抗生素发酵生产自动化控制(DCS)工程
抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程可行性研究报告
一、概述
1．项目概况
1．1 项目名称：抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程
1．2 项目承担单位：岳阳中湘XX药业集团有限公司
1．3 项目负责人：xx
1．4 项目起止时间：2001年元月—2002年6月
1．5 项目主管部门：湖南省信息产业厅
1．6 项目简要内容及实施目标：利用计算机集散控制技术实现公司主要抗生素生产车间（包括六、九、十车间共计1495T红霉素发酵体积）的发酵自动化控制。
2．企业概况
2．1 企业简介
2．1．1 企业名称：岳阳中湘XX药业集团有限公司
2．1．2 法定代表人：xx
2．1．3 所有制性质：国有独资
2．1．4 隶属关系：中国医药集团总公司下属中国医药工业公司的全
资子公司
2．1．5 企业地址：湖南省岳阳市xx山一号
2．1．6 电话：0730—8XX0411
2．1．7 邮政编码：414000
2．2 人员情况
2．2．1 职工总数：2053人
2．2．2 工程技术人员：605人
其中高级职称：11人
中级职称：175 人
初级职称：419 人
2．2．3 计算机、自控及相关专业人数：28人
2．3 企业资产信用状况
2．3．1 资产总额：42386 万元
2．3．2 固定资产原值：29248 万元
2．3．3 固定资产净值：22368 万元
2．3．4 流动资产：17405 万元
2．3．5 负债总额：31726 万元
2．3．6 流动负债：12584 万元
2．3．7 所有者权益总额：10659 万元
2．3．8 收入总额：25628 万元
2．3．9 主要营业收入：25628 万元
2．3．10 税后利润总额：1605 万元
2．3．11 银行借款总额：19628 万元
2．3．12 银行信用等级：A级
2．3．13 税务局情况记录：纳税先进单位
2．4 企业生产经营情况
岳阳中湘XX药业集团是以生产抗生素原料药为主，同时生产制剂、中成药的大型医药企业，现有六条抗生素原料生产线（其发酵规模名列全国同行业厂家第四位）、三条合成药生产线、一个制剂分厂、一个药物研究所，下辖五个子公司和一个合资公司。1999年完成工业总产值43557 万元，销售收入22794 万元，上交利税1463 万元，实现利润1129 万元；2000年完成工业总产值49821 万元，销售收入24848 万元，上交利税1554 万元，实现利润1325万元。公司有自营进出口权，产品畅销全国各地，远销东南亚、意大利、西班牙、东欧等国家，国家级新药阿瑞被列为国家高新技术产业化规划。
二、项目开发的必要性
1．项目提出的背景
中湘XX的前身为岳阳市制药一厂，多年来一直主要生产红霉素、螺旋霉素等抗生素原料系列产品。由于产品结构单一、融资渠道不畅、设备装备水平较低、营销网络不够健全、信息收集手段落后等多方面因素的影响，中湘XX的整体竞争能力比较差，特别是在90年代末期表现得尤为突出。1996至1998年，企业连续三年亏损，生产经营举步维艰。1999年，公司决策层实施战略结构调整，提出原料药、制剂药和中成药三分天下、齐头并进的发展思路，并通过实施兼并重组、技术创新、设备改造、健全营销网络等诸多强有力措施，一举扭转了生产经营的被动局面，当年实现了扭亏为盈的目标。但日趋激烈的市场竞争态势迫使我们必须更加冷静地面对现实，中国加入世界贸易组织既给我们带来了发展的机遇，又使我们面临着更大的挑战。2000年，国内市场上随着系列红霉素衍生物的不断开发问世，红霉素原料药的市场需求量相应地得到了增长，但红霉素原料药的生产厂家也在不断地增多，红霉素原料市场总的趋势是供大于求，一场没有硝烟的价格大战已经打响；国际市场方面则表现为欧洲发达国家有大量进口中国红霉素原料药的迹象，但进口的门槛较高，对产品的质量提出了更高的要求。作为红霉素老牌生产厂家，
我们惟有进一步加快技术创新的步伐，努力降低产品制造成本，全面增强企业的竞争能力，才能在如此激烈的市场竞争环境下站稳脚跟，并据此获得出口的先机。
众所周知，利用信息技术改造传统产业已在我国开展了十几年的科学实践，自动化控制技术在医药、化工等领域的研究与应用出现了大量成功的范例。虽然红霉素具有生产周期长、生产过程复杂、控制难度大等特点，但我们仍然对应用和研究“红霉素发酵生产自动化控制”抱有信心。在反复考察论证的基础上，我们提出了“应用计算机自动化技术控制发酵生产，改造传统生产工艺过程，提高红霉素发酵生产水平”的技术创新思路。
2000年，湖南省电子信息系统推广应用工作小组办公室下达了《关于申报2001年电子信息应用贷款项目的通知》，我们决定将“抗生素发酵自动化控制（DCS）工程”作为国家倍增计划贷款贴息项目进行申报，以借助国家资金扶助将企业信息化工作推上一个新的台阶。
2．国内外同类项目的应用情况
2．1项目的工作原理
抗生素发酵工艺生产过程是生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，其机理十分复杂，控制过程非常困难。抗生素发酵计算机控制就是通过对菌种的环境条件要求和代谢变化规律各参数的变化进行测量，结合代谢调控的基础理论来有效地控制发酵，使菌种的代谢变化沿着最佳的方向进行，以较低的能量和物料消耗生产更多的发酵产品。
2．2 国内外应用情况
国外的工业控制起步较早，特别是美国、日本和德国等西方资本主义国家，在医药生产领域有着很高的计算机控制水平，但为了追求巨额利润，发达国家一般将主要精力放在成品药的制作、研究和控制上。我国是抗生素原料药的生产大国，但生产技术水平落后，以手工操作方式为主，生产效益低。直到八十年代中期，原国家医药局和国务院电振办才把用先进的电子信息技术、控制技术改造传统医药产业列为“八五”、“九五”期间的工作重点。目前，计算机控制技术在青霉素、土霉素、金霉素等产品的发酵生产过程中取得了较大的突破，技术水平已接近国外先进水平。但红霉素发酵具有周期长、中间补料多、控制复杂等特点，对红霉素发酵进行自动化控制的研究和应用工作一直没有重大进展。
3．该项目开发前与投入使用后，企业在生产、经营、质量、技术与管理等方面的变化及成效
红霉素发酵自动化控制项目投入正常使用后，企业可望取得非常显著的生产经营成效，具体可表现为以下几个方面：
3．1生产方面
◆适时的参数检测和控制将使发酵生产更加稳定，生产产量由此可得到大幅度的提高。
3．2管理方面
◆数据记录：真实可靠，实时记录，避免了过去人工记录数据的随意性和错误；
◆工作监督：从记录的数据可以随时检查生产的正常与否，可增强工人的责任心，协助车间管理人员开展生产的督察工作；
◆职工培训：自动化控制系统是一个复杂的辅助生产系统，对操作和维护管理人员素质要求较高，围绕自控系统开展的各项培训工作可提高职工的技能水平；
◆决策调度：公司领导和生产调度等各级管理人员通过网络可实时查询生产信息，增强了生产决策和生产调度的科学性和合理性。
3．3技术方面
◆补料自控：补料自控改变了传统的补料方式。传统补料方式是每隔较长一段时间一次性大批量的补加料液，这对微生物的生长环境产生巨大冲击，影响发酵水平；自控补料则是根据设定好的补料速度，连续均匀少量地补加营养物质，由于连续补料对微生物生产环境冲击减少，从而达到提高发酵水平的目的。
◆消沫自控：在发酵期间，有时微生物生长旺盛，产生大量泡沫，抬高了发酵液液位，可能会出现逃液现象。传统手工控制时，常常不能及时发现泡沫的产生，即便发现泡沫也难以加入适量的消沫剂控制逃液。而消沫自控则能马上检测到泡沫的产生，并自动连续补加消沫剂，直到消除泡沫为止。
◆优化工艺：对发酵生产进行自动化控制，可由此得到大量实时准确的生产数据，这为优化生产工艺的研究和工艺改变提供了极大的帮助。发酵过程中以往传统的控制方法，均是以动力学为基础，采用最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，这种控制忽略了发酵过程中的动态变化及其与其他发酵过程参数的关系，在生产控制过程中有较大的局限性。以动态生产实时数据为基础，我们可进行发酵新理论的研究和探索，即以细胞代谢流量分析与控制为核心的发酵工程学的观点，来控制发酵过程。自动化控制技术和发酵分析计算机软件的引入，使得研究细胞与工程水平问题并实现过程数据优化成为现实，通过不断的工艺优化，可
使红霉素发酵水平发生巨大的变化，发酵生产得到质的飞跃。
3．4质量方面
◆发酵液的组分与提炼收率和产品质量有着极为密切的联系，通过自控技术的引用，可大大改善发酵液的组分，使得主要组分（如A组分）比例增大，而B组分（含毒性）和C组分（含杂质）相应降低，从而使提炼出来的产品质量得到大幅提升。
