发酵工程青霉素的制备专家讲座

--青霉素类抗生素微生物发酵发酵工程青霉素的制备专家讲座第1页青霉素介绍

化学结构理化性质

青霉素合成及调控生物合成

生物合成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

发酵工程青霉素的制备专家讲座第2页青霉素介绍发酵工程青霉素的制备专家讲座第3页青霉素发觉

1929年英国学者弗莱明首先在抗生素中发觉了青霉素，英国谢菲尔德大学病理学家弗洛里实现对青霉素分离与纯化。发酵工程青霉素的制备专家讲座第4页青霉素化学结构青霉素是含有青霉素母核各种化合物总称，青霉素发酵液中最少含有5种以上不一样青霉素：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发酵工程青霉素的制备专家讲座第5页青霉素合成及调控发酵工程青霉素的制备专家讲座第6页青霉素生物合成发酵工程青霉素的制备专家讲座第7页青霉素生物合成与赖氨酸反馈调整用产黄霉菌生产青霉素要受到赖氨酸阻遏，这是因为其赖氨酸生物合成路径初始酶——高柠檬酸合成酶受到了赖氨酸反馈阻遏。在赖氨酸生物合成路径中，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整效果用到次级代谢上最好例子。发酵工程青霉素的制备专家讲座第8页青霉素生物合成与糖分解代谢关系青霉素生物合成受糖分解代谢产物阻遏，如合成青霉素酰基转移酶就会被阻遏。在青霉素发酵过程中，发觉能被青霉素快速利用葡萄糖有利于菌体生长，但抑制青霉素合成，而被迟缓利用乳糖，却是生产青霉素最好碳源。发酵工程青霉素的制备专家讲座第9页

乳糖比葡萄糖优越主要原因是乳糖被水解成单糖速度恰好符合青霉素生产期合成青霉素需要，而又不会产生高浓度分解产物来抑制青霉素合成，所以，碳源多用葡萄糖加乳糖或利用一些非糖原料如植物油等。但因为乳糖价格较贵，成本较高，故在生产实践中常经过间隙或滴加葡萄糖方法控制培养液中糖含量，以符合菌体生长和青霉素生物合成需要。这么，能够降低成本，提升产量。发酵工程青霉素的制备专家讲座第10页青霉素生产发酵工艺发酵工程青霉素的制备专家讲座第11页菌种当前国内青霉素生产菌按其在深层培养中菌丝形态分为丝状菌和球状菌两种，依据丝状菌产生孢子颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子丝状菌，惯用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉素。发酵工程青霉素的制备专家讲座第12页青霉素产生菌生长过程分生孢子发芽期菌丝繁殖期脂肪粒形成期脂肪粒降低，小空孢大空孢自溶菌丝生长久青霉素分泌期菌丝自溶期发酵工程青霉素的制备专家讲座第13页培养基碳源青霉菌能利用各种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。当前采取淀粉水解糖，糖化液进行流加。氮源可采取玉米浆、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青霉素G，需要在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。因为它们对青霉素有一定毒性，故一次加入量不能大于0.1%，并采取屡次加入方式。无机盐包含硫、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。发酵工程青霉素的制备专家讲座第14页青霉素生产工艺过程

发酵工程青霉素的制备专家讲座第15页抗生素制备普通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程青霉素的制备专家讲座第16页发酵工艺流程发酵工程青霉素的制备专家讲座第17页一、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含有苯乙酸前体培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。

青霉素菌种发酵工艺原理发酵工程青霉素的制备专家讲座第18页发酵工程青霉素的制备专家讲座第19页二、青霉素发酵过程青霉素发酵时，青霉素生产菌在适当培养基、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，相关设备和培养基（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，需要不停通气和搅拌，维持一定罐温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂，假如酸碱控制发酵液PH，还需要间歇或连续加入葡萄糖及铵盐等化合物以补充碳源及氮源，或补进其它料液和前体等以促进青霉素生产。发酵工程青霉素的制备专家讲座第20页青霉素发酵过程中代谢改变分为菌体生长、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适当环境中经过短时间适应，即开始发育、生长和繁殖，直至到达菌体临界浓度。青霉素合成阶段：这个阶段主要合成青霉素，青霉素生产速率到达最大，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，但产生菌呼吸强度普通无显著改变。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。发酵工程青霉素的制备专家讲座第21页发酵培养控制加糖控制。残糖降至0.6%，pH上升时加糖补氮及加前体。补氮：硫酸铵、氨、尿素，使发酵液氨氮量控制在0.01%~0.05%。前体：发酵液中残余乙酰胺浓度为0.05%~0.08%。pH控制。6.6~6.4温度。前期25℃

~26℃

，后期23℃

。溶解氧。不低于饱和溶解氧30%。泡沫控制。发酵工程青霉素的制备专家讲座第22页

基质浓度：在分批发酵中，经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。为了防止这一现象,在青霉素发酵中通常采取补料分批操作法,即对轻易产生抑制和限制作用基质维持一定最适浓度。温度：青霉素发酵最适温度普通认为应在25°C左右。温度过高将显著降低发酵产率,同时增加葡萄糖维持消耗,降低葡萄糖至青霉素转化率。发酵工程青霉素的制备专家讲座第23页pH值：青霉素发酵最适pH值普通认为在6.5左右,应尽可能防止pH值超出7.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定,轻易加速其水解。溶氧:对于好氧青霉素发酵来说,溶氧浓度是影响发酵过程一个主要原因。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,一样影响生产能力发挥。发酵工程青霉素的制备专家讲座第24页

菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度不超出临界菌体浓度,从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上到达平衡。菌丝生长速度：在葡萄糖限制生长条件下，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。所以,要在发酵过程中到达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分支和长度,并防止结球,是取得高产关键要素之一。而在球状菌发酵中,使菌丝球保持适当大小和松紧,并尽可能降低游离菌丝含量,也是充分发挥其生产能力关键素之一。发酵工程青霉素的制备专家讲座第25页

碳酸钙：用来中和发酵过程中产生杂酸，并控制发酵液pH值。苯乙酸/苯乙酰胺：能够借酰基转移作用，将苯乙酸转入青霉素分子，提升青霉素生产强度。P和S：为菌体提供营养无机磷源普通采取磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需硫。发酵工程青霉素的制备专家讲座第26页

另外，因为在发酵过程中二氧化碳不停产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，所以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