第八章 抗生素的发酵生产
抗生素的发酵生产
抗生素的发酵生产抗生素的发酵法生产摘要:对马杜霉素，螺旋霉素，农用抗真菌素的发酵生产，确定其最佳的发酵条件，并且对其各自发酵工艺进行比较，深入的了解用发酵法产抗生素的原理及方法。
关键词:马杜霉素螺旋霉素农用抗真菌素发酵生产引言采用发酵工程技术生产医药产品是制药工程的重要部分，其中抗牛素是我国医药生产的大宗产品，随着基因工程技术的进展，基因工程药的比例逐渐增大。
但抗生素在国计民生中所起的作用是能完全替代的。
特别是西方同家出于能源和环保的考虑，转产生产高附加值的药物，留出厂抗生素的市场空间，为我国的抗生素生产发展提供了机遇，作为一个发展中的国家，可以说在相当长时间内，我国抗生素生产在整个医药产品巾仍占很大的比例，因此抗生素类发酵过程优化技术研究对医药行业的生产具有重要的经济和社会意义。
抗生素发酵过程优化研究中主要存在的问题长期以来为提高抗生素发酵水平，把注意力主要放在菌种筛选与改造，或从国外引进菌株。
近年来，随着现代牛物技术的日益发展，尤其是基因工程和代谢1:程技术的发展，已经取得了引入注目的效果，主要有:(1)将生物合成途径中关键酶基因克隆来改良现有抗生素生产菌种;(2)将抗生素生物合成产生副产物的酶基因敲除，以提高产生抗生素的能力;(3)克隆外源基因以改良原菌种的发酵生理特性;(4)克隆外源抗生素合成基因簇来合成新的抗牛素等，但是在通过各种方法得到一个高产菌株后，在实际发酵操作时，往往忽视厂生物反应器中上程问题所必须加以考虑的工艺变化和过程优化。
随后的逐级放大与优化基本上是以最佳工艺控制点为依据，采用人工经验为主的静态操作，在方法上基本以正交试验为基础。
因此，发酵过程优化与放大始终是生化上程中一个复杂问题的两个侧面，人们从不同的角度进行研究。
此外，随着计赞机技术的迅速发展，各抗生素发酵工厂已普遍采用计算机在线控制，主要在补料操作上采用杯式流加技术，基本上满足了抗生素工业发酵生产上所需要的高精度控制补料速率问题，对提高发酵效价起了重要作用。
抗生素发酵生产工艺
抗生素发酵生产工艺抗生素发酵生产工艺抗生素是一类具有杀菌或抑菌作用的药物，对人类和动植物疾病的治疗起到至关重要的作用。
抗生素的生产主要依赖于微生物发酵技术。
在抗生素发酵生产工艺中，常用的微生物包括青霉素、链霉素和阿奇霉素等。
抗生素的发酵过程主要分为菌种体系培养、种母液培养和发酵液培养三个步骤。
首先，我们需要培养菌种体系。
菌种培养一般分为筛选和种植两个步骤。
筛选菌种是为了选出具有高产量和优良品质的菌株，种植菌种是为了通过大规模培养来获取足够的菌量。
筛选菌种的方法主要有传统的混合培养方法和现代的分离培养方法。
种植菌种则需要提供适宜的培养基，包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
菌种体系的培养需要在合适的温度、PH值和搅拌速度下进行，以保证菌株的健康生长。
接下来是种母液培养。
在种母液培养过程中，需要通过喂养和连续培养来提高菌中抗生素的产量。
喂养是指给菌株提供充足的营养物质，通过控制喂养时间和喂养速度来调节菌株的生长速度和抗生素产量。
连续培养是指在一定的培养条件下，通过不断的增加培养基的流速，实现菌株的连续培养和抗生素的连续产量。
种母液培养需要控制好菌株的温度、PH值、搅拌速度和氧气的供应等，以提高抗生素的产量和质量。
最后是发酵液培养。
发酵液培养是将种母液转移到发酵罐中进行大规模培养的过程。
发酵罐除了具备种母液培养的基本要求外，还需要考虑更多的因素，如气体供应、温度控制、搅拌速度和反应器设计等。
发酵液培养的目标是达到最大的菌株数量和抗生素产量。
为了保证抗生素的纯度和稳定性，还需要对发酵液进行适当的提纯和分离。
这样，最终得到的抗生素就可以应用于医药领域，对各种细菌感染进行治疗。
总之，抗生素的发酵生产工艺是一项复杂而关键的过程。
通过合理的菌种培养、种母液培养和发酵液培养，可以获得高产量和优质的抗生素。
随着生物技术的不断发展和进步，抗生素的发酵生产工艺也在不断完善和优化，为人类健康事业做出了重要贡献。
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
严格控制环境卫生、定期灭菌、使用一次性塑料薄膜和胶管、种子 培养物严格筛选等。
控制方法
定期取样检查，一旦发现污染，立即采取措施，如加入抗菌素或重 新灭菌。
发酵异常现象及其处理
1 2
异常现象
菌体生长缓慢、产物形成少、发酵液泡沫多、 pH 值异常等。
处理方法