3．5经营方面
◆红霉素产品产量和质量的提高，为生产经营创造了良好的内部环境，有利于营销战线掌握市场营销工作的主动，我们可通过优异的产品质量和相对较低的市场价格赢得市场的优势，从而可望带来崭新的营销工作新局面。
三、协作单位的选定理由
1．协作单位的概况及其优势分析比较
1．1 协作单位概况
协作单位北京康拓生化控制工程公司（即国家医药管理局控制工程中心）成立于1993年7月，隶属国家医药管理局，是一家依托航天工业部502研究所，实行企业化管理的研究开发事业单位。公司凭借502所雄厚的技术力量和灵活的市场机制，建立了一支人员素质高、新技术开发和工程能力强的技术队伍，主要从事制药行业自动化控制技术的研究与开发应用。现有员工30多名，其中研究员一名，具有中高级以上职称的18人，其余均为从事自控或相关专业的科技骨干。几年来，康拓公司的系统和产品已经成功地推广应用到几十家制药行业的十多个品种，经济效益显著，带动了整个行业生产水平的提高。
1．2 协作单位优势分析
与其他从事自控技术研究的单位相比，康拓公司具有以下优势：
◆技术力量雄厚，有国家医药管理局和航天部502研究所作坚强的后盾；
2专业性强，专门从事医药抗生素发酵领域的研究与开发；
◆工控产品质量过硬，康拓先后研制开发成功KT型智能补料控制器、系列防污染控制装置、生产过程控制系统及抗腐蚀、耐高温控制阀门等一系列优秀的工控产品；
◆实施能力强，多年来在抗生素发酵领域积累了大量的实施经验，并有许多成功的范例。
2．与国内外同类系统或产品在性能、价格、服务等方面的比较
XX发酵生产自动化控制（DCS）工程主要采用美国Honeywell公司最新生产PlantScape集散控制系统，现场执行机构大多选用性能优越的国外产品或康拓公司自制产品，系统平均无故障时间不小于30000小时，可用率达到99.99%，与国内外其他系统（如横河XLDCS控制系统，西门子控制系统，欧陆控制系统）相比具有很高的性能价格比，成熟性和可靠性都能够得到保证且技术水平位居世界领先行列。此外，在系统维护方面，康拓公司能够保证提供24小时的电话支持服务和48小时的现场服务，并能够及时供应各种系统维修配件。
四、项目的内容及目标
1．项目的主要内容
本项目将对我公司抗生素发酵规模较大的三个红霉素车间实现计算机自动化控制，主要内容包括：
二车间14个大罐385T发酵体积；
六车间14个大罐780T发酵体积；
九车间10个大罐330T发酵体积；
共计1495T发酵体积实现计算机自动化控制及与之配套的发酵工艺综合分析系统。
主要技术参数有：
1．1检测参数：发酵温度、罐压力、空气流量、PH值、溶解氧、空气流量、发酵液体积、尾气中的二氧化碳和二氧化碳含量以及公用系统的参数检测；
1．2控制参数：温度控制、PH控制、补料控制、消沫控制、空气流量控制等。
2．项目的目标
2．1 功能目标
2．1．1对抗生素发酵生产过程实现不间断连续监控，保证车间生产连续、稳定、安全、高效运行；
2．1．2满足生产工艺要求，具有现场操作、参数修改、报警显示、实时和历史趋势显示、报表自动生成以及打印输出等功能；
2．1．3具有网络通讯、数据库接口，可实现信息共享。
2．2 性能目标
2．2．1系统的可靠性：由于控制器I/O端口与现场直接连接，因此对可靠性要求尤为严格，拟选用的集散控制系统的平均无故障时间应大
于30000小时。
2．2．2系统的实时性：对现场监控信息实施实时监测，系统采集信号时间必须满足发酵生产工艺要求，既采集参数时间为2秒的实时要求。
2．2．3系统的安全性：系统必须对系统管理员、工程师和操作员设置不同的操作权限，要防止发生误操作和越权操作。
2．3 效益目标
发酵水平提高10%，单罐消耗下降5%，产量提高8%以上。
五、项目的技术可行性
1.我国测控领域控制系统结构的发展
一个控制系统由I/O设备（传感器和执行器）、控制硬件、控制软件、人机接口及与信息系统的连接等组成。设备级现场总线使I/O模件和控制箱得以分开，以太网使得现场采集的数据集成到企业应用中。
1.1早期的集中式控制系统
80年代初期，控制系统多使用以单板机组成的微机控制装置，与上位机系统连接多采用串行通信方式，所有模件集中布置在一个或几个机柜中。由这些装置构成的系统多为集中式控制系统或分层控制系统。这种系统为我国自动化控制系统发挥了重要作用，其开拓性的实践是今天控制系统丰富多彩的基础。但是，这类系统技术上已经落后，不符合控制系统分布、开放的发展趋势。
1.2 DCS控制系统
DCS在我国控制系统中得到了广泛的应用。传统的DCS主要有4层结构：第1层是I/O层；第2层是控制器层；第3层是人机接口层；第4层是企业信息系统层。这种结构除在第3层、第4层之间采用以太网外，其他
都是专用网络，控制设备及软件也是专用的，开放程度不够，给系统维护及升级带来不便。
DCS在设备配置上还要求网络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，由于设计上的高要求，导致DCS成本太高。
1.3 PLC可编程逻辑控制器
严格说来，单独的PLC因缺少人机接口及信息系统等部分，不是一个控制系统。PLC由于其高可靠性及使用的方便性，占领着很大的市场份额。从控制系统结构来看，传统的PLC相当于通用化的微机监控装置，由电源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及扩展插箱组成，使用厂家提供的梯形图逻辑语言进行编程。但随着市场的需要及DCS的挑战，PLC家族在以下几方面得到了发展：①分布式I/O连接能力方面，由于许多高档PLC支持远程I/O及现场总线网络（如DeviceNet，Profibus等），使PLC 向下连接更分布；②厂级控制系统连接方面，许多PLC支持高速网络，如Ethernet ，ControlNet，Profibus等；③软件的开放性方面，由于许多PLC支持OPC标准（object linking and embedding for process control），使软、硬件平台之间的数据通信找到了一个实现的标准。这种部分开放加上部分专用所构成的系统可能还会延续一段时间。
但是，PLC需配置额外的设备和电路，与DCS相比，虽有成本上的优势，但可靠性、电气性能却不如DCS。
1.4 FCS现场总线控制系统
FCS（fieldbus control system）顾名思义基于现场总线，根据IEC 标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线系统应具有以下技术特点：①系统的开放性；②互可操作性与可用性；③现场设备的智能化与功能自治性；④系统结构的高度分散性；⑤对现场环境的适应性。
由于有以上技术要求，现场总线控制系统将是开放系统的主要支撑力量。由于受集团利益的限制，现场总线网络本身目前还未形成一个单一的标准。
现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商的支持，更主要的是要得到分散在现场的传感器及执行设备的支持，以取代DCS的数字/模拟混合技术，成为全数字式系统。这样的系统才会比DCS有很大的技术及成本优势，但现场总线控制系统近几年内难以实现。
针对上述所作比较，结合公司DCS第一期工程的经验得失，我们决定本期项目实施仍然以DCS技术为主体，兼顾现场总线技术。
2. 用DCS技术实现发酵过程监控方案设计
本工程将对我公司抗生素发酵规模较大的三个车间实现发酵计算机自动化控制。
主要内容：
包括六车间14个大罐780T发酵体积、二车间 14个大罐385T发酵体积和九车间10个大罐330T发酵体积共计1495T发酵体积实现计算机自动
