第七章氨基糖苷类抗生素

7.3.2 发酵工艺及控制要点
3.种子罐扩大培养 种子罐培养是用来扩大种子量的。种子罐培养为2～3级， 可根据发酵罐的体积大小和接种量来确定。第一级种子罐
一般采用摇瓶种子接种，2～3级种子罐则是逐级转移，接 种量一般都为10%左右。种子质量对后期发酵的影响甚大 ，因此种子必须符合各项质量要求。故在培养过程中，必 须严格控制好罐温、通气搅拌和泡沫控制，以保证菌丝生 长良好，得到合格的种子。
7.3.2 发酵工艺及控制要点
④中间补料控制 为了延长发酵周期、提高产量，链霉素发酵采用中间补碳 、氮源，通常补加葡萄糖、硫酸铵和氨水，这样还能调节
发酵的pH值。根据耗糖速率，确定补糖次数和补糖量。发 酵各阶段的最适糖浓度，系根据菌种的特性确定，以解除 葡萄糖对甘露糖苷酶的分解阻遏作用，提高链霉素的产量 。放罐残糖浓度最好低于1%，以有利于后续的提取精制。
为限，并采用单菌落传代和新鲜斜面。
4. 定期进行纯化筛选，淘汰低单位的退化菌落。 5. 不断选育出高单位的新菌种，保证稳产高产。
7.3.2 发酵工艺及控制要点
1. 斜面孢子培养 • 将砂土管(或冷冻管)菌种接种到斜面培养基上，经培养后 即得原始斜面。
• 斜面培养基的主要成分有葡萄糖、蛋白胨和豌豆浸汁等， 其中蛋白胨和豌豆浸汁的质量对斜面孢子质量影响很大。 蛋白胨是最关键的原材料，对产孢子数量的影响不容忽视 。豌豆的品种和产地以及培养基的pH值(以中性或偏酸性 为宜)对产孢子质量亦有影响，需特别注意。
值至43～50，并按精制液透光度的不同加入不同量的 活性炭，进行常换树脂处理，再分解为链霉素和伯胺。其反应过程如下：
7.2.2 链霉素主要理化性质
链霉素与羟胺、半胱氨酸和氨脲反应，能生成无活性的衍 生物，其中与羟胺的反应可用于链霉素的无菌试验。其反 应式如下：
7.3 链霉素发酵生产工艺
1 生产菌种
2 发酵工艺及控制要点
7.3.1 生产菌种
1. 菌种采用冷冻干燥法或砂土管法保存。 2. 严格掌握保存生产菌种的条件。 3. 严格控制生产菌落在琼脂斜面上的传代次数，一般以3次
7.4 链霉素的提取和精制
1.发酵液的过滤及预处理 • 发酵终了时，所产生的链霉素，有一部分是与菌丝体相结 合的。用酸、碱或盐做短时间处理后，与菌丝体相结合的
大部分链霉素就能释放出来。
• 根据链霉素的稳定性、解离度和树脂的离解度，选择原滤 液pH值为中性附近，即pH=7左右，既可保证链霉素不受破
坏，又能使链霉素和钠型羧基树脂全部解离，有利于离子 交换。为防止链霉素破坏，温度应适当降低，维持在10℃ 左右。
7.4 链霉素的提取和精制
2.吸附和解吸
7.4 链霉素的提取和精制
7.4 链霉素的提取和精制
3.精制 （1）高交联度树脂精制
7.4 链霉素的提取和精制
精制：
中和：
7.4 链霉素的提取和精制
（2）浓缩和活性炭脱色精制 为了干燥要求，精制液尚需蒸发浓缩。在浓缩之前还要用 活性炭脱色处理。将所得的精制液用硫酸或氢氧化钡调pH
7.氧化和还原反应 （1）直接还原法 （2）电解还原法
（3）化学还原法
还原反应式为：4Str-CHO＋KBH4 ＋4H2O 4Str-CH2OH＋ KOH＋H3BO3
7.2.2 链霉素主要理化性质
8.醛基反应 这种沉淀在水中不易分解，既可同不含醛基链霉胍(杂质1 号)等杂质分开，又可在酸性条件下或用强酸性阳离子交
7.2.2 链霉素主要理化性质
5.链霉素盐类的性质 链霉素是一种有机碱，可以和很多无机酸和有机酸形成盐 类，医疗上使用的是硫酸盐。有些盐类不溶于水，如链霉
素和一些磺酸、羧酸、磷酸酯等形成的盐类，不溶于水， 可溶于有机溶剂中。
7.2.2 链霉素主要理化性质
6.链霉素的降解反应 在链霉素分子中，连接链霉胍和链霉糖之间的苷链要比连 接链霉糖和氨基葡萄糖之间的苷键弱得多。因此在温和的
4.光学性质 各种链霉素盐的分子，均含有许多不对称碳原子，故都具 有旋光性。链霉素硫酸盐的比旋度为［α ］25D=-79(1%水
溶液)，盐酸盐的为［α ］25D=-86.1(1%水溶液)，氯化钙 复盐的为［α ］25D=-76(1%水溶液)，双氢链霉素硫酸 盐的为［α ］25D=885(1%水溶液)。由此可绘制一定范 围的比旋度与链霉素浓度的关系曲线，利用这种关系就能 直接迅速测得链霉素的浓度，该法在工业生产控制上很有 意义。
7.3.2 发酵工艺及控制要点
4.发酵罐培养及控制要点 （1）链霉素的发酵培养基培基 • 培养基主要由葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸铵、玉米浆、磷酸
盐和碳酸钙等所组成。
• 链霉素发酵使用的氮源，为有机氮源和无机氮源。有机氮 源包括黄豆饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、酵母粉和麸质水，其