根据具体情况调整培养条件，如温度、湿度、通 风、pH 值、培养基组成和浓度等。
提取
发酵结束后，通过离心、过滤等方法将菌体与发酵液分离， 得到粗制抗生素。
精制
通过重结晶、萃取、吸附等方法进一步纯化抗生素，提高其 纯度和结晶收率。
03
发酵工程中抗生素发酵的工艺 优化
菌种选育与改良
菌种选育
通过自然突变、诱变、基因重组等技 术，筛选具有高产抗生素特性的菌株 ，提高抗生素产量。
菌种改良
特性
具有高度选择性，对不同微生物的作 用效果不同；对细胞的生长和分化具 有调节作用；通常对敏感菌具有杀菌 作用，对耐药菌无效。
抗生素的种类与用途
种类
β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类、林可胺类、糖 肽类、噁唑烷酮类、磺胺类等。
用途
治疗各种由细菌引起的感染性疾病，如肺炎、肠道感染、尿路感染等；预防细 菌感染；用于食品和农业中的防腐和保鲜。
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抗生素发酵生产的历史与现状
历史
自20世纪40年代青霉素的发现以来，抗生素的研发和应用经历了60多年的发展历程。目前，抗生素已成为医疗 、食品和农业领域中不可或缺的重要物质。
现状
随着抗生素的广泛应用，耐药菌株的出现和传播已成为全球性的问题。因此，新型抗生素的研发和生产技术不断 改进，以应对日益严重的耐药性问题。同时，各国政府和国际组织也在加强抗生素使用的监管和管理，以减少不 必要的抗生素使用和防止耐药性的传播。
抗生素的发酵生产工艺.doc
抗生素的发酵生产工艺.doc抗生素是一类广泛应用于医疗和兽医领域的药物，用于预防或治疗细菌感染。
不同的抗生素有不同的化学结构，生产抗生素的方法也因此各不相同。
本文将重点介绍抗生素的发酵生产工艺。
一、抗生素发酵生产的基本流程1. 培养菌抗生素的生产主要依靠微生物，因此首先需要筛选出具有生产该抗生素能力的微生物。
筛选后的微生物将在培养基上进行大规模培养，以提供充足的细胞质和代谢产物。
2. 发酵过程发酵是抗生素生产的关键步骤。
一般采用批量、半连续和全连续三种发酵方式。
其中，批量发酵是最常用的方式。
批量发酵流程如下：①铺面：将培养基注入发酵罐中，通入空气以增氧。
②接种：将筛选得到的微生物接入发酵罐中。
③培养：培养12-24小时，以形成菌体。
④产生抗生素：开始产生目标抗生素，持续时间一般为3-5天。
⑤收获：收获抗生素后，将生产产物进行提纯和精制，以达到合格的药品标准。
1. 青霉素青霉素是一类广泛使用的β内酰胺类抗生素，由链霉素产生的放线菌筛选出，其发酵生产工艺如下：铺面罐：加入甜菜汁、植物硝酸盐和钙磷酸盐等培养基组分，保持pH值的恒定，通入空气以增氧。
发酵罐：将铺面罐的培养液移入发酵罐中，加入接菌液（含有链霉素菌丝的液态培养基），在恒温、恒湿的条件下进行底层搅拌式发酵，温度控制在18℃左右。
霉素沉积罐：将发酵获得的青霉素经过分离和提取，再通过沉淀、烘干、加工等步骤，得到制剂。
培养基：加入淀粉、麦芽粉、氨基酸等营养物质，以提供菌体生长所需的能量和物质。
分离纯化：通过分离、沉淀、过滤、萃取等多种方法，得到纯净的链霉素制剂。
3. 山梨酸钙山梨酸钙是一种广泛使用的防腐剂和保鲜剂，由发酵的亚铁酸菌（Gluconobacter oxydans）产生，其生产工艺如下：基础培养液：加入铵盐、硫酸铵、硫酸亚铁等组分，以满足微生物的基础营养需求。
预处理：将亚铁酸菌接入培养基中，培养24小时，产生菌体。
发酵罐：将预处理得到的菌体接种发酵罐中，发酵温度控制在30℃左右。
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
通过结晶、离子交换、色谱分离等手段，对提取液进行进一步纯化 ，提高抗生素的纯度和质量。
干燥与包装
将抗生素粉末或结晶进行干燥处理，并进行包装，以便于运输和使 用。
发酵过程控制技术
发酵过程监控
01
通过实时监测发酵过程中的关键指标（如菌体生长、代谢产物
浓度等），确保发酵过程的顺利进行。
自动化控制
02
严格管理抗生素使用
加强抗生素使用的管理和监管，减少不必要的抗生素使用和防止耐药 菌株的传播。
06
典型抗生素发酵生产案例 分析
链霉素的发酵生产技术
01
02
03
04
链霉素是一种由链霉菌产生的 抗生素，通过发酵工程进行生
产。
链霉菌的菌种选育是链霉素发 酵生产的关键步骤，通常采用
诱变育种等方法。
发酵条件对链霉素的生产有重 要影响，包括温度、pH值、
。
03
抗生素发酵生产关键技术