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下： 菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装 一、菌种 从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素的微生物，经过分离、选育和纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱(-190℃~-196℃)内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和孢子混在一起，经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。如条件不足时，则沿用砂土管在0℃冰箱内保存的老方法，但如需长期保存时不宜用此法。一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产能力。 二、孢子制备 生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验，若符合规定，才能用来制备种子。制备孢子时，将保藏的处于休眠状态的孢子，通过严格的无菌手续，将其接种到经灭菌过的固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上，这样培养出来的孢子数量还是有限的。为获得更多数量的孢子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩大培养。 三、种子制备 其目的是使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中，种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养。或直接将孢子接入种子罐后逐级放大培养。种子扩大培养级数的多少，决定于菌种的性质、生产规模的大小和生产工艺的特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定数量的液体培养基，灭菌后以无菌操作接入孢子，放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时，在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。接种材料为孢子悬浮液或来自摇瓶的菌丝，以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定。如用菌丝，接种量一般相当于0.1%—2%(接种量的%，系对种子罐内的培养基而言，下同) 。从一级种子罐接入 二级种子罐接种量一般为5%—20%，培养温度一般在25—30℃。如菌种系细菌，则在32—37℃培养。在罐内培养过程中，需要搅拌和通入无菌空气。控制
(新)放线菌抗生素的发酵及目的产物的提取实验报告
放线菌抗生素的发酵及目的产物的提取 一、实验目的 1、熟悉掌握土壤中分离抗生素及培养方法 2、了解和掌握种子制备和摇瓶发酵技术和方法 3、了解抗生素发酵的一般规律和代谢调控理论 4、了解小型发酵罐的基本结构 5、熟悉掌握小型发酵罐的使用方法和保养 6.掌握抗生素生物效价测定的原理和方法； 7. 掌握管碟法测定抗生素生物效价相关的操作方法。 8.掌握放线菌次级代谢物的初步纯化及牛津杯实验的基 本原理和操作技术 二、实验原理 ①发酵罐是进行液体发酵的特殊设备。生产上使用的发酵罐容积大，均用钢板或不锈钢板制成；供实验室使用的小型发酵罐，其容积可从约lL至数百升或稍大些。一般来说，5L以下是用耐压玻璃制作罐体，5L以上用不锈钢板或钢板制作罐体。发酵罐配备有控制器和各种电极，可以自动地调控试验所需要的培养条件，是微生物学、遗传工程、医药工业等科学研究所必需的设备。 ②抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线
菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。现临床常用的抗生素有转基因工程菌培养液液中提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。 ③放线菌发酵结束后，次级代谢物可能与菌体结合，工业上常采用草酸或磷酸等酸化剂处理，释放与菌体结合的次级代谢物，并采用加热发酵液70 ℃，2 min使蛋白凝固，所得酸性滤液，在经碱处理，进一步去除蛋白。 抗生素的效价常采用微生物学方法测定，它是利用抗生素对特定的微生物具有抗菌活性的原理来测定抗生素效价的方法，如管碟法。管碟法是目前抗生素效价测定的国际通用方法，我国药典也采用此法。管碟法是根据抗生素在琼脂平板培养基中的扩散渗透作用，比较标准品和检品两者对试验菌的抑菌圈大小来测定供试品的效价。管碟法的基本原理是在含有高度敏感性试验菌的琼脂平板上放置小钢管（内径6.0±0.l mm，外径8.0±0.l mm，高10±0. lmm），管内放人标准品和检品的溶液，经16~18小时恒温培养，当抗生素在菌层培养基中扩散时，会形成抗生素浓度由高到低的自然梯度，即扩散中心浓度高而边缘浓度低。因此，当抗生素浓度达到或高于MIC（最低抑制浓度）时，试验菌就被抑制而不能繁殖，从而呈现透明的无菌生长的区域，常呈圆形，称为抑菌圈。根据扩散定律的推导，抗生素总量的对数值与抑菌圈直径的平方成线性关系，比较抗生素标准品与检品的抑菌圈大小，可计算出抗生素的效价。
抗生素发酵生产知识1-10
抗生素发酵生产知识 1、微生物发酵的概念及发展史。 答：1857年巴斯德提出著名发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”。 1929年Flemming爵士发现了青霉素，增加一大类新产品－抗生素。 20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物-抗生素为主要特征的抗生素工业成为微生物发酵工业技术的支柱产业。 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微生物的代谢进行人工调节，这又使微生物技术进了一步。 20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂工业这一成员。 20世纪70年代，为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题，进行了非碳水化合物代替碳水化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生产，培养单细胞蛋白，进行污水处理，能源开发等。 80年代以来，随着重组DNA技术的发展，可以按人类社会的需要，定向培养出有用的菌株，这为微生物发酵技术引入了遗传工程的技术，使微生物技术进入了一个新的阶段。 目前，人们把利用微生物在有氧或无氧状态下通过生命活动来制备微生物菌体或其它代谢产物的过程统称为发酵。 2、发酵产品的生产特点是什么？ 答：发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： （1）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 （2），发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。 （3）发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代谢产物。 （4）由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。 （5）发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。 （6）微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。 （7）工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。 3、从微生物分类学的角度，把菌种分为几大类？ 答：分为：细菌类，如短杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌等；酵母菌类，如啤酒酵母、酒精酵母等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如链霉素、庆大霉素等。 4、作为工业微生物发酵使用的菌种，通常有什么特点？ 答：(1)具有稳定的遗传学特性。(2)微生物生长和产物的合成对于基质没有严格的要求。 (3)生长条件易于满足。(4)具有较高的各种酶活力，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。（5）对于包含体，要求在细胞破碎是不易破碎，而在目的产物的分离提出时，则易破碎。（6）无杂菌污染。
