(CN)6 3 +12K+.C.发酵液的液固分离 设备：1压滤设备：板框2吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）3离心过滤设备：框式离心机,(4)影响液固分离的因素,1.微生物的种类：细菌、放线菌、霉菌、酵母2.发酵液的特性（粘度）3.pH、温度等,三、青霉素提炼工艺流程图,发酵液 预处理液 板框过滤 滤液 储罐 BA提取 脱色 过滤 BA脱色液 结晶 离心分离 含水重液回收溶媒的异丙醇洗涤 甩滤 无水异丙醇洗涤 甩干 摇摆机粉碎 烘干 工业钾盐成品,四、文献出处,【1】青霉素工艺/view/2a24227101f69e3143329421.html【2】抗生素生产工艺性笔记/view/a81eb74e852458fb770b56cf.html,第三部分青霉素菌种发酵工艺的原理,讲解人：洪靖怡学号：5801308011,一、总述,青霉素发酵将青霉菌接种到固体培养基上培养一段时间，得到青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。,二、工艺流程图,（1）丝状菌三级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养，7天）斜面母瓶（25C，孢子培养，7天）大米孢子（26C，种子培养56h）一级种子培养液（27C，种子培养，24h）二级种子培养液（2726C,发酵,7天）发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养，68天）亲米（25C，孢子培养，810天）生产米（28C，孢子培养，5660h）种子培养液（2625-24C，发酵，7天）发酵液。,三、青霉素发酵过程,青霉素发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、PH、温度和通气搅拌等发酵条件下进行生长并合成青霉素。发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、前体和无机盐等）必须先经过灭菌，后接入种子。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂，假如酸碱控制发酵液的PH，还需要间歇或连续的加入葡萄糖及铵盐等化合物以补充碳源及氮源，或补进其他料液和前体等以促进青霉素的生产。,青霉素发酵过程中的代谢变化分为菌体生长、青霉素合成和菌体自溶三个阶段。,菌体生长阶段：发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。 青霉素合成阶段：这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。菌体自溶阶段：这个阶段菌体衰老，细胞开始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率下降，氨基氮增加，PH上升。,四、生产原理,（1）发酵过程的工艺控制,基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，后期基质浓度低，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制。为了避免这一现象,在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法,即对容易产生抑制和限制作用的基质维持一定的最适浓度。温度：青霉素发酵的最适温度一般认为应在25 C 左右。温度过高将明显降低发酵产率,同时增加葡萄糖的维持消耗, 降低葡萄糖至青霉素的转化率。,pH值：青霉素发酵的最适pH 值一般认为在6.5左右, 应尽量避免 pH 值超过7.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定,容易加速其水解。溶氧:对于好氧的青霉素发酵来说,溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时,青霉素产率急剧下降,低于10%饱和度时,则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高,说明菌丝生长不良或加糖率过低,造成呼吸强度下降,同样影响生产能力的发挥。,菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。菌丝生长速度：在葡萄糖限制生长的条件下，当比生长速率低于0.015h-1时，比生产速率与比生长速率成正比。因此, 要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率,必须使比生长速率不低0.015h-1。菌丝形态：青霉素产生菌分化主要呈丝状生长和结球生长两种形态。在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持适当大小和松紧,并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。,（2）发酵培养基介绍,碳源：为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；为合成目的产物提供所需的碳成分。氮源：是供应菌体合成氨基酸和三肽的原料，以进一步合成青霉素。有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮等可适量使用。,碳酸钙：用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵液的pH值。苯乙酸/苯乙酰胺：可以借酰基转移的作用，将苯乙酸转入青霉素分子，提高青霉素的生产强度。P和S：为菌体提供营养的无机磷源一般采用磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。,另外，由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用植物油消沫是个好方法，一方面作为消沫剂，另一方面还可以起到碳源作用。由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子过多会影响青霉素的合成。采用铁络合剂以抑制铁离子的影响，但实际对青霉素产量并无改进。所以青霉素的发酵罐采用不锈钢制造为宜。,文献出处,1.青霉素生产工艺操作使用/view/32b7c128915f804d2b16c173.html2.青霉素发酵工艺/p-33539133.html海川化工论坛-制药行业技术交流区-制药行业技术资料共享区-青霉素生产原理/viewthread.php?tid=255792,主讲人：侯瑞君学号：5801308012,第四部分 青霉素三合一设备,所需主要设备情况： POD机、层叠式压滤机、隙漏式结晶罐产、W式结晶罐、三合一设备制药生产中全密闭生产流程一直是药品制造商追求的最佳生产方式，在这种方式下，药品生产流程中不受外界或人为的杂质、污染等影响，能最有效的保证药品质量，并且生产对环境的影响也最小。这种生产方式符合世界上清洁生产的发展趋势。过滤洗涤干燥器即通常所称的“三合一”设备是制药生产中常用的关键设备 .特性：集过滤、洗涤、干燥功能,自控系统,密闭性好,条款合GMP要求.,三合一设备在上世纪90年代以后发展迅速，根据设备形式分为带式、罐式、离心式等几种类型。主要介绍的是罐式“三合一”设备的罐体类似一个大型抽滤器，底盘由金属烧结板滤网（有不锈钢和钛主要两种材质）、支撑板和加热板组合而成。罐身有夹套用于加热和冷却，罐内有可上下运动的搅拌器，搅拌器为中空结构，通入介质用于加热和冷却，在干燥阶段起主要作用。容器内可通惰性气体进行保护，由“输入/输出”接口系统、工作系统、取样系统、CIP与SIP系统组成。,图1设备结构：1旋转接头2升降装置 3减速机 4防爆电机 5机械密封 6搅拌轴组件 7波纹管组件 8上罐体 9搅拌桨组件 10罐体卡兰 11罐体升降装置 12滤液出口装置 13罐底支架 14出料阀 15取样阀 16罐底座 17罐底支腿 18捕捉器 19机罩 N1气体进口 N2放空口 N3反吹口 N4真空口/捕集口 N5捕集器蒸汽出口 N6捕集器蒸汽进口 N7压力传感器接口 N8上温度计接口 N9爆破片接口 N10手孔、视口 N11清洗口 N12原料进口 N13压力表接口 N14取样口 N15出料口 N16下温度计接口N17SIP接口 N18视灯口 N19波纹管清洗口 N20滤液出口 N21平衡口 N22罐底蒸汽进口 N23罐底蒸汽出口 N24罐体蒸汽进口 N25罐体蒸汽出口 N26封头蒸汽进口 N27封头蒸汽出口 N28桨叶热水进口 N29桨叶热水出口 N30出料阀CIP口 N31溶剂进口,操作步骤,过滤 1.提升搅拌桨在适当位置停止。2.打开滤液出口阀的同时平衡球阀。3.逐步罐内加压、滤液抽真空，待滤液排放口玻璃管无液流时，再逐渐减压。4.在发现滤饼漏气