菌种选育与改良技术
自然选育
利用自然环境中的微生物资源， 通过自发突变和筛选获得具有优
良性状的菌株。
诱变育种
利用物理、化学等方法诱发微生 物发生突变，再通过筛选和繁殖
获得所需菌株。
基因工程育种
通过基因重组和转基因技术，对 微生物进行遗传改良，提高其产
量和抗菌活性。
发酵条件优化技术
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抗生素定义
抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌等）或高等动植物在生活过程中 所产生的具有抗病原体或其他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。
抗生素分类
抗生素按化学结构可分为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、肽类抗生素 。
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..四、培养基的配制在抗生素发酵生产中;由于各菌种的生理生化特性不一样;采用的工艺不同;所需的培养基组成亦各异..即使同一菌种;在种子培养阶段和不同发酵时期;其营养要求也不完全一样..因此需根据其不同要求来选用培养基的成分与配比..其主要成分包括碳源、氮源、无机盐类包括微量元素和前体等..1碳源主要用以供给菌种生命活动所需的能量;构成菌体细胞及代谢产物..有的碳源还参与抗生素的生物合成;是培养基中主要组成之一;常用碳源包括淀粉、葡萄糖和油脂类..对有的品种;为节约成本也可用玉米粉作碳源以代淀粉..使用葡萄糖时;在必要时采用流加工艺;以有利于提高产量..油脂类往往还兼用作消沫剂..个别的抗生素发酵中也有用麦芽糖、乳糖或有机酸等作碳源的..2氮源主要用以构成菌体细胞物质包括氨基酸、蛋白质、核酸和含氮代谢物;亦包括用以生物合成含氮抗生素..氮源可分成两类：有机氮源和无机氮源..有机氮源中包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉它如果经精制以去除其中的棉酚后称phamamedia..玉米浆、蛋白胨、尿素、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉和菌丝体等..无机氮源中包括氨水氨水既作为氮源;也用以调节pH;硫酸铵、硝酸盐和磷酸氢二氨等..在含有机氮源的培养基中菌丝生长速度较快;菌丝量也较多..3无机盐和微量元素抗生素产生菌和其他微生物一样;在生长、繁殖和产生生物产品的过程中;需要某些无机盐类和微量元素..如硫、磷、镁、铁、钾、钠、锌、铜、钴、锰等;其浓度与菌种的生理活性有一定影响..因此;应选择合适的配比和浓度..此外;在发酵过程中可加入碳酸钙作为缓冲剂以调节pH..4前体在抗生素生物合成中;菌体利用它以构成抗生素分子中的一部分而其本身又没有显着改变的物质;称为前体precursor..前体除直接参与抗生素生物合成外;在一定条件下还控制菌体合成抗生素的方向并增加抗生素的产量..如苯乙酸成苯乙酰胺可用作为青霉素发酵的前体..丙醇或丙酸可作为红毒素发酵的前体..前体的加入量应当适度..如过量则往往前体有毒性;并增加了生产成本..如不足;则发酵单位降低..此外;有时还需要加入某种促进剂或抑制剂;如在四环素发酵中加入M-促进剂和抑制剂溴化钠;以抑制金霉索的生物合成并增加四环素的产量..5培养基的质量培养基的质量应予严格控制;以保证发酵水平;可以通过化学分析;并在必要时作摇瓶试验以控制其质量..培养基的储存条件对培养基质量的影响应予注意..此外;如果在培养基灭菌过程中温度过高、受热时间过长亦能引起培养基成分的降解或变质..培养基在配制时的调节其pH亦要严格按规程执行..五、发酵见手机电子书发酵过程的目的是使微生物大量分泌抗生素..在发酵开始前;有关设备和培养基也必须先经过灭菌后再接入种子..接种量一般为10%或10%以上;发酵期视抗生素品种和发酵工艺而定;在整个发酵过程中;需不断通无菌空气和搅拌;以维持一定罐压或溶氧;在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定罐温..此外;还要加入消沫剂以控制泡沫;必要时还加入酸、碱以调节发酵液的PH..对有的品种在发酵过程中还需加入葡萄糖、铵盐或前体;以促进抗生素的产生..对其中一些主要发酵参数可以用电子计算机进行反馈控制..在发酵期间每隔一定时间应取样进行生化分析、镜检和无菌试验..