抗生素生产工艺

1 宁夏工商职业技术学院宁夏工商职业技术学院 毕毕 业业 论论 文文 题目 题目 抗抗 生生 素素 的的 生生 产产 工工 艺艺 作者作者 学号 学号 系别 系别 化化 工工 工工 程程 系系 专业 专业 应应 用用 化化 工工 技技 术术 专专 业业 指导教师 指导教师 专业技术职务 专业技术职务 20132013 年年 3 3 月月 宁夏银川宁夏银川 2 目录目录 一 抗生素一 抗生素 1 1 抗生素的定义 抗生素的定义 3 3 2 2 抗生素的发展 抗生素的发展 4 4 3 3 抗生素的应用 抗生素的应用 4 4 4 4 抗生素的生产工艺 抗生素的生产工艺 5 5 二 青霉素二 青霉素 1 1 青霉素的定义 青霉素的定义 5 5 2 2 青霉素菌种 青霉素菌种 6 6 3 3 青霉素培养基 青霉素培养基 6 6 4 4 青霉素发酵件控制 青霉素发酵件控制 7 7 5 5 青霉素的分离和纯化 青霉素的分离和纯化 7 7 6 6 青霉素工艺控制要点 青霉素工艺控制要点 8 8 讨论讨论 8 8 结论结论 9 9 致谢致谢 11 11 参考文献参考文献 12 12 3 抗生素的生产工艺抗生素的生产工艺 摘要 摘要 发酵工程药物中最主要的就是抗生素 抗生素是临床上日常 应用量最大的抗 感染药物 它是生物 包括微生物 植物和动物在 内 在其生命活动过程中所产 生的 能在低微浓度下有选择地抑制 或影响他种生物功能的有机物质 关键词关键词 抗生素 青霉素 生产工艺抗生素 青霉素 生产工艺 引入引入 抗生素是生物体在生命活动中产生的一种次级代谢产 抗生素是生物体在生命活动中产生的一种次级代谢产 物 目前人们在生物体内物 目前人们在生物体内 发现的发现的 60006000 多种抗生素中 约多种抗生素中 约 60 60 来自来自 放线菌 抗生素主要用微生物发酵法生放线菌 抗生素主要用微生物发酵法生 产 少数抗生素也可用化学产 少数抗生素也可用化学 方法合成 人们还对天然得到的抗生素进行生化或化方法合成 人们还对天然得到的抗生素进行生化或化 学方法改造 学方法改造 使其具有更优越的性能 抗生素不仅广泛用于临床医疗 而且已经使其具有更优越的性能 抗生素不仅广泛用于临床医疗 而且已经 用于农业 畜牧及环保等领域中 用于农业 畜牧及环保等领域中 青霉素是最早发现并用于临床的青霉素是最早发现并用于临床的 一种抗生素 一种抗生素 19281928 年为英国人弗莱明发现 年为英国人弗莱明发现 4040 年代投入工业生产 年代投入工业生产 在在 二战期间立刻大显身手 二战期间立刻大显身手 它能有效控制伤口的细菌感染 挽救了数它能有效控制伤口的细菌感染 挽救了数 百万战争中受伤者的性命 百万战争中受伤者的性命 一 一 抗生素抗生素 一 一 抗生素的定义抗生素的定义 抗生素又称抗菌素 指某些微生物在代谢过程中所产生的 对 于其他微生物具 有抑制生长或杀灭作用的化学物质 是制药工业中 4 一类重要原料药 某些抗生素对 一部分较大的滤过性病毒也有抑制 作用 或有刺激动植物生长的作用 或具有抗恶 性肿瘤 抗辐射等 作用 有些天然抗生素 经用化学方法进行分子结构改造后 可 得 到疗效更高的半合成抗生素 少数天然抗生素可用化学方法进行大 量生产 成为合成抗生素 二 二 抗生素的发展抗生素的发展 最早具有临床实用价值的抗生素是 1928 年英国细菌学家 A 弗莱明发现的青霉 素 是由点青霉菌或产黄青霉菌产生 1944 年 俄国出生的 S A 瓦克斯曼发现了由 灰色链霉菌产生的链霉素 1946 1956 年先后从土壤中寻找到由放线菌产生的氯霉 素 金霉 素 土霉素 制霉菌素 红霉素及丝裂霉素 C 等 60 70 年代 半 合成抗 生素迅速发展 获得了具有显著疗效的新型抗生素 如半合成 青霉素和头孢菌素类 具 有耐青霉素酶 耐酸和抗菌谱广等特点 为抗生素的临床应用开辟了新的领域 三 三 抗生素的应用抗生素的应用 抗生素在临床治疗中占有重要的地位 如青霉素钾盐 普鲁卡因 盐用于临床已 有 40 年之久 是控制敏感金黄色葡萄球菌及肺炎双 球菌引起的败血症和肺炎等病的 有效药物 红霉素和头孢菌素类用 于治疗对青霉素耐药的金黄色葡萄球菌引起的疾 病 制霉菌素 