青霉素的发酵仿真操作

青霉素的发酵仿真操作青霉素的发现1928年，英国伦敦大学圣玛莉医学院细菌学教授弗莱明在他一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发明了葡萄球菌的克星—青霉素。1940年，英国Florey和Chain进一步研究此菌，并从培养液中制出了干燥的青霉素制品。经实验和临床试验证明，它毒性很小，并对一些革兰氏阳性菌所引起的许多疾病有卓越疗效。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。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。其对革兰阳性菌有效，由于革兰阴性菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。青霉素的临床应用青霉素临床上用于治疗葡萄球菌传染症如脑膜炎、化脓炎、骨髓炎等，溶血性链球菌传染症如腹膜炎、产褥热，以及肺炎、淋病、梅毒和炭疽等。青霉素发酵生产工艺流程青霉素发酵生产工艺菌种的扩大培养通过自然育种、诱变育种等方法，挑选出高产、稳定、高效价菌种。产黄青霉→斜面孢子（25°C，孢子培养，7d）→大米孢子（26°C，孢子培养，56h）→一级种子培养液（27°C，种子培养，24h）→二级种子培养液（27~26°C，发酵，7d）。种子罐级数是在指制备种子需逐级扩大培养的次数，一般根据种子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。青霉素种子制备一般为二级种子罐扩大培养。

种子罐的目的是使接入有限的孢子迅速发芽、生长、繁殖成大量菌体。

其中的培养基组分包括碳源（蔗糖）和氮源（玉米浆），及无机盐（碳酸钙）等。

将一级培养中得到的生命力旺盛、染色深、菌丝粗壮，无杂菌及异常的菌体接种至发酵罐进行二级种子培养。

接种量一般在10%～20%。染菌是发酵工业长期以来不能彻底解决的问题，因此如何解决染菌问题就成了发酵工业的工作重点之一。要解决染菌问题首要问题就是要能检测出是否染菌。

染菌通常通过三个途径发现：无菌试验，发酵液直接镜检，发酵液的生化分析。其中无菌试验是判断染菌的主要依据。染菌在发酵过程的每个阶段都可能发生，下面就各个不同的阶段的染菌情况和处理办法一一说明。

⒈种子培养期染菌

⒉发酵前期染菌

⒊发酵中期染菌

⒋发酵后期染菌

青霉素的发酵过程控制1.基质浓度2.培养基成分的控制

3.pH值、溶氧

4.温度

5.补料控制6.泡沫的控制1.基质浓度：在发酵过程中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制,苯乙酸的生长抑制）,而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成。所以，在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法，以维持一定的最适浓度。2.培养基成分的控制:（1）碳源:碳源的主要作用是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。青霉素发酵中常用乳酸或葡萄糖，也可采用葡萄糖母液、糖蜜等。其中乳糖最为便宜，但因货源较少，很多国家采用葡萄糖代替。目前普遍采用淀粉的酶水解产物，葡萄糖化液流加，以降低成本。（2）氮源:氮源的作用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。主要有机氮源为玉米浆、棉籽饼粉、花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等。玉米浆为较理想的氮源，含固体量少，有利于通气及氧的传递，因而利用率较高。（3）无机盐：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。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。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。铁离子在50µg/ml以上便会影响青霉素的合成。因此青霉素的发酵罐采用不锈钢制造为宜，其他重金属离子如铜、汞、锌等能催化青霉素的分解反应。（4）前体：前体的加入是青霉素发酵的关键问题之一。添加苯乙酸或者苯乙酰胺，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G的生产强度。但苯乙酸对发酵有影响，一般以苯乙酰胺较好。也有采用苯乙酸月桂醇酯，其优点是在发酵中月桂醇酯水解，苯乙酸结合进青霉素成品。而月桂酸作为细菌营养剂及发酵液消沫剂，且其毒性比苯乙酸小，但价格较贵。前体要在发酵开始20h后加入，并在整个发酵过程中控制在50µg/ml左右。前体用量大于0.1%时，青霉素的生物合成均下降。所以一般发酵液中前体浓度以始终维持在0.1%为宜。3.pH：在青霉素发酵过程中，pH是通过下列手段控制的：如pH过高，则添加糖、硫酸或无机氮源；若pH过低，则加入碳酸钙、氢氧化钠、氨或尿素，也可提高通气量。另外，也可利用自动加入酸或碱的方法，使发酵液pH维持在6.8～7.2，以提高青霉素产量。

4.温度：青霉菌生长的适宜温度为30℃，而分泌青霉素的适宜温度是20℃左右，因此生产上采用变温控制的方法，使之适合不同阶段的需要。一般一级种子的培养温度控制在27±1℃左右；二级种子的培养温度控制在25±1℃左右；发酵前期和中期的温度控制在26℃左右；发酵后期的温度控制在24℃左右。

5.补料控制：发酵过程中除以中间补糖控制糖浓度及pH外，补加氮源也可提高发酵单位。经试验证实：若在发酵60～70h开始分次补加硫酸铵，则在90h后菌丝含氮量几乎不下降，维持在6%～7%，，且60%～70%的菌丝处于年幼阶段，菌丝呼吸强度维持在二氧化碳量近30μl/（mg菌丝·h），抗生素产率为最高水平的30%～40%；而不加硫酸铵的对照罐，在发酵中期菌丝含氮量为7%，以后逐级下降。至发酵结束时为4%。发酵结束时呼吸强度降至二氧化碳量为16μl/（mg菌丝·h），且抗生素产量下降至零，总产量仅为试验罐的1/2。因此，为了延长发酵周期，提高青霉素产量，发酵过程分次补加氮源也是有效的措施。6.泡沫高度的控制：在发酵过程中产生大量泡沫，可以用天然油脂如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂来消泡。青霉素的工业提取常采用溶媒萃取法。青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。利用这一性质，在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中，调节pH，再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。