学习情境二霉菌发酵制药

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,LOGO,学习情境二霉菌发酵制药,发 酵 制 药,1,子学习情境,2.1,青霉素发酵,2,任务一 抗生素概述,3,第一节 抗生素剂量表示法,效价单位 ：每毫升或每豪克中所含某种抗生素有效成分的多少,单位：,u/mg,或,u/ml,4,一、稀释单位,将抗生素配成溶液，逐步稀释，抑制某标准菌株的最高稀释度(即最小剂量)作为效价单位。,二、重量单位,以抗生素有效成分（生理活性成分）的重量作为抗生素的单位,。,5,第二节抗生素的分类,一、根据生物来源,(一）放线菌产生的抗生素,(二）真菌产生的抗生素,(三）细菌产生的抗生素,(,四）其他生物产生的抗生素,6,二、根据作用对象,(一),抗,G,（二）抗,（三）广谱抗生素,（四）抗真菌抗生素,（五）抗肿瘤抗生素,（六）抗病毒抗生素,（七）抗结核分支杆菌霉素,7,三、根据化学结构,（一）,内酰胺类抗生素,（二）四环类抗生素,（三）氨基糖苷类抗生素,（四）大环内酯类抗生素,（五）多烯大环类抗生素,（六）多肽类抗生素,（七）蒽环类抗生素,（八）其他类,8,四、根据作用机制,（一）抑制细胞壁合成,（二）影响细胞膜功能,（三）抑制和干扰蛋白质合成,（四）抑制核酸合成,（五）抑制细菌生物能作用,9,第三节,抗生素的用途,一、抗生素在医疗上的用途,（一）控制细菌感染,（二）治疗真菌感染,（三）抗肿瘤,（四）抗病毒,10,二、在农牧业上的应用,（一）防治植物病害,（二）促进或抑制植物生长,（三）畜牧业的应用,三、食品保藏,四、工业上的应用,11,任务二抗生素工业生产概论,12,第一节 抗生素的生产方法,一、微生物发酵法,利用特定的微生物，在一定条件下（培养基、温度、通气、搅拌）使之生长繁殖，并代谢产生抗生素。用适当的方法从发酵液中提取出来，并加以精制、最后获得抗生素成品。,大多数抗生素用此法制备。,特点：成本低、周期长、波动大,13,二、化学合成法,某些化学结构明确，结构比较简单的，可用化学方法合成。,三、半合成法,发酵出来的抗生素经化学方法改造，以获得性能更优良的抗生素。,14,第二节 发酵法生产抗生素的工艺过程,工艺过程：,菌种 孢子制备 种子制备 发酵,发酵液的预处理及过滤,提取及精制 成品检验 成品包装,出厂检验,15,一、 生产菌种,合理保藏。一般保存在沙土管或冷冻于干燥管中。一般使用期为年，不断纯化淘汰变异菌种。,二、 孢子制备,将保藏的菌种无菌操作接种到斜面固体培养基中，在一定温度下培养数天。,16,三、 种子制备,目的：使孢子发芽繁殖，获得足够数量的菌丝体，用于发酵。,摇瓶培养,种子罐培养。,17,四、 发酵,接种量一般在,通气（一般在,）搅拌（搅拌功率在千瓦,）,温度（视品种而定，一般,罐压（一般为,）,消泡（加消泡剂）,补料,发酵周期（大多为天）,18,五、 发酵液的预处理和过滤,（一）预处理,目的：沉淀发酵液中的和杂质，以增加过滤速度。,（二）过滤,目的：除去菌丝体,19,六、 提取和精制,（一）提取,目的：初步纯化和浓缩。,方法：吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、离子交换法。,（二）精制,目的：进一步提纯并制成产品,方法：吸附、沉淀、溶媒萃取法、离子交换、结晶、重结晶、凝胶层析。,20,七、 成品检验,性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热原试验、无菌试验、酸碱度测定、效价测定、水分测定、混浊度测定、色泽颗粒细度测定。