分析或控制的参数有菌丝形态和浓度、残糖量、氨基氮、抗生素含量、溶解氧、pH、通气量、搅拌转速和液面控制等..其中有些项目可以通过在线控制..在线即online;指不需取样而直接在罐内测定;然后予以控制..六、发酵液的过滤和预处理发酵液的过滤和预处理其目的不仅在于分离菌丝;还需将一些杂质除去..尽管对多数抗生素品种在生产过程中;当发酵结束时;抗生素存在于发酵液中;但也有个别品种当发酵结束时抗生素大量残存在菌丝之中;在此情况下;发酵液的预处理应当包括使抗生素从菌丝中析出;使其转入发酵液..1发酵液的预处理发酵液中的杂质如高价无机离子Ca+2、Mg+2、Fe+3和蛋白质在离子交换的过程中对提炼影响甚大;不利于树脂对抗生素的吸附..如用溶媒萃取法提炼时;蛋白质的存在会产出乳化;用溶媒和水相分层困难..对高价离子的去除;可采用草酸或磷酸..如加草酸则它与钙离子生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固以提高发酵滤液的质量..如加磷酸或磷酸盐;则既能降低钙离子浓度;也易于去处镁离子..Na5P3O10+Mg2+=MgNa3P3O10+Na+如加黄血盐及硫酸锌;则前者有利于去除铁离子;后者有利于凝固蛋白质..此外;这二者还有协同作用..它们所产生的复盐对蛋白质有吸附作用..2K4FeCN6+3ZnSO4→K2Zn3FeCN62↓+3K2SO4某些对热稳定的抗生素发酵液还可用加热法..使蛋白质变性而降低其溶解度..蛋白质从有规律的排列变成不规则结构的过程称为变性..加热还能使发酵液粘度降低、加快滤速..例如在链霉素生产中就可用加入草酸或磷酸将发酵液调至pH3.0左右;加热至70℃;维持约半小时;用此方法来去除蛋白质;这样滤速可增大10—100倍..滤液粘度可降低至1/6..如抗生素对热不稳定;则不应采用此法..为了更有效地去除发酵液中的蛋白质;还可以加入絮凝剂..它是一种能溶于水的高分子化合物..含有很多离子化基团;如一NH2—COOH;—OH等..如上所述;胶体粒子的稳定性和它所带电荷有关..由于同性电荷间的静电斥力而使胶体粒子不发生凝聚..絮凝剂分子中电荷密度很高;它的加入使胶体溶液电荷性质改变从而使溶液中蛋白质絮凝..对絮凝剂的化学结构一般有下列几种要求：1其分子中必须有相当多的活性基团;能和悬浮颗粒表面相结合..2必须具有长链线性结构;但其相对分子质量分子量不能超过一定限度;以使其有较好的溶解度..在发酵滤液中多数胶体粒子带负电荷;因而用阳离子絮凝剂功效较高..例如可用含有季胺基团的聚苯乙烯衍生物;分子量在26000—55000范围内..加入絮凝剂后析出的杂质再经过滤除去;以利于以后的提取..2发酵液的过滤发酵液为非牛顿型液体、很难过滤..过滤的难易与发酵培养基和工艺条件;以及是否染菌等因素有关..过滤如用板框压滤则劳动强度大;影响卫生;菌丝流入下水道时还影响污水处理..故以选用鼓式真空过滤机为宜;并在必要时在转鼓表层涂以助滤剂硅藻土..当转数旋转时;以刮刀将助滤剂连同菌体薄薄刮去一层;以使过滤面不断更新..七、抗生素的提取提取时目的是在于从发酵液中制取高纯度的符合药典规定的抗生素成品..在发酵滤液中抗生素浓度很低;而杂质的浓度相对地较高..杂质中有无机盐、残糖、脂肪、各种蛋白质及其降解物、色素、热原质、或有毒性物质等..此外;还可能有一些杂质其性质和抗生素很相似;这就增加了提取和精制的困难..由于多数抗生素不很稳定;且发酵液易被污染;故整个提取过程要求：1时间短；2温度低；3pH宜选择对抗生素较稳定的范围；4勤清洗消毒包括厂房、设备、管路并注意消灭死角..常用的抗生素提取方法包括有溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法等..今分述如下：1溶媒萃取法这是利用抗生素在不同pH条件下以不同的化学状态游离酸、碱或成盐存在时;在水及与水互不相溶的溶媒中其溶解度不同的特性;使抗生素从一种液相如发酵滤液转移到另一种液相如有机溶媒中去;以达到浓缩和提纯的目的..利用此原理就可藉助于调节pH的办法使抗生素从一个液相中被提取到另一液相中去..所选用的溶媒与水应是互不相溶或仅很小部分互溶;同时所选溶媒在一定的pH下对于抗生素应有较大的溶解度和选择性;方能用较少量的溶媒使提取完全;并在一定程度上分离掉杂质..目前一些重要的抗生素;如青霉素、红霉素和林可霉素等均采用此法进行提取..2离子交换法这是利用某些抗生素能解离为阳离子或阴离子的特性;使其与离子交换树脂进行交换;将抗生素吸附在树脂上;然后再以适当的条件将抗生素从树脂上洗脱下来;以达到浓缩和提纯的目的..