红霉素发酵工艺设计.ppt

1、2020/7/29、赤霉素发酵工艺设定、一、本设定订的任务要求和基本资料产品案：发酵液浓度为5000u/mL， 产品纯度在98.5%以上的赤霉素的具体设定修订任务和要求如下： a .设定最佳生产率工序b， 生产工艺路线的材料和热平衡的设定订正算c .与工艺路线有关的设备的订正算和选定或具有设备的本体构造设定订正d .制作具有测量控制点的工艺路线图的设备平面版结构图和设备立面版结构图e .根据上述的设定订正作业，项目工程设定订正报告书，红色吉卜赛人亮氨酸的介绍，构造：红色亮氨酸是红霉内酯和脱氧胺红霉内酯环含有13个碳原子，内酯环的c3通过氧原子与红霉糖结合，c5通过氧原子与脱氧氨基己糖结合。 成

2、分：由链霉素Streptomycin elytrous产生，为盐化学基性抗生素。 其游离碱用于口服，糖化盐用于注射。 另外，其琥珀酸乙酯(琥珀酸酯赤藓红吉卜赛人)、丙酸酯类化合物的十二烷基硫酸盐(通过赤藓吉卜赛人红)被用于药用。红细胞吉卜赛人素(Erythromycin )分子： C37H67O13N分子量： 733.94 g/mol，红细胞吉卜赛人素结构式，红细胞吉卜赛人素的发现与分类，红细胞吉卜赛人素是大环内酯类抗生素，1952年由红色丝状菌产生的抗生素。 主要成分c的活性较弱，为a的1/5，毒性为a的5倍，b不仅活性低而且毒性大。 通常红色吉卜赛人霉素是指红色吉卜赛人霉素a，其它的两个成

3、分则被视为杂质。 二、工艺设定修订和操作分析、工艺设定修订：确定菌种的选择和培养基的培养成本设定修订工艺原则和工艺的确定、菌种的选择和培养、菌种的选择：赤霉素工业生产菌红色糖多孢霉素S.erythraea HL3168 E3菌种的培养： (1) 制作母液斜面孢子3360后，无菌接种到保存的灭菌斜面培养基中，在37中培养7-10天，保存预备(2)调制的副瓶斜面孢子3360成长，取出在冰箱中保存1周以上的母液，作为菌混悬剂接种到副瓶斜面，在37中恒温培养7-10天，保存预备(3) 制备的孢霉素混悬剂3360、培养基的确定、培养基选择的一般原则： 1、生物科学原则：根据不同微生物的营养和反应需求进行

4、化学基、修订. 营养物质组成丰富，浓度适中，满足菌体生长和合成产物需求。 各成分间的比例适当，特别是有机氮和无机氮源、碳氮比。 赤藓红吉卜赛人培养液中一般碳氮比为201。 在某些条件下，各种产品材料之间不发生化学反应。 具有适当的pH值和渗透压。 2、工艺原则：不影响通风和搅拌，也不影响生成物的分离纯化和废弃物处理，工艺容易控制。 3、低成本原则：产品材料因地制宜、来源方便、丰富、质量稳定、质量优良、价格低廉。 4、高效经济原则：生产安全、环保、高品质、最高收率、最小副产物。 培养基中各组分的功能碳源：红霉素生产最佳碳源为蔗糖，蔗糖浓度为7.0%时，红霉素产量和菌丝干重最大，各种碳源效果的排序

5、为葡萄糖淀粉糊精。 蔗糖效果比葡萄糖好的原因可能是蔗糖的分解速度恰好适合菌体对糖的利用速度，不会使葡萄糖单独蓄积中间产物，也不会降低pH值。 生产中使用葡萄糖(约80% )和淀粉(约20% )的混合碳源，其效果与使用蔗糖相似。 氮源：常用有机氮源有大豆饼粉(最常用)、落花生饼粉、棉籽饼粉、玉米淀粉、玉米淀粉粉、蛋白胨、泡打粉、鱼粉、尿素等。常用无机氮源有铵盐、试剂氨水、硝酸盐。 铵盐中的氮可以直接用于菌体。 硝酸盐中的氮只有还原成阿摩尼亚才能利用。 无机氮源作为主氮源，阿摩尼亚盐可利用得比硝酸盐快。 从利用阿摩尼亚盐后的残留物质的性质来看，可以将无机氮源分为大姨妈酸性物质和大姨妈碱性物质。 大

6、姨妈酸性物质在代谢后产生酸性物质，如果像(NH4)2SO4那样利用的话会产生硫酸。 大姨妈碱性物质在代谢后会产生碱性物质，如硝酸纳金属钍利用后会产生氢氧化纳金属钍。 生产多加无机氮源调节pH，一举两得。 培养基的确定，无机盐和微量元素体：无机盐和微量元素体有大姨妈活性物质的构成成分或大姨妈调节作用，磷(核酸)、硫、铁元素(细胞色素)、镁、钙元素(胞质膜透射性调节)、锰、铜、亚金属铅(辅酶或活性剂)。 一般低浓度发挥促进作用，高浓度发挥抑制作用。 生长因子：生长因子是微生物生长不可缺少的微量有机物，含有氨基酸、维生素、核苷酸、脂肪酸等。 一般天然成分中不含有，不需要添加。 但是，营养缺陷型(氨基