灰 黄霉素用于治疗真菌性疾病 林可霉素可用于治疗败血症 呼吸 道 5 感染 骨 关节感染 对骨髓炎疗效更好 丝裂霉素 C 博莱霉素 柔毛霉素等 分别对肺癌 恶性葡萄胎等有一定疗效 各种抗生素在 临床上均有程度不同的副作 用 如过敏 听觉受阻等 抗生素在农 业防治作物病害方面的应用也占有一定的地位 四 抗生素的生产工艺 四 抗生素的生产工艺 发酵法生产抗生素的主要工艺步骤包括菌种的制备 种子扩大 培养 发酵 发 酵液的预处理 代谢产物的分离纯化 干燥 最后 制得产品 二 二 青霉素青霉素 青霉素的生产历史最长 工艺最成熟 故以其生产工艺为例 一 青霉素的定义 一 青霉素的定义 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 但 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 其生产工艺流程如下 6 产黄青霉 斜面孢子 米孢子 种子罐 发酵罐 发酵液 发酵滤液 一次 BA 萃取液 一次水提液 二次 BA 萃取液 脱色液 结晶 混悬液 湿晶体 青霉素工业 盐 二 二 菌种菌种 青霉素生产菌株一般为产黄青霉 根据深层培养中菌丝体的形 态 分为球状菌 和丝状菌 在发酵过程中 产黄青霉的生长发育可 分为 6 个阶段 A 分生孢子的 期 B 菌丝繁殖 原生质嗜碱性很强 有类脂肪小颗粒产生为 期 C 原生质嗜碱性仍很强 形成脂肪粒 积累贮藏物为 期 D 原生质嗜碱性很弱 脂肪粒减少 形成中 小空泡为 期 E 脂肪粒消失 形成大空泡为 期 F 细胞内看不到颗粒 并有个别自溶细胞出现为 期 其中 期称为菌丝生长期 菌丝的浓度增加很多 但产生 的青霉素较少 处于该时期的菌丝体适于用做发酵的种子 期是青霉素的分泌期 此时菌丝 体生长减缓 并大量产生青霉素 期是菌丝体的自溶期 三 培养基 三 培养基 7 青霉素生产的培养基包括碳源 氮源 前体 无机盐等 青霉 菌可以利用多种 碳源 如乳糖 蔗糖 葡萄糖等 氮源常选用玉米 浆 精制棉子饼粉或麸皮粉 并 补加无机氮源 前体可采用苯乙酸 或苯乙酰胺 一次加量不大于 0 1 以防止前体 对青霉菌的毒害 加入的无机盐包括 S P Ca Mg K 等 由于铁离子对青霉菌 有 毒害作用 必须严格控制铁离子的浓度 一般控制在 30ug ml 四 发酵条件控制 四 发酵条件控制 发酵过程的条件主要是通过补料来控制的 如根据发酵液中的 残糖量 PH 排 气中的二氧化碳和氧气的含量来控制加糖速率 一 般残糖降至 0 6 PH 上升时开 始加糖 氮源主要补加硫酸铵 氨 水和尿素 发酵液的氨氮控制在 0 05 前体是 在发酵的适当时间 添加 使苯乙酰胺等前体的浓度保持在一定范围内 PH 控制在 6 4 6 6 之间 可以通过添加葡萄糖 加酸或加碱来调节 温度一般在发酵前期控制 25 C 26 C 发酵后期控制在 23 C 通气比控制在 1 0 8 搅拌转速根据发酵不同阶段的需要进行 调整 使溶解氧不低于饱和溶解氧 浓度的 30 通常采用豆油 玉米油或化学合成消沫剂如还氧丙烯环氧乙烯聚醚类进行消沫 注 意控制用量和加入方式 五五 青霉素分离和纯化青霉素分离和纯化 青霉素发酵液可以通过各种过滤器过滤 滤液用醋酸丁酯进行 8 溶媒萃取 2 3 次 醋酸丁酯萃取液按照 150 200g 10 亿单位的 量加入活性炭脱色 过滤除去活 性炭 滤液采用蒸馏或直接结晶法 结晶 晶体经过洗涤 烘干后 得到青霉素结晶产品 六 工艺控制要点 六 工艺控制要点 青霉素发酵 要特别注意严格操作防止污染杂菌 在接种前 后 种子培养过 程及发酵过程中 应随时进行无菌检查 以便及时 发现染菌 并在染菌后进行必要 处理 因为它易被菌氧化而产生阻 遏作用 加糖主要控制残糖量 加入量决定于耗 用葡萄糖作为碳源必须控制其加入的浓度 糖速度 PH 变 化 菌丝量及培 养液体积 加糖率一般不大于 0 13 h 严格控制培养基内前体的浓度 除在基础培养基中加入 0 07 以外 应根 据发酵过程中合成青霉素的需要加入 其含量不 应超过 0 1 否则 对青霉素的生 长会产生毒性 青霉素发酵的最适 PH 为 6 5 左右 如果 PH 过高 可以通 