应选用对抗生素有特殊选择性的树脂;使抗生素的纯度超过离子交换有较大的提高..由于此法具有成本低、设备简单、操作方便;已成为提取抗生素的重要方法之一..如链霉菌素、庆大霉素、卡那霉素、多粘菌素等均可采用离子交换法..此法也有其缺点;如生产周期长;对某些产品质量不够理想..此外;在生产过程中PH变化较大;放不适用于在PH大幅度变化时;稳定性较差的抗生素等..3．吸附法利用各种吸附剂如活性炭、大孔树脂等吸附培养中的活性物质;而后用适宜的有机溶剂如甲醇、丙酮或它们的水溶液从吸附剂上洗脱活性物质..必要时可加入稀酸或稀氨水帮助洗脱..4．直接沉淀法有些活性物质如四环素可从培养液中借助pH的调节而沉淀下来；有的也可借加入与水相溶的有机溶剂如丙酮而沉淀；还有的可借加入某种离子与活性物质形成复合物而沉淀;例如四环类抗生素与尿素形成的复合物沉淀..该法是提取抗生素的方法中最简单的一种..应适当简化..如直接沉淀法就是提取抗生素的方法中最简单的一种..例如四环类抗生素的提取即可用此法..发酵液在用草酸酸化后;加黄血盐、硫酸锌;过滤后得滤液;然后以脱色树脂脱色后;直接将其PH调至等电点后使其游离碱折出..必要时将此碱转化成盐酸盐..八、抗生素的精制这是抗生素生产最后工序..对产品进行精制、烘干和包装的阶段要符合“药品生产管理规范..即GMP的规定..例如其中规定产品质量检验应合格、技术文件应齐全、生产和检验人员应具有一定素质；设备材质不应能与药品起反应、并易清洗;空调应按规定的级别要求;各项原始记录、批报和留样应妥为保存;对注射品应严格按无菌操作的要求等..下面对抗生素精制中可选用的步骤分述如下：A脱色和去热原质脱色和去热原质是精制注射用抗生素中不可缺少的一步..它关系到成品的色级及热原试验等质量指标..色素往往是在发酵过程中所产生的代谢产物;它与菌种和发酵条件有关..热原质是在生产过程中由于被污染后由杂菌所产生的一种内毒素..各种杂菌所产生的热原反应有所不同..革兰氏阴性菌产生的热原反应一般比革兰氏阳性菌的为强..热原注入体内引起恶寒;严重的引起..它是多糖磷类脂质和蛋白质的结合体;为大分子有机物质;能溶于水..在280℃加热4h它能被破坏90%；180—200℃加热半小时或150℃加热2h能被彻底破坏..它亦能被强酸、强碱、氧化剂如高锰酸酸钾等破坏..它能通过一般滤器;但能被活性炭、石棉滤材等所吸附..生产中常用活性炭脱色去除热原;但须注意脱色时pH;温度、炭用量及脱色时间等因素;还应考虑它对抗生素的吸附问题;否则能影此外;也可用脱色树脂去除色素如酚醛树指;即122树脂..对某些产品可用超微过滤办法去除热源;此外还应加强在生产过程中的环境卫生以防止热原..响收率..B结品和重结晶抗生素精制常用此法来制得高纯度成品..常用的几种结晶方法如下：1改变温度结晶利用抗生素在溶剂中的溶解度随温度变化而显着变化的这一特性来进行结晶..例如制霉菌素的浓缩液在5℃条件下保持4—6h后即结晶完全..分离掉母液、洗涤、干燥、磨粉后即得到制霉菌素成品..2利用等电点结晶当将某一抗生素溶液的pH调到等电点时;它在水溶液中溶解度最小;则沉淀析出..如6—氨基青霉烷酸6—APA水溶液当PH调至等电点4.3时;6-APA即从水溶液中沉淀析出..3加成盐剂结晶在抗生素溶液中加成盐剂酸、碱或盐类使抗生素以盐的形式从溶液中沉淀结品..例如在青霉素G或头孢菌素C的浓缩浓中加入醋酸钾、即生成钾盐析出..4加入不同溶剂结晶利用抗生素在不同溶剂中溶解度大小的不同;在抗生素某一溶剂的溶液中加入另一溶剂使抗生素析出..如巴龙霉素具有易溶于水而不溶于乙醇的性质..在其浓缩液中加入10—12倍体积的95%乙醇;并调PH至7.2—7.3使其结晶析出..重结晶是进一步精制以获高纯度抗生素的有效方法．C其他精制方法其他精制方法包括：1共沸蒸馏法如青霉素可用丁醇或醋酸丁酯以共沸蒸馏进行精制..2柱层析法如丝裂霉素A、B、C三种组分可以通过氧化铝层析来分离..3盐析法如在头孢噻吩水溶液中加入氯化钠使其饱和;其粗晶即被析出后进一步精制..4中间盐转移法如四环素碱与尿素能形成复盐沉淀后再将其分解;使四环素碱析出..用此独以除去4-差向四环素等异物;以提高四环素质量和纯度;又如红霉素能与草酸或乳酸盐或复盐沉淀等..5分子筛如青霉素粗品中常含聚合物等高分子杂质;可用葡聚糖凝胶G—25粒度20—80μm将杂质分离掉..此法仅用于小试验..。
抗生素发酵生产工艺
抗生素发酵生产工艺1. 引言抗生素是一类具有抑制或杀死细菌生长的药物，广泛用于医疗领域。