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下： 菌种→抱子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包 装 一、菌种 从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素的微生物，经过分离、选育和纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱（-190 C ~-196 C ）内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和抱子混在一起，经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。如条件不足时，则沿用砂土管在0C冰箱内保存的老方法，但如需长期保存时不宜用此法。一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产能力。 二、抱子制备 生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验，若符合规定，才能用来制备种子。制备抱子时，将保藏的处于休眠状态的抱子，通过严格的无菌手续，将其接种到经灭菌过的固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上，这样培养出来的抱子数量还是有限的。为获得更多数量的抱子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基（如小米、大米、玉米粒或麸皮）上扩大培养。 三、种子制备 其目的是使抱子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中，种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养。或直接将抱子接入种子罐后逐级放大培养。种子扩大培养级数的多少，决定于菌种的性质、生产规模的大小和生产工艺的特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定数量的液体培养基，灭菌后以无菌操作接入抱子，放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时，在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。接种材料为抱子悬浮液或来自摇瓶的菌丝，以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定。如用菌丝，接种量一般相当于0.1%—2%接种量的%系对种子罐内的培养基而言，下同）。从一级种子罐接入 二级种子罐接种量一般为5%-20%培养温度一般在25—30C。如菌种系细菌，则在32—37C培养。在罐内培养过程中，需要搅拌和通入无菌空气。控制罐温、罐压，并定时取样作无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位和进行生化分
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下: 菌种T孢子制备T种子制备T发酵T发酵液预处理T提取及精制T成品包装 一、菌种 从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素的微生物，经过分离、选育和纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱（-190 C ?-196 C）内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和孢子混在一起，经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。如条件不足时，则沿用砂土管在0°C冰箱内 保存的老方法，但如需长期保存时不宜用此法。一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产能力。 二、孢子制备 生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验，若符合规定，才能用来制备种子。制备孢子时，将保藏的处于休眠状态的孢子，通过严格的无菌手续，将其接种到经灭菌过的固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上，这样培养出来 的孢子数量还是有限的。为获得更多数量的孢子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基（如小米、大米、玉米粒或麸皮）上扩大培养。 三、种子制备 其目的是使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中，种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养。或直接将孢子接入种子罐后逐级放大培养。种子扩大培养级数的多少，决定于菌种的性质、生产规模的大小和生产工艺的特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定数量的液体培养基，火菌后以无菌操作接入孢子，放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时，在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。接种材料为孢子悬浮液或来自摇瓶的菌丝，以微孔差压法或打幵接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定。
抗生素发酵工艺学知识要点
《抗生素发酵工艺学》知识要点 （1）发酵工业的生产水平取决于三个要素，即生产菌种、生产工艺、生产设备。 （2）目前无菌检测的方法主要四种，即镜检法、肉汤培养法、平板划线培养和发酵过程异常现象观察法。 （3）发酵醪中菌体分离一般采用离心分离和过滤分离两种方法。（4）在微生物培养过程中，引起培养基pH值改变的原因主要有营养成份的消耗和代谢物的累积等。 （5）发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。 （6）发酵工业中常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌。 （7）常用工业微生物可分为细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四大类。（8）常用菌种保藏方法有斜面保藏法、沙土管保藏法、液体石蜡保藏法和真空冷冻保藏法等 （9）发酵高产菌种选育方法包括自然选育、杂交育种、诱变育种、基因工程育种、原生质体融合 （10）发酵产物整个分离提取路线可分为预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工等五个主要过程。 （11）工业微生物菌种可以来自自然分离，也可以来自从微生物菌种保藏机构单位获取。 （12）环境无菌的检测方法有显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常观察法等。 （13）发酵罐发酵过程中的物理检测参数有温度、转速、压力、搅拌转速和空气流量）。 （14）前体：是指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大提高的化合物。