过补糖 加油 加硫酸或无机氮源等方法调节 如果 PH 过低 可 以采取加碳酸钙 加碱或加尿素 氨水等方法调节 但应尽量避免 超过 7 0 讨论讨论 抗生素在目前的制药工业中仍占有举足轻重的地位 尤其是下 游半合成抗生 素的发展 进一步刺激了上游的工业发酵 一些抗生 9 素的工业生产规模非常大 如 内酰胺类的青霉素 头孢菌素 C 大环内酯类的红霉素 利福霉素 氨基 环醇类的链霉素 庆大 霉素 其它的一些抗生素 如林可霉素 四环素 金霉素 万古霉 素等 单个发酵罐容积越来越大 100 m3 的发酵罐被普遍采用 200 m3 甚至更大容积的发酵罐经常可见报道 抗生素的工业生产包括发酵和提取两部分 工艺流程大致如下 菌种的保藏 孢子制备 种子制备 发酵 提取和 精制 种子和发 酵培养基的常用碳源有 葡萄糖 淀粉 蔗糖 油脂 有机酸等 主要为菌体生长代谢提供能源 为合成菌体细胞和目的产物提供碳 元素 有机氮 源多用玉米浆 黄豆饼粉 麸质粉 蛋白胨 酵母粉 鱼粉等 硫酸铵 尿素 氨水 硝酸钠 硝酸铵则是常用的无机氮 源 另外 培养基中还得添加无机盐 微量元素以及消沫剂 部分 抗生素还得加入特殊前体 如青霉素的前体是苯乙酸 大环内酯类 抗生素的前体是丙酸盐 发酵过程普遍补加一种碳源 氮源物质 如 葡萄糖和硫酸铵 pH 值通过流加氨水进行调节 很多抗生素在 发酵中后期流加 前体 对提高产量非常有益 抗生素发酵绝大多数 为好氧培养 必须连续通入大 量无菌空气 全过程大功率搅拌 发 酵液的预处理 一般加絮凝剂沉淀蛋白 过 滤去除菌丝体 发酵滤 液的提取常用溶媒萃取法 离子交换树脂法品 沉淀法 吸附法 等提纯浓缩 然后结晶干燥得纯 总结总结 10 抗生素在我们的日常生活已经被广泛使用 对我们的价值作用 也是巨大的 随 着新的抗生素的不断出现 为了便于研究 有必要 对抗生素进行适当的分类 可以 从各种不同角度对抗生素进行分类 如生物来源 作用 化学结构 作用机制 生物合成途径等方面 如下 一 内酰胺类 青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有 内酰胺环 近年来又有较大发展 如硫酶素类 thienamycins 单内酰环类 monobactams 内酰酶抑制剂 lactamadeinhibitors 甲氧青霉素类 methoxypeniciuins 等 二 氨基糖苷类 包括链霉素 庆大霉素 卡那霉素 妥布霉素 丁胺卡那霉素 新霉素 核糖霉素 小诺霉素 阿斯霉素等 三 四环素类 包括四环素 土霉素 金霉素及强力霉素等 四 氯霉素类 包括氯霉素 甲砜霉素等 五 大环内脂类 临床常用的有红霉素 白霉素 无味红霉素 乙酰螺旋霉素 麦迪霉素 交沙霉素等 阿奇霉素 六 糖肽类抗生素 万古霉素 去甲万古霉素 替考拉宁 后者 在抗菌活性 药代特性及安全性方面均优于前两者 七 喹诺酮类 包括诺氟沙星 氧氟沙星 环丙沙星 培氟沙星 加替沙星等 八 硝基咪唑类 包括甲硝唑 替硝唑 奥硝唑等 九 作用于 G 菌的其它抗生素 如多粘菌素 磷霉素 卷霉素 环丝氨酸 利福平等 11 十 作用于 G 细菌的其它抗生素 如林可霉素 氯林可霉素 杆菌肽等 十一 抗真菌抗生素 分为棘白菌素类 多烯类 嘧啶类 作用 于真菌细胞膜上麦角甾醇的抗真菌药物 烯丙胺类 氮唑类 十二 抗肿瘤抗生素 如丝裂霉素 放线菌素 D 博莱霉素 阿 霉素等 十三 抗结核菌类 利福平 异烟肼 吡嗪酰胺等 十四 具有免疫抑制作用的抗生素如环孢霉素 致谢致谢 历时将近四个月的时间终于将这篇论文写完 在论文的写作过 程中遇到了无数的困难和障碍 都在同学和老师的帮助下度过了 尤其要强烈感谢我的论文指导老师 xx 老师 她对我进行了无私的指 导和帮助 不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进 另外 在校图 书馆查找资料的时候 图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持 与帮助 在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢 感谢这篇论文所涉及到的各位学者