而抗生素的生产则主要通过发酵过程来实现。
本文将介绍抗生素发酵生产的工艺流程及相关要点。
2. 抗生素发酵生产工艺流程抗生素的发酵生产流程一般包括以下几个关键步骤：2.1. 选材与接种抗生素发酵的起点是菌种的选取与接种。
通常选用的是具有产生目标抗生素能力的细菌或真菌菌种。
接种时应注意保持菌种的纯度，并选择合适的培养基进行预培养。
2.2. 发酵罐配置与预处理发酵罐是抗生素生产的核心设备之一，其配置应根据具体抗生素的特性和工艺要求进行选择。
常见的发酵罐包括摇床发酵罐和搅拌发酵罐。
在进一步发酵前，需要进行罐体消毒和培养基的预处理工作。
2.3. 发酵过程控制发酵过程中，需要对发酵罐中的培养基进行控制和调节，以满足微生物的生长和抗生素的产生需求。
常见的控制参数包括pH值、温度、氧气供应和搅拌速度等。
此外，还需监测微生物的生长和抗生素的产量。
2.4. 抗生素提取与纯化发酵结束后，需要进行抗生素的提取与纯化工作。
常见的提取方法包括有机溶剂法和固相萃取法。
提取后的抗生素需经过一系列工艺步骤，如浓缩、结晶和干燥等，以获得高纯度的抗生素产品。
3. 抗生素发酵生产工艺的关键要点3.1. 培养基配方和优化培养基的配方直接影响着菌种的生长和抗生素的产生。
在选择培养基成分时，需根据目标抗生素的特性和菌种的需求进行优化。
常见的成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
3.2. 发酵过程参数的控制与调节发酵过程中的参数控制对于抗生素的产量和品质具有重要影响。
pH值、温度、氧气供应和搅拌速度是常见的控制参数，需要根据具体菌种和抗生素的特性进行合理的调节和控制。
3.3. 发酵罐的选择与配置发酵罐的选择与配置应根据抗生素的需求和工艺要求进行。
摇床发酵罐适用于部分产生低分子量抗生素的菌种，而搅拌发酵罐适用于大规模生产。
同时，罐体的材质、内部结构和附件设置也需要考虑。
抗生素发酵生产技术
抗生素发酵生产技术引言抗生素作为一类重要的药物，在医疗领域起到了不可替代的作用。
它们能有效地抑制或杀死病原微生物，帮助人们治疗疾病。
抗生素的发酵生产技术在制药工业中占据重要地位，本文将详细介绍抗生素发酵生产技术的原理、过程和优化方法。
1. 抗生素发酵生产技术的原理抗生素的发酵生产技术是利用微生物代谢产物来合成药物的过程。
一般来说，抗生素是由细菌、真菌或放线菌等微生物通过发酵过程产生的，因此发酵生产技术对于抗生素的制备至关重要。
发酵生产技术的原理基于微生物的代谢特性。
在特定的培养基条件下，微生物可以通过代谢过程合成并分泌抗生素。
这些培养基通常包含碳源、氮源、矿物质和其他必需的营养物质。
通过控制培养基的成分和条件，可以调节微生物的代谢途径，从而提高抗生素的产量和纯度。
2. 抗生素发酵生产技术的过程抗生素发酵生产技术一般包括以下几个主要步骤：2.1 微生物的选育和培养首先需要选育和培养产生特定抗生素的微生物菌株。
一般来说，这些菌株需要具备以下特点：能够产生目标抗生素、生长速度快、代谢产物稳定等。
选育好的菌株需要在实验室中进行预培养，并通过稳定的培养条件进行扩大培养。
2.2 培养基的制备培养基的制备是抗生素发酵过程中的关键环节。
常见的培养基包括液体培养基和固体培养基。
液体培养基适用于大规模发酵生产，而固体培养基适用于筛选产生抗生素菌株。
制备培养基时，需要根据微生物的特点和需求选择合适的配方，并进行消毒处理。
2.3 发酵过程控制发酵过程控制是抗生素发酵生产技术的关键步骤之一。
通过调节发酵罐的温度、pH值、通气速率等条件，可以促进微生物的生长和抗生素的产生。
此外，需要对发酵过程进行监测和控制，确保微生物菌株的稳定生长和抗生素的高产。
2.4 分离和提取经过一段时间的发酵，微生物将产生大量抗生素。
分离和提取是将抗生素从发酵液中分离出来的过程。
常用的分离和提取方法包括离心、过滤、萃取等。
分离和提取的目的是提高抗生素的纯度和收率，为后续的药物制备和质量控制提供有力支持。
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大环内酯类——红霉素 氨基糖苷类——链霉素 四环类——土霉素 分类 多肽类——杆菌肽 多烯类——制霉菌素 苯烃基胺类——氯霉素
干扰细胞壁的合成 抑制蛋白质合成 抗菌机理 改变细胞膜的通透性 抑制核酸合成 作用于能量代谢系统
蒽环类——阿霉素
环桥类——利福霉素
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第一节 抗生素发酵生产的一般概况
