发酵工程-青霉素的制备课件

--青霉素类抗生素微生物发酵青霉素简介

化学结构理化性质

青霉素合成及调控生物合成

生物合成的调控青霉素发酵生产工艺

菌种发酵工艺流程培养基发酵培养控制

青霉素简介青霉素的化学结构青霉素是含有青霉素母核的多种化合物的总称，青霉素发酵液中至少含有5种以上的不同的青霉素：青霉素F、青霉素X、青霉素K及二氢青霉素F等。青霉素分子结构球棍模型青霉素合成及调控青霉素的生物合成青霉素的生物合成与赖氨酸的反馈调节用产黄霉菌生产青霉素要受到赖氨酸的阻遏，这是由于其赖氨酸生物合成途径的初始酶——高柠檬酸合成酶受到了赖氨酸反馈阻遏。在赖氨酸生物合成途径中，从氨基己二酸分支而产生青霉素，这种赖氨酸阻遏是初级代谢调节的效果用到次级代谢上的最好的例子。

乳糖比葡萄糖优越的主要原因是乳糖被水解成单糖的速度正好符合青霉素生产期合成青霉素的需要，而又不会产生高浓度的分解产物来抑制青霉素的合成，因此，碳源多用葡萄糖加乳糖或利用某些非糖原料如植物油等。但由于乳糖价格较贵，成本较高，故在生产实践中常通过间隙或滴加葡萄糖的方法控制培养液中糖的含量，以符合菌体生长和青霉素生物合成的需要。这样，可以降低成本，提高产量。菌种目前国内青霉素生产菌按其在深层培养中菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，根据丝状菌产生孢子的颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子丝状菌，常用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉素。培养基碳源青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。目前采用淀粉水解糖，糖化液进行流加。氮源可采用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸皮粉等有机氮源，及氯化氨、硫酸氨、硝酸氨等无机氮源。前体为生物合成含有苄基基团的青霉素G，需要在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它们对青霉素有一定毒性，故一次加入量不能大于0.1%，并采用多次加入方式。无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子对青霉素有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含量在30ug/mL以下。青霉素生产工艺过程

抗生素制备的一般流程图菌种孢子制备种子制备发酵发酵液预处理及种子加滤提取及精制成品检验成品包装前体发酵阶段提取阶段发酵工艺流程一、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。

青霉素菌种发酵工艺的原理二、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。

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。

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。

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。