,八、 成品分包装,21,第三节抗生素工业生产特点,一、 与一般发酵工业相比,（一）菌体生长与产物的形成不平行,（二）理论产量难以用物料平衡计算,（三）生产稳定性差,22,二、 与一般制药工业相比,（一）染菌问题,（二）粮耗问题,（三）稳定性问题,23,任务三,青霉素的生产,24,青霉素的结构及理化性质,一、天然存在的青霉素,青霉素是一族化合物的总称。,分子式：,R,为侧链，根据,R,基不同,青霉素,G C,6,H,5,CH,2,-,青霉素,X HOC,6,H,4,CH,2,-,青霉素,F CH,3,CH,2,CH=CHCH,2,-,青霉素,K CH,3,(CH,2,),6,-,双氢青霉素,F CH,3,(CH,2,),4,-,青霉素,V C,6,H,5,OCH,2,-,25,二、青霉素的理化性质,（一）稳定性,干燥纯净的青霉素盐很稳定，有效期都在三年以上，并且对热稳定，如结晶青霉素钾盐在,150OC,加热,1.5,小时效价不降低。青霉素水溶液,PH=5-7,较稳定。最稳定的,PH,为,6-6.5,。,（二）溶解度,青霉素本身是一种游离酸，能与碱金属或碱土金属及有机氨类结合成盐类。青霉素游离酸易溶液于醇类、酮类、醚类和酯类，但在水溶液中溶解度很小；青霉素钾、钠盐则易溶于水和甲醇、微溶于乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、氯仿，在醋酸丁酯或戊酯中难溶或不溶。如果有机溶剂中含有少量水分时，则青霉素,G,碱金属盐在溶剂中的溶解度就大大增加。,（三）降解反应,26,27,青霉素产生菌的培养,一、青霉素产生菌的培养,（一）菌体的生长发育,分生孢子的,期；,菌丝繁殖，原生质嗜碱性很强，有类脂肪小颗粒产生为,期；,原生质嗜碱性仍很强，形成脂肪粒，积累贮藏物为,期；,原生质嗜碱性很弱，脂肪粒减少，形成中、小空泡为,期；,脂肪粒消失，形成大空泡为,期；,细胞内看不到颗粒，并有个别自溶细胞出现为,期。,其中,期称为菌丝生长期，菌丝的浓度增加很多，但产生的青霉素较少，处于该时期的菌丝体适用于做发酵种子。,期是青霉素分泌期，此时菌丝体生长缓慢，并大量生产青霉素。,28,发酵工艺控制,一、青霉素的发酵工艺过程,（一）工艺流程,29,（二）工艺要点,1,、培养基,碳源：葡萄糖母液和工业用葡萄糖,氮源：玉米浆、花生饼粉、麸质粉、玉米胚牙粉、尿素,前体：苯乙酸、苯乙酰胺作为前体，具有毒性，任何时候浓度不能大于,0.1%,无机盐：,S,和,P Ca Mg K,钾,30%,钙,20%,镁,41%,铁离子 铁离子对细胞具有毒害作用,30,（三）培养条件控制,菌丝生长繁殖期：糖及含氮物质被迅速利用,球状菌：菌丝发育为球状，菌体浓度迅速增加,丝状菌：菌丝分支旺盛，菌丝浓度迅速增加,青霉素分泌期：菌丝生长趋势减弱，需添加,G,、,花生饼粉、尿素。青霉素分泌旺盛,球：,PH6.6-6.9,球体不可太松，也不可太紧,丝：,PH6.2-6.4,脂肪粒消失，中小型空胞,菌丝自溶期：菌体衰老走向自溶,PH,上升青霉素 分泌下跌,球：球体破裂,丝：大型空胞增加并逐渐扩大自溶,31,1.,加糖控制,丝：,残糖控制在,0.6%,左右，,PH,上升以后开始加糖。加糖控制：,0-72,小时,0.6-0.8% 72,小时放罐,0.8-1.0%,加糖率每小时,0.07-0.15%,每两小时加一次,球：,当,Ph,高于,6.5,，约,20,之后开始加糖，根据,PH,高低酌情。