六十多年来，全世界近180个国家中，约有40个国家开展抗 生素筛选的科研工作。到目前为止，人们从自然界发现和分离 的抗生素已有九千余种，并以其中一些主要抗生素(如青霉素、 头孢菌素、四环类抗生素、氨基糖苷类抗生素等)为原料，进行 化学结构改造，先后制备了近十万种半合成抗生素。目前世界 各国实际生产和应用的抗生素约有百余种，连同各种半合成衍 生物及盐类共四百种左右。
第八章 抗生素的发酵生产
本章要点： 掌握抗生素的抗菌性能； 掌握抗生素的剂量表示法； 掌握抗生素的工业生产特点 掌握青霉素发酵工艺过程控制； 明确青霉素的提取方法及精制。
作业：什么是抗生素、效价单位、热源？ 青霉素发酵工艺过程控制要点？
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菌体自溶期:菌体衰老自溶,青霉素分泌停滞,pH上升。
青霉素——次级代谢产物（代谢途径不清）
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第二节 青霉素的发酵生产
二、培养基
碳源：最适乳糖，主要使用淀粉水解糖 氮源：最适玉米浆，主要使用花生饼粉、尿素等 前体：苯乙酰胺和苯乙酸 无机盐：S、P、Ca、Mg、K、Fe
培养基中各组分质量的稳定性是获得连续、高产的关键； 青霉素的生产应定品种、定产地、定加工方法、定贮存条件、 定统一质量标准
第二节 青霉素的发酵生产
三、发酵工艺及过程
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第二节 青霉素的发酵生产
目前青霉素发酵工艺控制（分批补料）主要有以下几个方面： ①碳源控制（加糖）：依据残糖量、发酵过程的pH及菌丝形
除菌：过滤除菌
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第八章 抗生素的发酵生产
三、青霉素（抗生素）成品质量检验
质量检验项目
外观形状
酸碱性 水分 比旋光度 杂质吸收度 安全试验 热源试验 无菌试验 效价测定
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第八章 抗生素的发酵生产
5、抗生素的剂量表示法 ——效价单位（IU、U)
单位体积（mL)或单位质量（mg)制剂中所含某种抗 生素的有效成分的多少称之为抗生素的效价单位。效 价单位是衡量抗生素有效成分的尺度，也是衡量其抗 菌性能的标志。
第二节 青霉素的发酵生产
⑤通气与搅拌：青霉素深层发酵培养需通入一定量的空气，并 不断搅拌以保证溶解氧的浓度。
⑥泡沫与消泡:消泡剂、植物油、聚醚树脂类消泡剂。
染菌及异常情况处理。若发酵罐前期柒菌或种子带菌，一 般 可采用重新消毒;中后期发生染菌若是产气细菌则应及时放罐过 滤、提取，事后彻底消毒处理。若遇发酵前期菌丝生长不良、 发酵异常时可采取倒出部分发酵液，补入部分新鲜料液 和良好的种子；遇发酵单位停滞不长可酌情提前放罐。
2、抗生素的抗菌性能
选择性作用——抗菌谱 选择性毒力——毒副作用 引起细菌耐药
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第一节 抗生素发酵生产的一般概况
3、抗生素的抗菌作用机理
第八章 抗生素的发酵生产
4、新抗生素的寻找
目标、方向
抗肿瘤 抗耐药金黄色葡萄球菌 抗绿脓杆菌 抗病毒
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第三节 青霉素的分离提取
溶媒应具备：不能混溶或部分混溶，以能形成两相而便于分离， 对抗生素应有较大的溶解性和选择性。
水相
(发酵液 青霉素G)
油相
(醋酸丁酯 青霉素G)
水相
(缓冲液 青霉素G钾)
pH 5以下 影响青霉素提取的主要因素 温度 10℃以下
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第八章 青霉素的发酵生产
第三节 青霉素的分离提取
用一种溶媒将抗生素自 另一种溶媒(发酵液)中 提取出来。
一、青霉素的提取方法
溶媒萃取 活性炭吸附（很少用） 沉淀法或离子交换法（未应用）
利用抗生素在不同条件下以不同的化学状态(游离酸、碱或成 盐状态)存在，以及它们在水及与水不互溶的溶媒中溶解度不同 的特性，使抗生素从一种液体转移到另一种液体之中，以达到 浓缩和提纯的目的，这种提取方法称为溶媒萃取法。
表示方法