（15）发酵生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。 （16）生理性酸性物质：经微生物代谢等作用后能形成酸性物质使培养基pH值下降的营养物质。 （17）限制性基质：微生物生长速率与底物浓度有一定的依赖关系，当底物浓度很小，微生物生长速率与底物浓度成正比，此时基质叫限制性基质。 （18）发酵热：所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢？ 在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水 分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就 叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大，温度上升快，发酵热 小，温度上升。 （19）染菌率：总染菌率指一年发酵染菌的批（次）数与总投料批（次）数之比的百分率。染菌批次数应包括染菌后培养基经重新灭菌，又再次染菌的批次数在 内。 （20）连消：连消也叫连续灭菌，就是将将配制好的并经预热（60～75℃）的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达到灭菌温度 （126～132℃），然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持5～7分钟 后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）的 发酵罐内的培养基灭菌方法。其过程均包括加热、维持和冷却等灭菌操作过程。（21）DE值（葡萄糖值）：表示淀粉水解程度及糖化程度，指葡萄糖（所有测定的还原糖都当作葡萄糖来计算）占干物质的百分率。 （22）补料分批培养：在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不足而导致的发酵过早结束的缺点。在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以 发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在工厂的实际生产中采用这种 方法很多。 （23）次级代谢产物：从初级代谢途径中形成分枝代谢途径，并用初级代谢产物生成与菌体生长繁殖无关的物质或功能还未明的化合物，这个过程称次级代谢。
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下： 菌种T抱子制备T种子制备T发酵T发酵液预处理T提取及精制T成品包 装 一、菌种 从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素得微生物，经过分离、选育与纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱（- 1 90C?-19 6C ）内保存。所谓冷冻干燥就是用脱脂牛奶或葡萄糖液等与抱子混在一起,经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。如条件不足时，则沿用砂土管在 0C冰箱内保存得老方法，但如需长期保存时不宜用此法、一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化,故必须经常进行菌种选育与纯化以提高其生产能力。 二、抱子制备 生产用得菌株须经纯化与生产能力得检验，若符合规定，才能用来制备种子。制备抱子时，将保藏得处于休眠状态得抱子，通过严格得无菌手续，将其接种到经灭菌过得固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上,这样培养出来得抱子数量还就是有限得。为获得更多数量得抱子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基（如小米、大米、玉米粒或麸皮）上扩大培养。 三、种子制备 其目得就是使抱子发芽、繁殖以获得足够数量得菌丝，并接种到发酵 罐中,种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养、或直接将抱子接入种子罐后逐级放大培养、种子扩大培养级数得多少，决定于菌种得性质、生产规模得大小与生产工艺得特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养就是在锥形瓶内装入一定数量得液体培养基，灭菌后以无菌操作接入抱子，放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时，在接种前有关设备与培养基都必须经过灭菌。接种材料为抱子悬浮液或来自摇瓶得菌丝，以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定、如用菌丝,接种量一般相当于0、1% —2% （接种量得%, 系对种子罐内得培养基而言，下同）。从一级种子罐接入 二级种子罐接种量一般为5% -20%,培养温度一般在25- 3 0C。如菌种系细菌,则在32 —37C培养。在罐内培养过程中,需要搅拌与通入无菌空气。控制罐温、罐压,并定时取样作无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位与进行生化分析等，并观察无杂菌情况。种子质量如合格方可移种到发酵罐中。
抗生素发酵工艺
一、名词解释 1、分批发酵：在发酵中，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气 进入和尾气排出外，与外部没有物料交换。 2、补料分批发酵：又称半连续发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统不 加一定物料的培养技术。 3、前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到 产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。 4、接种量：移入种子的体积 接种量＝————————— 接种后培养液的体积 5、次级代谢产物：是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些 对微生物的生命活动无明确功能的物质过程，这一过程的产物，即为次级代谢产物。 6、实罐灭菌：实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通 入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。 7、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜 面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子。 8、倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。 二、填空题 1、微生物发酵培养（过程）方法主要有分批培养、补料分批培养、连续培养、半连续培养四种。 2、发酵过程工艺控制的只要化学参数溶解氧、PH、核酸量等. 3、发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。 4、微生物的培养基根据生产用途只要分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。 5、常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌 6、发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加数率和质量等 7、染菌原因：发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。 8、发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。 9、发酵过程主要分析项目如下：pH、排气氧、排气CO2和呼吸熵、糖含量、氨基氮和氨氮、磷含量、菌浓度和菌形态。 三、填空题 1．一类单细胞有分枝的丝状微生物，以孢子繁殖，分布广泛大多是腐生菌，少数是动植物寄生菌，是抗生素的主要产生菌，2/3以上抗生素由该类菌产生。这类微生物是：C A．细菌B．霉菌
抗生素的发酵生产工艺
抗生素的发酵生产工艺 镇 专业生物科学专业 年级2012级
1抗生素定义（别名：抗细菌剂） 抗细菌药（英语：antibacterial）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。在不引起歧义的情况下，抗细菌药也可简称为“抗菌药”。抗细菌剂与抗生素并不是相同的概念，抗生素实际上仅为抗细菌剂下的一类。抗细菌药除了包括青霉素类、四环素类等抗生素，还包括抗真菌药以及磺胺类、喹诺酮类等药物。 2基本简介 抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代产物或人工合成的类似物。20世纪90年代以后，科学家们将抗生素的围扩大，统称为生物药物素。主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。2011年10月18日，中国卫生部表示，在中国，患者抗生素的使用率达到70%，是欧美国家的两倍，但真正需要使用的不到20%。预防性使用抗生素是典型的滥用抗生素。 3抗生素的分类 糖的衍生物：主要由氨基己糖的衍生物组成。 多肽类抗生素：主要或全部由氨基酸组成，有多肽或蛋白质的某些特性。 多烯类抗生素：分子结构中有多个双键。 大环酯抗生素：由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香酯化合物。 四环类抗生素：都具有四个缩合苯环。
