青霉素 青霉素的生产工艺【知识浅析】

1、青霉素的生产工艺,一、什么是青霉素 二、青霉素生产工艺过程 三、青霉素菌种发酵工艺的原理 四、生产原理,课件制作人：孙学亚 专 业：应用化学 学 号：4111430041,1,行业学习,第一部分 什么是青霉素,行业学习,青霉素,青霉素（Benzylpenicillin /Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。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

2、的总称。,青霉素的结构式,3,行业学习,化学式,青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名为1-乙氧甲酰乙氧6-D(-)-2-氨基-2-乙酰氨基青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4SHCl 分子量：384.5 青霉素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。,4,行业学习,药理学,内服易被胃酸和消化酶破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，1530min达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从尿中排出。

3、 青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。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。 对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体、梭状芽孢杆菌、放线菌以及部分拟杆菌有抗菌作用。,5,行业学习,青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、李斯特菌、钩端螺旋体和梅毒螺旋体对本品敏感。本品对流感嗜血杆菌和百日咳鲍特氏菌亦具一定抗菌活性，,其

4、他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性差.本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌以及产黑色素拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。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。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。,6,行业学习,可以用青霉素的疾病,1流行性脑脊髓膜炎 2放线菌病 3淋病 4奋森咽峡炎 5莱姆病 6多杀巴斯德菌感染 7鼠咬热 8李斯特菌感染 9除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染,7,行业学习,二 青霉素生产工艺过程,菌种孢子制备种子发酵提取精制成品检验包装分装（应用跟踪质量分析） 1菌种的选育技术：

5、（1）杂交育种（2）原生质体融合 （3）基因工程（4）新抗生素产生菌获得 2菌种保藏： （1）定期移植保存法 （2）液体石蜡封藏法 （3）真空冷冻干燥保藏法 （4）液氮超低温保藏法 （5）沙土管保藏法 （6）麦皮保藏法,8,行业学习,3培养基种类：（1）固体培养基 （2）液体培养基 4影响培养液的因素：（1）原材料质量的影响 (2)水质的影响 (3)灭菌操作 (4)培养基粘度的影响 5发酵设备灭菌： (1)实罐灭菌：1预热（8090）2直热（蒸汽）（120、30min）（全进全出原则）3待空气压力高于罐内压力时，通入空气。 (2)空罐灭菌：130，4560min，直接蒸汽法 (3)连续灭菌：配

6、料（预热）。冷却系统水应排净（夹套与盘管）连消塔维持罐冷却管无菌培养基。 (4)空气过滤除菌,9,行业学习,6.发酵过程控制： (1)碳源浓度变化及其控制(2)氮源浓度变化及其控制(3)补无机盐、前体 (4)溶氧浓度的变化和控制 (5)温度控制(6)pH控制 (7)泡沫控制 (8)发酵终点的判断 (9)发酵异常处理 7.发酵液的预处理和液固分离： (1)稳定性1对pH的稳定性，如：青霉素酸性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性稳定。 2.对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在90100下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处理（1518） (2)提取工艺对滤液质量的要求1离子交换

7、法 2溶酶萃取法 3沉淀法,10,行业学习,(3)发酵液预处理方法: A.菌体和蛋白质处理 1等电点沉淀 2变性沉淀（热变性沉淀） 3加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等） 4加入凝聚剂：Al2(SO4)318H2O、AlCl36H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等 5加入絮凝剂，如酰胺类 6.吸附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾 7.酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。,11,行业学习,B.高价金属离子的去除 1.离子交换法：土霉素、四环素，用122树脂除Fe3和色素头孢菌素C滤液用S14，

8、除去部分阳离子，同时释放出H，除去破头N 2沉淀法：加草酸除Ca2+加黄血盐除铁4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe(CN)6 3 +12K+. C.发酵液的液固分离 设备： 1压滤设备：板框 2吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化） 3离心过滤设备：框式离心机,12,行业学习,(4)影响液固分离的因素,1.微生物的种类：细菌、放线菌、霉菌、酵母 2.发酵液的特性（粘度） 3.pH、温度等,13,行业学习,青霉素提炼工艺流程图,发酵液 预处理液 板框过滤 滤液 储罐 BA提取 脱色 过滤 BA脱色液 结晶 离心分离 含水重液回收溶媒的异丙醇洗涤 甩滤 无水异丙醇洗涤 甩干 摇摆机粉碎 烘干 工

9、业钾盐成品,14,行业学习,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。,三 青霉素菌种发酵工艺的原理,15,行业学习,16,行业学习,二、工艺流程图,（1）丝状菌三级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养，7天）斜面母瓶（25C，孢子培养，7天）大米孢子（26C，种子培养56h）一级种子培养液（27C，种子培养，24h）二级种子培养液（2726C,发酵,7天）发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺流

10、程冷冻管（25C，孢子培养，68天）亲米（25C，孢子培养，810天）生产米（28C，孢子培养，5660h）种子培养液（2625-24C，发酵，7天）发酵液。,17,行业学习,三、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

11、。,18,行业学习,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。,19,行业学习,四 生产原理,20,行业学习,（1）发酵过程的工艺控制,21,行业学习,基质浓度：在分批发酵中，常常

12、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。,22,行业学习,pH值：青霉素发酵的最适pH 值一般认为在6.5左右, 应尽量避免 pH 值超过7.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定,容易加速其水解。 溶氧:对于好氧的青霉素发酵来说,溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时,青霉素产率

13、急剧下降,低于10%饱和度时,则造成不可逆的损害。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,同样影响生产能力的发挥。,23,行业学习,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

14、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。,24,行业学习,（2）发酵培养基介绍,碳源：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。 氮源：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。有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮等可适量使用。,25,行业学习,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。,26,行业学习,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