稀释单位 :抗生素配成溶液，逐步进行稀释，以抑制一 标准菌株生长发育的最高稀释度(即最小剂量) 作为1个效价单位。
质量单位:抗生素有效成分(即生理活性部分)的质量作 为效价单位，即1微克作为一个效价单位 (1mg＝1000μg=1000U)。
第八章 抗生素的发酵生产
6、抗生素的分类
β-内酰胺类——青霉素、头孢菌素
就目前情况来说，我国抗生素在品种、质量、技术水平及 生产设备等方面与国际先进水平比较，尚有一定的差距。
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第一节 抗生素发酵生产的一般概况
二、抗生素 1、概念
微生物在生命活动过程中产生的，在低浓 度下就能抑制它种微生物的生长和活动， 甚至杀死它种微生物的化学物质。 （抑菌 为主）
第八章 抗生素的发酵生产
第一节 抗生素发酵生产一般概况
一、抗生素生产的发展过程
1928年发现抗生素——青霉素（丝状真菌） 1940年成功地研究出从点青霉培养液中提取青霉素的方法 1941年抗生素人体实验取得成功 1943年青霉素首次在美国工业生产 1944年青霉素临床应用 1944年发现链霉素（放线菌 1952年获诺贝尔奖） 1947年人们找到了第一个广谱抗生素——氯霉素 1956年发现头孢菌素 六十年代开始，半合成抗生素开始迅速发展
生产特点
菌体的生长与产物的形成不平行——次级代谢产物 理论产量难以用物料平衡来计算 生产稳定性差 染菌问题突出 抗生素稳定性和质量问题突出 动力消耗大 原料转化率低
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第八章 抗生素的发酵生产
第二节 青霉素的发酵生产 一、种子制备——青霉素发酵生产菌种（丝状真菌）
态。一般在28-30h，残糖在0.5％-0.8％,pH6.5以上,菌丝内 产生空泡,按照0.05%-0.06%/h,1次/2h。 ②氮源及添加前体：依据pH、菌丝形态及发酵单位。一般在 30h 后，45-50h是合成青霉素合成能力最旺盛的时期， pH6.26.4，1次/3h，其数量根据菌丝形态、pH 和发酵单位的增长 速度而定。 ③pH控制：主要通过添加碳源和氮源控制。 ④温度控制：青霉菌生长最适温度高于其分泌青霉素的最适温 度，种子罐2B7E℃IJIN，G I发NS酵TIT罐UTE2O7F℃PET-R2O6CH℃EM，ICA分L T期ECH变NO温LOG培Y 养。
生物化工基础
第八章 抗生素的发酵生产
化工学院 制药工程系 沈齐英
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第八章 抗生素的发酵生产
抗生素一般概况 内容
青霉素发酵生产
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时间
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第三节 青霉素的分离提取
工业青霉素G钾盐提取工艺及过程
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第三节 青霉素的分离提取
注射用青霉素G钾盐提取工艺及过程
第三节 青霉素的分离提取
注射用普鲁卡因青霉素G提取工艺及过程
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第三节 青霉素的分离提取
发酵液预处理及过滤 萃取 脱水脱色 反萃取 结晶 过 滤洗涤 干燥 精制 质量检验 包装
二、青霉素（抗生素）精制 ——除热源、除菌
热源：在发酵过程中菌种所产生的代谢产物（毒素），是一 种不挥发性的大分子有机物质。它能溶于水，120℃加 热2h能破坏90％，250℃加热30min可以彻底破坏；能 通过一般过滤器；注射后人体恶寒高热，严重的甚至 引起休克。输液反应
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第一节 抗生素发酵生产的一般概况
我国抗生素的研究及生产均取得了很大成就，抗生素的总产 量已居世界前列。五十年代是抗生素大发展时代，六十年代形 成了抗生素工业和科研体系，七十年代抗生素科研及生产虽然 继续发展，但由于“十年文革”，使基础理论科研工作基本处 于停顿状态，八十年代是抗生素事业改革开放的时期，九十年 代是抗生素事业调整、充实、提高、再发展的新阶段。
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