嘌呤类抗生素：都含有嘌呤环。 4抗生素的作用机理 ①阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡。哺乳动物的细胞没有细胞壁，不受这类药物的影响。喹诺酮类抗生素三大不良反 喹诺酮类抗生素三大不良反 ②与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。 ③与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。 ④阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。 5抗生素的发酵生产工艺 （1）制备过程 菌种——孢子制备——种子制备——发酵——发酵液预处理——提取及精制——成品包装 （2）具体介绍 ①菌种 来源于自然界，获得能产生抗生素的微生物，经分离、选育和纯化后即称为菌种。 菌种的保藏：冷冻干燥、超低温冷冻、砂土管、液体石蜡、斜面低温保藏。
抗生素发酵生产自动化可行性研究报告
抗生素发酵生产自动化控制(DCS)工程可行性研究报告 抗生素发酵生产自动化控制(DCS)工程 可行性研究报告 、概述
1 ．项目概况 1.1项目名称：抗生素发酵生产自动化控制（DCS ）工程 1．2 项目承担单位：岳阳中湘 XX 药业集团有限公司 1 . 3 项目负责人： xx 1. 4 项目起止时间： 2001年元月 —2002年6月 1 . 5 项目主管部门：湖南省信息产业厅 1 . 6 项目简要内容及实施目标：利用计算机集散控制技术实现公司 主要抗生素生产车间（包括六、九、十车间共计1495T 红霉素发酵体积） 的发酵自动化控制。 2 .企业概况 2. 1 企业简介 2. 1. 1 企业名称：岳阳中湘 XX 药业集团有限公司 2. 1 . 2 法定代表人： xx 2. 1 . 3 所有制性质：国有独资 2. 1 . 4 隶属关系：中国医药集团总公司下属中国医药工业公司的全 资子公 司 2. 1. 5企业地址：湖南省岳阳市xx 山一号 2．3．10 税后利润总额： 1605 万元 2. 2 人员情况 2. 2. 1 职工总数： 2053人 2. 2. 2 工程技术人员： 605人 其中 高级职称： 11人 中级职称： 175 人 初级职称： 419 人 2. 2. 3 计算机、自控及相关专业人数： 2. 3 企业资产信用状况 2. 3. 1 资产总额： 42386 万元 2. 3. 2 固定资产原值： 29248 万元 2. 3. 3 固定资产净值： 22368 万元 2. 3. 4 流动资产： 17405 万元 2. 3. 5 负债总额： 31726 万元 2. 3. 6 流动负债： 12584 万元 2. 3. 7 所有者权益总额： 10659 万元 2. 3. 8 收入总额： 25628 万元 2. 3. 9 主要营业收入： 25628 万元 28人
发酵过程控制
发酵过程控制和优化技术的有关知识 发酵的生产水平高低除了取决于生产菌种本身的性能外，还要受到发酵条件、工艺的影响。只有深入了解生产菌种在生长和合成产物的过程中的代谢和调控机制以及可能的代谢途径，弄清生产菌种对环境条件的要求，掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，有效控制各种工艺条件和参数，使生产菌种始终处于生长和产物合成的优化环境中，从而最大限度地发挥生产菌种的生产能力，取得最大的经济效益。 一．发酵过程进行优化控制的意义 随着生物和基因工程技术在各工业行业中的应用，发酵产品生产规模和品种不断增加，对发酵过程进行控制和优化也显得越来越重要。作为发酵中游技术的发酵过程控制和优化技术，既关系到能否发挥菌种的最大生产能力，又会影响到下游处理的难易程度，在整个发酵过程中是一项承上启下的关键技术。 与物理和化学反应过程不同，生物过程的反应速率比较慢，目的产物的浓度、生产强度、反应物质（底物或基质）向目的产物的转化率也比较底。工业微生物学从两个方面解决上述问题，一方面通过菌种选育和改良获得高产的发酵菌种；另一方面，通过控制培养条件使微生物最大限度地生产目标产物。相对来讲，通过发酵过程控制和优化，将生物过程准确地控制在最优的环境或操作条件下，是提高整体生产水平的一个捷径或者说是一种更容易的方法，其重要性也绝不亚于利用分子生物学和基因工程进行菌种改良的方法。 二．生化过程的特征 与物理和化学反应过程相比，生化反应过程有以下不同特征：①动力学模型高度非线性； ②动力学模型参数的时变性；③除简单的物理和化学状态变量（温度、pH、压力、气体分压、DO外，绝大多数生物状态变量（生物量、营养物浓度、代谢产物浓度、生物活性等）很难在线测量；④过程参数的滞后性，一个生物过程可能涉及成千上万个小的物理和化学反应，其相互间的作用和影响造成了生物过程的响应速率慢。 生物过程的控制和优化还具有以下特点：①不需要太高的控制精度；②各状态变量之间存在一定的连带关系；③由于没有合适的定量的数学模型可循，其控制与优化操作还必须完全依靠操作人员的经验和知识来进行。 三．生物过程控制和优化的目的和研究内容 生物过程控制和优化的目的就是以生物反映工程、发酵工程、生物化学、微生物学等学科的原理和知识为基础，以自动控制理论、过程控制和优化理论、工程数学以及人工智能技术为手段，将目的生物过程控制在最优的操作环境之下，以实现提高生物过程生产水平的目
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下: 菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装 一、菌种 从来源于自然界土壤等,获得能产生抗生素得微生物,经过分离、选育与纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后,以超低温,即在液氮冰箱(-１90℃～-19６℃)内保存。所谓冷冻干燥就是用脱脂牛奶或葡萄糖液等与孢子混在一起,经真空冷冻、升华干燥后,在真空下保存。如条件不足时,则沿用砂土管在0℃冰箱内保存得老方法,但如需长期保存时不宜用此法、一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化,故必须经常进行菌种选育与纯化以提高其生产能力。 二、孢子制备 生产用得菌株须经纯化与生产能力得检验,若符合规定,才能用来制备种子。制备孢子时,将保藏得处于休眠状态得孢子,通过严格得无菌手续,将其接种到经灭菌过得固体斜面培养基上,在一定温度下培养5－7日或7日以上,这样培养出来得孢子数量还就是有限得。为获得更多数量得孢子以供生产需要,必要时可进一步用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩大培养。 三、种子制备 其目得就是使孢子发芽、繁殖以获得足够数量得菌丝,并接种到发酵罐中,种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养、或直接将孢子接入种子罐后逐级放大培养、种子扩大培养级数得多少,决定于菌种得性质、生产规模得大小与生产工艺得特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养就是在锥形瓶内装入一定数量得液体培养基,灭菌后以无菌操作接入孢子,放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时,在接种前有关设备与培养基都必须经过灭菌。接种材料为孢子悬浮液或来自摇瓶得菌丝,以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定、如用菌丝,接种量一般相当于0、1％—2％(接种量得%,系对种子罐内得培养基而言,下同) 。从一级种子罐接入 二级种子罐接种量一般为5％-20%,培养温度一般在25-３0℃。如菌种系细菌,则在3２—37℃培养。在罐内培养过程中,需要搅拌与通入无菌空气。控制罐