7、酸、核苷酸)菌株中需要添加。 前驱物和助促进剂：前驱物是发酵培养基中添加的一种化合物，直接参与产物的生物合成，构成产物分子的一部分，自身结构变化不大。 前驱物可以明显提高产品产量和质量，在一定条件下控制细胞合成代谢产物的方向。 由于前驱物不仅有毒，还被菌体分解，因此少量的流加工序进行了多次。 在抗生素等次级代谢产物的发酵中，为了提高产量多添加前驱物和助促进剂。 前驱物可以是产物的中间体，也可以是其一部分。 水：菌体细胞球的主要成分，营养传递的介质。 调节良好的导体、细胞球生长。 培养基在本设置修订中的具体比例：工艺设置修订原则和工艺确定、工艺设置修订原则是进行工艺设置修订应考虑的一些原则： (

8、1)保证产品品质符合国家标准，国家原料药红色吉卜赛人胰岛素产品中红色吉卜赛人胰岛素a的含量必须超过80%。 (2)尽量采用成熟的先进技术和设备。 努力提高原料利用率，提高劳动生产率，降低水、电、蒸汽等能源消费，降低生产成本，工厂建成后迅速投产，短时间达到修订生产能力和产品质量要求，实现生产稳定、安全、可靠。 从本修订整体来看，菌种选用从德意志进口发酵效价高的，从生产技术来看在国内使用比较多，其中辅料系统及空气处理系统是国内先进的设备。 (三)尽量减少三废排放，有合理的三废处理措施。 本设定完全满足要求。 (四)安全生产，确保人身和设备安全； (5)生产过程基本机械化，部分系统自动化。 可以稳定

9、生产、高产。 孢子培养，3410天，孢子培养，349天，种子培养，3560-70h，种子培养，3435-40h，发酵，31150h，萃取和精制，砂土孢子，发酵液，二次培养实罐灭菌，生产期工艺流程分块图，接种，实罐灭菌，实罐灭菌，萃取精制，一级种子罐，水生产期工艺流程图，发酵生产过程重点残奥表确定，一级种子培养：在35左右，罐压0.04MPa二级种子培养：在33-35下继续通气(1.0vvm )培养35-40h，后期适当补材，完成后以10%接种量进行发酵生产。 发酵：在31下，pH维持在6.7-6.9左右，通气(0.5vvm )发酵150小时后装入罐，发酵中根据糖氮代谢的实际情况补充材料，根据代

10、谢状况，后期适当补充水，添加防沫剂等。用于发酵的灭菌方法，工业常用的方法有干热灭菌、湿热灭菌、化学药剂灭菌、辐射消毒和介质过滤灭菌等几种。 在红霉素生产中，培养基和发酵槽主要采用湿热蒸汽灭菌，对空气进行过滤灭菌。 培养基和发酵设备的灭菌、灭菌要求：工业上无菌(灭菌度1000 )。 也就是说，在尽量去除杂菌的同时，尽量减少营养素的损失。 经常采用的条件是121、2030min。 (1)间歇灭菌：将调制好的培养基云同步放入发酵槽或其他装置，通过蒸汽将培养基和使用设备一起加热灭菌的过程，也称为实罐灭菌。 (2)连续灭菌(也称为连消):在发酵罐外利用连续灭菌装置对培养基进行加热、保温、蒸发制冷灭菌。

11、连续灭菌和间歇灭菌由于连续灭菌设备成本高，难以操作，容易染菌，容易导致发酵失败，综合考虑我国的生产现状和设定修订条件，我们对所有培养基选择了实罐灭菌。 无菌空气的制造过程，基本过程：空气过滤烟嘴除菌设备，先对从吸气口吸入的空气进行压缩前过滤，然后再进入空气压缩机。 空压机排出的空气(一般压力0.2MPa以上，温度120160C )，首先蒸发制冷至适当的温度(2025C )，除去油和水，然后加热至3035C，最后用总空气过滤网和分过滤烟嘴(有的不使用分过滤烟嘴)灭菌，达到清洁级、压力、 围绕得到的两个目的：一是提高压缩前的空气质量(清洁级)，另一个是去除压缩空气中的油和水。一次冷却器、二次冷却器

12、、旋风分离器、过滤烟嘴、加热器、蒸汽过滤烟嘴、蒸汽(包括铁锈渣)、进入发酵槽的无菌空气、空气净化程序流程图、净化过滤器、压缩机、粗过滤烟嘴、压缩空气罐、空气除菌设备，因此，从上空取瓦斯气体比从低空取瓦斯气体有利得多。 粗过滤器：在隔断空气中的大尘埃保护空气压缩机的同时，发挥一定的除菌作用，减轻过滤器的负担。 过滤介质：发泡塑料(平面型)、非织造布型(可折叠式)。 空气压缩机：克服输送中的过滤介质的阻力，维持一定的气流速度。 作用：为克服将来各设备的阻力提供动力。 储气罐：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力。 通过重力沉降作用除去一部分油雾。 安装在空气压缩机的正后方。 空气除菌设备