中以黄豆饼粉为最佳，其他可作为辅助氮源。无机氮源以 硫酸铵和尿素为最常用，氨水既可作为无机氮源使用，又 可用于调节发酵pH值。
7.1.2 氨基糖苷类抗生素的分类
（2）春日糖胺类型
7.1.2 氨基糖苷类抗生素的分类
7.1.2 氨基糖苷类抗生素的分类
（3）福提霉胺类型
7.2 链霉素的结构和理化性质
1 链霉素的结构
2 链霉素主要理化性质
7.2.1 链霉素的结构
链霉素的结构链霉素是含有链霉胍的氨基糖苷类抗生素族 中的主要成员，是由链霉胍、链霉糖、N-甲基-L-葡萄糖 胺构成的糖苷。
酸性条件下，链霉素可水解为链霉胍(streptidine,Ⅰ)及 链霉二糖胺(streptobiosamine，Ⅱ)——链霉糖和氨基 葡萄糖以苷键相连的双糖。其反应为：
7.2.2 链霉素主要理化性质
在稀碱溶液中，链霉素也降解为链霉胍和链霉二糖胺，后 者进一步水解为链霉糖和N甲基-L-葡萄糖胺，而链霉糖 则经分子重排而形成麦芽酚(maltol，Ⅴ)。其反应式如下
7.2.2 链霉素主要理化性质
7.2.2 链霉素主要理化性质
链霉胍在温和碱性条件下，如与Ba(OH)2作用，水解成中 性链霉脲(strepturea，Ⅵ)。链霉胍经6mol/L NaOH溶液 水解后，则生成强碱性物质链霉胺(streptamine,Ⅶ)。其 反应式如下：
7.2.2 链霉素主要理化性质
第七章 氨基糖苷类抗生素
1 概述 2 链霉素的结构和理化性质
3 链霉素发酵生产工艺
4 链霉素的提取和精制
7.1 概述
1 氨基糖苷类抗生素的应用
2 氨基糖苷类抗生素的分类
7.1.1 氨基糖苷类抗生素的应用
1. 具有抗结核杆菌作用的氨基糖苷天然产物：链霉素 (streptomycin)、卡那霉素(kanamycin)。 2. 具有抗绿脓杆菌活性的氨基糖苷天然产物：庆大霉素
(gentamicin)、妥布霉素(tobramycin)、小诺米星 (micronomicin)、西索米星(sisomicin)。半合成品：阿 米卡星(amikacin)、地贝卡星(dibekacin)、异帕米星 (isepamicin)、依替米星(etimicin)、奈替米星 (netilmicin)。
7.2.1 链霉素的结构
链霉素或双氢链霉素的效价标准，系以1μ g链霉素碱为1 个单位。
7.2.2 链霉素主要理化性质
1.物理性质 • 链霉素游离碱为白色粉末。大多数盐类也是白色粉末或结 晶，无臭，味微苦。链霉素分子中有三个碱性基团，其中 两个是链霉胍上的强碱性胍基(pK=11.5)，第三个是葡萄 糖胺上的弱碱性的甲氨基(pK=7.7)。 • 当pH值很高时，链霉素成游离碱(Str)形式；当pH值降低 时，可逐渐电离成一价正离子(Str-H+)、二价正离子 (Str-H2+2)；在中性及酸性溶液中，成为三价正离子 (Str-H3+3)。根据链霉素碱性基团的pK值，已求得在 pH=6.0～14.0范围内的各种形式的链霉素的平衡含量。
7.2.2 链霉素主要理化性质
7.2.2 链霉素主要理化性质
2.稳定性
7.2.2 链霉素主要理化性质
7.2.2 链霉素主要理化性质
双氢链霉素在中性及偏酸性条件下的稳定性与链霉素相似 。因分子没有游离醛基，所以在碱性下比链霉素稳定得多 。
7.2.2 链霉素主要理化性质
3.溶解度
7.2.2 链霉素主要理化性质
7.3.2 发酵工艺及控制要点
（2）链霉素的发酵条件及中间控制要点 ①溶氧的影响及控制
7.3.2 发酵工艺及控制要点
②温度的影响及控制 灰色链霉菌对温度敏感。据报道，Z-38菌株对温度高度敏 感，25℃时发酵单位为10mg/（L·h），27℃时为17.3mg/
（L·h），29℃时为21.1mg/（L·104h），而31℃则为 5.75mg/（L·h）。试验研究表明，链霉素发酵温度以 28.5℃左右为宜。
7.3.2 发酵工艺及控制要点
2.摇瓶种子培养 生产斜面的菌落接种到摇瓶培养基中，经过培养即得摇瓶 种子。种子质量以菌丝的阶段特征、发酵单位、菌丝黏度
或浓度、糖氮代谢、种子液色泽和无杂菌检查为指标。摇 瓶种子(母瓶)可以直接接种子罐，也可以先扩大培养，用 培养所得的子瓶接种。摇瓶种子检查合格后，贮存于冷藏 库内备用，冷藏时间最多不超过7天。摇瓶培养基的成分 为黄豆饼粉、葡萄糖、硫酸铵、碳酸钙等，其中黄豆饼粉 的质量和葡萄糖的用量对种子质量都有影响。葡萄糖用量 多少对菌种的氨氮代谢和菌丝黏度有影响。
7.3.2 发酵工艺及控制要点
③pH值的影响及控制 链霉菌菌丝生长的pH值约为6.5～7.0，而链霉素合成的pH 值约为6.8～7.3，pH值低于6.0或高于7.5，对链霉素的生
物合成都不利。因此很多国家为了准确控制pH值，使用pH 值自动控制装置。这样，可提高发酵单位，又可以减少培 养基中碳酸钙的用量，在发酵液预处理时，还可减少中和 用酸量。
7.1.1 氨基糖苷类抗生素的应用