,2.,补料及添加前体,丝：,接种后,8-12,小时，发酵液浓度,40%,左右开始补料发酵单位上升至,2500U/ml,开始补前体，每,4,小时 补一次使苯乙酰胺浓度为,0.05-0.08%,球：,因发酵基础培养基中没有前体，在,10,小时左右开始加入尿素、氨水和苯醋酸的混合料，每,3,小时加一,次,32,3.PH,控制,主要通过加,G,控制,PH,丝,: PH6.2-6.4,球：,PH6.7-7.0,4.,温度控制,青霉菌最适生长温度高于最适分泌温度,丝和球都是变温培养，且前期罐温高于后期,丝 球,种子罐温,25 28,发酵罐温,26-24-23-22 26-25-24,33,5.,通气与搅拌,通气比为,1,：,1.1-0.8,（,V/V/M,）,丝： 种子罐转速,发酵罐转速,球： 种子罐转速,发酵罐转速,6.,泡沫与消沫,过去：天然油脂如豆油、玉米油,现在：,GPE PAGE,34,发酵液的预处理和过滤,一、预处理：,青霉素发酵液过滤宜采用鼓式真空过滤机。因为青霉素在低温时比较稳定，同时细菌繁殖也较慢，可避免青霉素迅速被破坏，所以发酵液放罐后，一般要先冷却再过滤。过滤后的滤液需经酸处理除蛋白质，同时加入少量,PPB,。由于发酵液中含有过剩的碳酸钙，在酸化除蛋白质时会有部分溶解，使,Ca2+,呈游离状态，在酸化萃取时，遇大量,SO42-,形成,CaSO4,沉淀。因此，预处理除蛋白质时,pH,值适当高些。,35,二、过滤,发酵液放罐后需冷却至,10,后，经鼓式真空过滤机过滤。从鼓式真空过滤机得到青霉素滤液,pH,在,6.27,7.2,，蛋白质含量一般在,0.05%,0.2%,。这些蛋白质的存在对后面提取有很大影响，必须加以除去。除去蛋白质通常采用,10%,硫酸调节,pH4.5,5.0,，加入,0.05%,（,W/V,）左右的溴代十五烷吡啶（,PPB,）的方法，同时再加入,0.7%,硅藻土作助滤剂，再通过板框过滤机过滤。经过第二次过滤的滤液一般澄清透明，可进行萃取。,36,青霉素提炼工艺,37,萃取,pH,：,1.8,2.2,反萃取,pH6.8,7.4,生产上一般将发酵滤液酸化至,pH,等于,2.0,，加,1/3,体积的醋酸丁酯（简称,BA,）混合后以卧式离心机（,POD,机）分离得一次,BA,萃取液，然后以,NaHCO3,在,pH,为,6.8,7.4,条件下将青霉素从,BA,中萃取到缓冲液中，再用,10% H2SO4,调节,pH,等于,2.0,，将青霉素从缓冲液再次转入到,BA,中（方法同前面所述），得二次,BA,萃取液。,3,、脱色,在二次,BA,萃取液中加入活性炭,150,300g/10,亿单位，进行脱色，石棉过滤板过滤。,4,、结晶,38,思考题,1.,青霉素系列产品有何特性？写出主要化学反应。,2.,简述下列基本概念：发酵单位、效价、发酵总亿单位、发酵指数、基持转化率,3.,青霉素产生菌是什么？其生长发育各阶段的主要特征是什么？,4.,青霉素生产的主要原理是什么？,5.,青霉素发酵过程的各种因素对发酵有何影响？,6.,青霉素发酵液预处理的目的是什么？生产中采用的方法是什么？,39,7.,青霉发酵过程中主要控制要点是什么？简述青霉素钾的生产工艺过程？,8.,试述青霉素钾盐结晶的方法有哪些？各自特点是什么？并分析水份、酸度、温度及醋酸钾用量对生产有何影响？,9.,在青霉普鲁卡因盐结晶时应如何控制晶体的纯度、颗粒的大小及形态等。,10.,采用共沸精馏生产青霉素钠盐应注意什么才有利？,40,