发酵过程的工艺控制
第十章发酵过程的工艺控制 ●知识要点和教学要求 （1）、理解微生物发酵的动力学 （2）、掌握补料分批培养 （3）、掌握连续培养 （4）、掌握发酵工艺控制最优化 （5）、掌握温度对发酵过程的影响及其控制 （6）、掌握PH值对发酵过程的影响和控制 （7）、掌握泡沫对发酵过程的影响和控制 ●能力培养要求 通过本章节的学习，学生能理解微生物发酵的分类及温度、PH值、泡沫等对发酵过程的影响和控制。 ●教案内容 10.1 微生物发酵的动力学 一般来说，微生物学的生长和培养方式可以分为分批培养、连续培养和补料分批培养等三种类型。 1. 分批培养 分批培养又称分批发酵，是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。 在分批培养过程中，随着微生长细胞和底物、代谢物的浓度等的不断变化，微生物垢生长可分为停滞期、对数生长期、稳定期和死亡期等四个阶段，图10-1为典型的细胞菌生长曲线。 2. 停滞期 停滞期是微生物细胞适应新环境的过程。
实际上，接种物的生理状态和浓度是停滞期长短的关键。如果接种物处于对数生长期，那么就很有可能不存在停滞期，微生物细胞立即开始生长。反过来，如果接种物本身已经停止生长，那么微生物细胞就需要有更长的停滞期，以适应新的环境。 3. 对数生长期 处于对数生长期的微生物细胞的生长速度大大加快，单位时间内细胞的数目或重量的增加维持恒定，并达到最大值。其生长速度可用数学方程表示： 式中，x---细胞浓度（g/l）；t---培养时间（hr）；---细胞的比生长速度（1/h）。如果当t=0时，细胞的浓度为x0(g/l)，上式积分后就为：于是，用微生物细胞浓度的自然对数对时间作图，就可得到一条直线，该直线的斜率就等于。 微生物的生长有时也可用“倍增时间”(td)来表示，“倍增时间”(td)定义为微生物细胞浓度增加一倍所需要的时间，即： 3. 稳定期 由于细胞的溶解作用，一些新的营养物质，诸如细胞内的一些糖类、蛋白质等被释放出来，又作为细胞的营养物质，从而使存活的细胞继续缓慢地生长，出现通常所称的二次或隐性生长。 4. 死亡期 当发酵过程处惊天动地死亡期时，微生物细胞内所储存的能量已经基本耗尽，细胞开始在自身所含的酶的作用下死亡。 5. 微生物分批培养生长速度的动力学方程
抗生素的发酵生产工艺
抗生素的发酵生产工艺 姓名魏镇 专业生物科学专业 年级 2012级
1抗生素定义（别名：抗细菌剂） 抗细菌药（英语：antibacterial）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。在不引起歧义的情况下，抗细菌药也可简称为“抗菌药”。抗细菌剂与抗生素并不是相同的概念，抗生素实际上仅为抗细菌剂下的一类。抗细菌药除了包括青霉素类、四环素类等抗生素，还包括抗真菌药以及磺胺类、喹诺酮类等药物。 2基本简介 抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代谢产物或人工合成的类似物。20世纪90年代以后，科学家们将抗生素的范围扩大，统称为生物药物素。主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。2011年10月18日，中国卫生部表示，在中国，患者抗生素的使用率达到70%，是欧美国家的两倍，但真正需要使用的不到20%。预防性使用抗生素是典型的滥用抗生素。 3抗生素的分类 糖的衍生物：主要由氨基己糖的衍生物组成。 多肽类抗生素：主要或全部由氨基酸组成，有多肽或蛋白质的某些特性。 多烯类抗生素：分子结构中有多个双键。 大环内酯抗生素：由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香内酯化合物。 四环类抗生素：都具有四个缩合苯环。 嘌呤类抗生素：都含有嘌呤环。 4抗生素的作用机理 ①阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡。哺乳动物的细胞没有细胞壁，不受这类药物的影响。喹诺酮类抗生素三大不良反 喹诺酮类抗生素三大不良反 ②与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，
让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。 ③与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。 ④阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。 5抗生素的发酵生产工艺 （1）制备过程 菌种——孢子制备——种子制备——发酵——发酵液预处理——提取及精制——成品包装 （2）具体介绍 ①菌种 来源于自然界，获得能产生抗生素的微生物，经分离、选育和纯化后即称为菌种。 菌种的保藏：冷冻干燥、超低温冷冻、砂土管、液体石蜡、斜面低温保藏。 ②孢子制备 将保藏的处于休眠状态的孢子，接种至固体斜面培养基，在一定温度下培养5-7或7日以上。 进一步用扁瓶在固体培养基上扩大培养。 ③种子制备 目的使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中。 摇瓶或直接将孢子接入种子罐逐级放大培养。 种子培养定时取样做无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位和进行生化分析。 种子级数 ④培养基的制备 碳源 供给菌种生命活动所需能量，构成菌体细胞及代谢产物 参与抗生素的生物合成
论青霉素类抗生素的发酵生产工艺
论青霉素类抗生素的发酵生产工艺 摘要：青霉素作为当下最普遍、效果较好的抗生素类药物，广泛被大家所接受。我们就抗生素的整体概述，青霉素的生产工艺及其发酵过程中可能出现的问题的解决方法还有宏观的经济考虑向大家进行介绍。让大家能更多一层地了解青霉素——这个为大家广泛所知而又知之胜少的抗生素。 关键词：抗生素，青霉素，发酵工艺。 一、抗生素的概述 抗生素是某些细菌、放线菌、真菌等微生物的次级代谢产物，或用化学方法合成的相同化合物或结构类似物，在低浓度下对各种病原性微生物或肿瘤细胞有强力杀灭作用或有其他药理作用的药物。名称演变：抗生素—抗菌素—抗生素。 作用 它的作用大致有五点：抗细菌感染、治疗肿瘤、抗病原虫、免疫抑制剂、刺激植物生长。 来源 生物合成（发酵）、化学合成（全合成和半合成）降低毒性、减少耐药性、改善生物利用度、扩大抗菌谱、提高治疗效果。 分类 以其化学结构分类：1青霉素类2.头孢菌素类3.磷霉素类4.万古霉素类5.利福霉素类 6.多粘菌素类 7.氨基糖甙类 8.四环素类 9.大环內酯类10.氯胺苯醇类11.林可霉素类 根据抗生素化学结构及作用机理可分为以下几类：1）β-内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有β-内酰胺环。近年来又有较大发展，如硫酶素类、单内酰环类，β-内酰酶抑制剂、甲氧青霉素类等。 2.）氨基糖甙类：包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素、丁胺卡那霉素、新霉 素、核糖霉素、小诺霉素、阿斯霉素等。 3）四环素类：包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素等。 4）氯霉素类：包括氯霉素、甲砜霉素等。 5）大环内脂类：临床常用的有红霉素、白霉素、无味红霉素、乙酰螺旋霉素、麦迪霉素、交沙霉素等。 6）作用于G+细菌的其它抗生素：如林可霉素、氯林可霉素、万古霉素、杆菌肽等。 7）作用于G-菌的其它抗生素：如多粘菌素、磷霉素、卷霉素、环丝氨酸、利福平等。 8）抗真菌抗生素：如灰黄霉素。 9）抗肿瘤抗生素：如丝裂霉素、放线菌素D、博莱霉素、阿霉素等。 10）具有免疫抑制作用的抗生素：如环孢霉素。 三.青霉素类 青霉素类是一类重要的β-内酰胺抗生素。它们可由发酵液提取或半合成制造而得。 （1）青霉素（青霉素G）由发酵液提取。应用其不同的盐，如钠盐、钾盐、普鲁卡因青霉素、苄星青霉素等。 （2）青霉素V 由发酵液提取。 （3）抗葡萄球菌青霉素曾名耐酶青霉素或新青霉素，由半合成制取。具有耐抗金黄色葡萄球菌β-内酰胺酶的能力。常用的有苯唑西林、氯唑西林。尚有双氯西林、氟氯西林等，萘夫西林和甲氧西林（meticillin），即新青霉素Ⅰ号，国内已停产不用。 （4）氨苄西林类由半合成制取。具有抑制某些革兰阴性杆菌的作用，但对假单胞属
抗生素生产工艺样本