13、、冷却器：压缩后的高温空气会引起过滤介质的碳化和燃烧，增大发酵槽的降温负荷，增加培养液水分的蒸发，一般列管式冷却器构成的空气冷却器传热系数为105w/(m2 )，采用2道或4道蒸发制冷。 气液分离装置：除去空气中的水和油，保护过滤介质。 旋风分离器利用离心力沉降，对10m以上的微粒子分离效率高。 特点：结构简单，电阻小，分离效率高。 屏幕分离器由于惯性阻断，分离效率高，能够除去25m的微粒子。 去除1m以上的粒子，去除率为98%。 空气加热：在进入总过滤烟嘴之前需要空气大气湿度从100%降到70%以下。 对除去油水的空气进行加热(温度差1015C左右)，降低相对大气湿度(50% )，然后输入过

14、滤烟嘴。 使用列管热交换设备或茄克衫加热器。 旋风结构、网式过滤器结构、空气过滤网，目前发酵厂采用的空气过滤网设备多为传统的深层过滤设备，过滤层厚度一般为12米，所用过滤介质采用棉花、活性炭、纤维玻璃、焦炭等。 根据材料的不同，材料的规格、材料的填充情况，会得到不同的过滤效果。棉花：需要使用未脱脂棉，弹性好，纤维厚度适中，纤维直径为1620m，实重度为1520kg/m3，填充密度为130-150kg/m3，填充率为8.5%，棉花可以先比过滤烟嘴内径略小关键分析、过程控制特罗尔供氧控制特罗尔pH控制特罗尔温度控制特罗尔补片控制发酵液黏性系数特罗尔染菌原因分析、发酵过程控制特罗尔、供氧控制是好氧发

15、酵能否成功的重要限制因素之一。 影响供氧的因素：搅拌、空气产水量、培养液密度黏性系数等性质，微生物细胞球浓度、防沫剂等。 康特罗尔水平：发酵罐中的空气量通常特罗尔为0.5-1.0vvm，增加空气产水量，加快搅拌转速可提高发酵单位，但必须加强补丁程序的工艺控制特罗尔，防止菌丝的早期衰退。 pH控制pH过高：添加糖、硫酸或无机氮源pH过低：添加碳酸钙元素、氢氧化纳金属钍、阿摩尼亚或尿素也能提高通气量。 (还可以自动添加酸和碱)温控红链霉菌对温度敏感，培养31，在48h黏性系数侧达到最高峰，但老化缓慢，黏性系数降低速度慢，转薄时间慢。 发酵过程控制特罗尔、辅料特罗尔(1)还原糖在1.2I.5%的范围

16、内特罗尔，从15h每6小时加入葡萄糖液(浓度40%-50% )，直至卸罐前的1218小时停止加糖。 (2)氮气源一般每天补充34次，由发酵液的黏性系数大小决定补充量的多寡，在加入罐前的24小时停止补充，发酵后期滴加试剂氨水投入。 (3)在15小时内启动丙醇。 (4)大豆油为防沫剂，优选以少量多次添加，24小时后开始补油。 (5)发酵过程中除辅料和水外其他辅料方式均采用自动控制系统，进行自动定时辅料。 发酵过程控制特罗尔、发酵液黏性系数控制特罗尔在一定的发酵液黏性系数范围内，红霉素c的含量表现为发酵液黏性系数和负相关，适当提高发酵液黏性系数能够减少红霉素c成分的比例，提高产品质量。 发酵液的黏性

17、系数与搅拌功率、氮气源补充量及培养温度有关。 通过降低搅拌转速、改变搅拌叶片的型号、降低箱体温度、增加有机氮源的补充量、滴加试剂氨水等措施提高发酵液的黏性系数。 但黏性系数过高会影响溶解氧的浓度，发酵单位显着降低，因此必须根据情况进行控制。 防止染菌的要点是，染菌是抗生素发酵的大敌，影响染菌的因素很多，如表2-3所示，而且具有随机性质，必须根据情况分析染菌原因，找到解决办法。 三、设定订正计算及结果分析、材料平衡订正计算热量平衡订正计算尺寸及壁厚设备订正计算：发酵槽冷却器混料器种子槽一级种子槽无菌空气订正计算、材料平衡订正计算及结果分析、基本残奥计：发酵液浓度5000u/mL产品纯度98.5%赤藓吉卜赛人碱效价1000u/mg提取过程的收率以80%大罐的接种量为基础的10%，中罐的接种量以基础的10%辅料量为基础培养基的每20%循环生产发酵液量的补正：年工作日： 280天生产循环： 7天(日) 每个循环的生产量： 20400.5t发酵液放罐体积： v0. 50.9850.81005001000123.125 m 3密度为1t/m3，则为M123.125 m3，设定修正构想、发酵槽个数的确定：公称体积罐的总容积是指罐的圆柱部分和两封装头首先选择100 m-3的发酵槽，调查化工流