宁夏工商职业技术学院 毕业论文 题目: 抗生素的生产工艺 作者: 学号: 系别: 化工工程系 专业: 应用化工技术专业 指导教师: 专业技术职务: 3月 宁夏银川 目录 一、抗生素 1、抗生素的定义 (3) 2、抗生素的发展 (4)
3、抗生素的应用 (4) 4、抗生素的生产工艺 (5) 二、青霉素 1、青霉素的定义 (5) 2、青霉素菌种 (6) 3、青霉素培养基 (6) 4、青霉素发酵件控制 (7) 5、青霉素的分离和纯化 (7) 6、青霉素工艺控制要点 (8) 讨论 (8) 结论 (9) 致谢 (11) 参考文献 (12) 抗生素的生产工艺 摘要: 发酵工程药物中最主要的就是抗生素, 抗生素是临床上日常应用量最大的抗感染药物、它是生物, 包括微生物、植物和动物在内, 在其生命活动过程中所产生的, 能在低微浓度下有选择地抑制或影响她种生物功能的有机物质。 【关键词】抗生素, 青霉素, 生产工艺 引入 : 抗生素是生物体在生命活动中产生的一种次级代谢产物。当前人们在生物体内发现的6000 多种抗生素中, 约60%来自放线菌, 抗生素主要用微生物发酵法生产, 少数抗生素也可用化学方法合成, 人们还对天然得到的
抗生素进行生化或化学方法改造, 使其具有更优越的性能。抗生素不但广泛用于临床医疗, 而且已经用于农业、畜牧及环保等领域中。青霉素是最早发现并用于临床的一种抗生素, 1928 年为英国人弗莱明发现, 40 年代投入工业生 产, 在 二战期间马上大显身手, 它能有效控制伤口的细菌感染, 挽救了数百万战争中受伤者的性命。 一、抗生素 ( 一) 抗生素的定义 抗生素又称抗菌素, 指某些微生物在代谢过程中所产生的, 对于其它微生物具有抑制生长或杀灭作用的化学物质, 是制药工业中一类重要原料药。某些抗生素对一部分较大的滤过性病毒也有抑制作用; 或有刺激动植物生长的作用; 或具有抗恶性肿瘤、抗辐射等作用。有些天然抗生素, 经用化学方法进行分子结构改造后, 可得到疗效更高的半合成抗生素。少数天然抗生素可用化学方法进行大量生产, 成为合成抗生素。 ( 二) 抗生素的发展 最早具有临床实用价值的抗生素是 1928 年英国细菌学家 A.弗莱明发现的青霉素, 是由点青霉菌或产黄青霉菌产生。1944 年, 俄国出生的S.A.瓦克斯曼发现了由灰色链霉菌产生的链霉素。1946～1956 年先后从土壤中寻找到由放线菌产生的氯霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素、红霉素及丝裂霉素 C 等。60～70 年代,半合成抗生素迅速发展,获得了具有显著疗效的新型抗生素,如半合成青霉素和头孢菌素类, 具有耐青霉素酶、耐酸和抗菌谱广等特点, 为抗生素的临床应用开辟了新的领域。
抗生素生产工艺学笔记
《抗生素生产工艺学笔记》 绪论 第一章抗生素概述 第一节抗生素是怎样的物质 一、抗生素定义 抗生素是生物在其生命活动过程中所产生的，或经其他方法（生物化学或半合成）衍生的。在低浓度下，具有选择性地抑制或杀灭它种生物机能的一类化学物质。 如青霉素、氯霉素（也可合成）、氨苄青霉素（半合成品）等。 克霉唑：至今还未发现哪种微生物可以合成。所以不能算抗生素，只能算抗菌药。 二、抗生素的形成及其生物学意义 微生物量多，种多，分布广。有共生，有拮抗，有自发突变，有诱发突变。随着抗生素合成机理和微生物遗传学理论的深入研究，目前人们已经了解到抗生素有别于其他（初级）代谢产物。抗生素是次级代谢产物。 次级代谢产物还有生长素（赤霉素），毒素（如黄曲霉素）。这些产物与微生物的生长繁殖无明显的关系，是以基本代谢的中间产物如丙酮酸盐，乙酸盐等作为母体衍生出来的。其结构性质随不同微生物种属而异，因此次级代谢产物很多。 基本代谢产物如蛋白质、脂肪、多糖等物质，直接与微生物的生长繁殖相关。这些物质的构造也因微生物种属不同而异，但产生这些物质的代谢过程基本相似。 在某些放线菌中发现次级代谢产物与染色体外的遗传因子——质粒也有关系。 微生物生产抗生素的原理：控制发酵条件，使抗生素产生菌的代谢向合成抗生素的方向发展，从而有利于抗生素的产生。 三、医用抗生素应具备的条件 1．“差异毒力”大； 2．不易产生耐药性； 3．副作用小（如不产生过敏反应）； 4．具有较好的理化性能，便于提取、精制、贮藏； 5．在人体内应发挥其抗生效能，并不立即遭体内破坏。 6．给药（注射，口服等）后，很快吸收，并分布到被感染的器官或组织。 第二节抗生素发展史 相传2500多年前，我们的祖先就用长在豆腐上的霉菌治疗疥疮等疾病。民间还有地方用发霉的面包，玉蜀黍等来治疗溃疡、肠道感染和化脓性感染等。 1928年Fleming在研究葡萄球菌变异时发现，污染在培养基上的霉菌抑制了细菌的生长。－→点青霉－→青霉素－→难提取－→未引起重视－→1940年代弗洛里（Florey）和钱恩（Chain）重新研究弗来明工作－→1943～45年间，发展成了新的一个工业部门：抗生素发酵工业。 在这期间，1944年Waksman发现了链霉素。随后氯霉素、金霉素、制霉菌素等不断出现。60年代半合成青霉素迅速发展。70年代抗生素品种迅速发展。 50年代各国还致力于农抗的研究，找到了如杀稻瘟素、六瘟素、春日霉素、多氧霉素、有效霉素等。 到现在为止，抗生素品种非常多，有说3万、4万，也有说8万、9万的。但在临床上应用的仅有120～3 50余种。 我国抗生素生产情况。 第三节抗生素的分类 从自然界获得的抗生素已达9000多种，微生物来源就有3000种以上，需进行分类。 一、根据微生物来源分类：
抗生素发酵原理
硫酸双氢链霉素工艺设计 生命科学学院生物工程二班 梁力1109030202 关键词：链霉素生产技术水平发展趋势发酵分离提纯条件控制硫酸双氢链霉素 第 1 章国内外链霉素生产的研究概况 1.1 国外生产及技术水平概况 国外生产链霉素的有近二十个国家的约三十家制药公司。 1.2国内生产及技术水平概况 链霉素是我国较早投入生产的抗生素之一。生产企业曾有十几家，包括杭州药厂，扬州制药厂等。近几年仅剩华北制药厂等五家药厂生产。凭借不断的创新进步和“质量文化”的传承，目前，华北制药厂链霉素年产年产 1200 吨，占亚洲总产量 75%、世界 60%的绝对优势，华胜公司成为目前世界最大的链霉素生产企业，产量居世界第一。 1.2.1 产量及出口量 近十年来，我国链霉素的年产量一直维持在 1000 吨以上，在 1993 年以前国内产量最大的是华北制药厂，年产量在 650 吨左右，其次是大连制药厂和山东济宁抗生素厂，年产量均在 200~250 吨左右。 1.2.2 生产技术水平 国内链霉素生产水平近十年来提高不快。以发酵单位为例，1982 年在 19000~21000u/ml 之间，而 1991 年全国平均水平也仅为 21715u/ml。国内水平最高的是大连制药厂，1991 年发酵单位 22990u/m l，生产指数 0.6982 总收率最高的是华北制药厂，1991 年达 79.55% 1.2.3 产品质量 目前国内所有链霉素生产企业都能达到出口标准，一般认为华北制药广与上海第四制药厂的质量相对较好。链霉素质最方面的共性问题是：成品色级达不到新优级品标准，异常毒性偏高一生物效价偏低、澄明度不符合标准等。 1.3国内外技术水平比较和展望 我国链霉素生产最居世界前列。生产技术指标中，发酵水平与英、美公司比略显落后(英国葛兰素公司发酵单位 30000~40000u/ml，但发酵周期比我国长 1 倍，提炼收率高于葛兰素公司，我国处于领先水平。近几年链霉素工艺技术方面的研究主要有下列几方面： 1.3.1 菌种研究 主要有链霉素产生菌(Streptom—yces grlseus)之质粒研究[17]。已经证明质粒与链霉素的生物合成有关，并提出了该菌株质粒 DNA 复制的初步棋式。另外还有原生质融合，质粒 DNA 转化、DNA 重组的研究等。 1.3.2 发酵工艺研究 链霉素 B(甘露糖链霉素)的抑制，据报道链霉素 B 的生物恬性仅为链霉素的五分之一。一般用培养基中加入氯化钙，天门冬酰胺或者各氨酰胺抑制链霉素 B 的形成。另外也有报道在培养基中加入赖氨酸阻提高链霉素的发酵单位发酵过程的微机控制研究一除对罐温，罐压、pH，糖，氮，溶氧、二氧化碳进行在线数据控制外，有的企业还进行连续脉冲补料的应用研究。 1.3.3 提炼工艺研究 自七十年代至今研究报道甚少。前苏联和东欧国家有一些离子交换动力学等研究文章，如氯化钙复盐一离子交换工艺。我国的工艺比英国葛兰素公司的更为简便，曾有印度公司对我国工艺有兴趣。国内有些厂家在进行高压反渗透膜分离技术应用的研究，据悉可提高提炼总收率 0.95％～1.33％[18]。内压中空纤维膜在链霉素发酵液除菌中的应用也显示了其优