青霉素發(fā)酵生產工藝

1、1友情提示友情提示：以下內容可能會讓您稍感不適，請“小心小心”觀看！ By Police、little red and simon 23456青霉素的發(fā)現(xiàn)青霉素的發(fā)現(xiàn) 1928年，英國倫敦大學圣瑪莉醫(yī)學院細年，英國倫敦大學圣瑪莉醫(yī)學院細菌學教授弗萊明在他一間簡陋的實驗室菌學教授弗萊明在他一間簡陋的實驗室里研究導致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于里研究導致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細菌用的瓊蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細菌用的瓊脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一位研究青霉菌的學者的窗口飄落進來的。位研究青霉菌的學者的窗口飄落進來的。使弗萊明感到驚訝的是

2、，在青霉菌的近使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設法培養(yǎng)這種霉發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設法培養(yǎng)這種霉菌進行多次試驗，證明青霉素可以在幾菌進行多次試驗，證明青霉素可以在幾小時內將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)小時內將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星此發(fā)明了葡萄球菌的克星青霉素。青霉素。7 1940年，英國年，英國Florey和和Chain進一步研進一步研究此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉究此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉素制品。經實驗和臨床試驗證明，它毒性素制品。經實驗和臨床試驗證明，它毒性很小，

3、并對一些革蘭氏陽性菌所引起的許很小，并對一些革蘭氏陽性菌所引起的許多疾病有卓越療效。多疾病有卓越療效。89 青霉素通過抑制細菌細胞壁四肽側鏈和五肽交連橋的結合而阻礙細胞壁合成而發(fā)揮殺菌作用。青霉素的結構與細胞壁的成分粘肽結構中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可與后者競爭轉肽酶，阻礙粘肽的形成，造成細胞壁的缺損，使細菌失去細胞壁的滲透屏障，對細菌起到殺滅作用。 其對革蘭陽性菌有效，由于革蘭陰性菌缺乏五肽交連橋而青霉素對其作用不大。10青霉素的臨床應用青霉素的臨床應用青霉素臨床上用于治療葡萄球菌傳染癥如腦青霉素臨床上用于治療葡萄球菌傳染癥如腦膜炎、化膿炎、骨髓炎等，溶血性鏈球菌傳膜炎、化膿炎、骨髓炎

4、等，溶血性鏈球菌傳染癥如腹膜炎、產褥熱，以及染癥如腹膜炎、產褥熱，以及肺炎肺炎、淋病、淋病、梅毒和炭疽等。梅毒和炭疽等。11青霉素發(fā)酵生產工藝流程青霉素發(fā)酵生產工藝流程賈希蒙 涂晨曉 冀振紅12青霉素發(fā)酵生產工藝青霉素發(fā)酵生產工藝13菌種的擴大培養(yǎng)通過自然育種、誘變育種等方法，挑選出高產、穩(wěn)定、高效價菌種。產黃青霉 斜面孢子（25C，孢子培養(yǎng)，7d） 大米孢子（26C，孢子培養(yǎng)，56h） 一級種子培養(yǎng)液（27C，種子培養(yǎng)，24h） 二級種子培養(yǎng)液（2726C，發(fā)酵，7d）。種子罐級數(shù)是在指制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，一般根據(jù)種子的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及發(fā)酵罐的容積而定。青霉素

5、種子制備一般為二級種子罐擴大培養(yǎng)。 種子罐的目的是使接入有限的孢子迅速發(fā)芽、生長、繁殖成大量菌體。 其中的培養(yǎng)基組分包括碳源（蔗糖）和氮源（玉米漿），及無機鹽（碳酸鈣）等。 將一級培養(yǎng)中得到的生命力旺盛、染色深、菌絲粗壯，無雜菌及異常的菌體接種至發(fā)酵罐進行二級種子培養(yǎng)。 接種量一般在10%20%。14 染菌是發(fā)酵工業(yè)長期以來不能徹底解染菌是發(fā)酵工業(yè)長期以來不能徹底解決的問題，因此如何解決染菌問題就成了決的問題，因此如何解決染菌問題就成了發(fā)酵工業(yè)的工作重點之一。要解決染菌問發(fā)酵工業(yè)的工作重點之一。要解決染菌問題首要問題就是要能檢測出是否染菌。題首要問題就是要能檢測出是否染菌。 染菌通常通過三個途

6、徑發(fā)現(xiàn)：無菌試染菌通常通過三個途徑發(fā)現(xiàn)：無菌試驗，發(fā)酵液直接鏡檢，發(fā)酵液的生化分析。驗，發(fā)酵液直接鏡檢，發(fā)酵液的生化分析。其中無菌試驗是判斷染菌的主要依據(jù)。其中無菌試驗是判斷染菌的主要依據(jù)。 15 染菌在發(fā)酵過程的每個階段都可能發(fā)生，下面就染菌在發(fā)酵過程的每個階段都可能發(fā)生，下面就各個不同的階段的染菌情況和處理辦法一一說明。各個不同的階段的染菌情況和處理辦法一一說明。 種子培養(yǎng)期染菌種子培養(yǎng)期染菌 發(fā)酵前期染菌發(fā)酵前期染菌 發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌 發(fā)酵后期染菌發(fā)酵后期染菌 1617181920青霉素的發(fā)酵過程控制青霉素的發(fā)酵過程控制 1. 1.基質濃度基質濃度 2. 2.培養(yǎng)基成分的控制培養(yǎng)

7、基成分的控制 3.pH 3.pH值、溶氧值、溶氧 4. 4.溫度溫度 5. 5.補料控制補料控制 6. 6.泡沫的控制泡沫的控制21 1.基質濃度基質濃度 ： 在發(fā)酵過程中，常常因為前期基質量濃度過在發(fā)酵過程中，常常因為前期基質量濃度過高，對生物合成酶系產生阻遏或對菌絲生長產生高，對生物合成酶系產生阻遏或對菌絲生長產生抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制 , 苯乙酸的生長抑苯乙酸的生長抑制）制）, 而后期基質濃度低限制了菌絲生長和產物而后期基質濃度低限制了菌絲生長和產物合成合成 。 所以，所以， 在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操作法作法 ，以維持

8、一定的最適濃度，以維持一定的最適濃度 。222.培養(yǎng)基成分的控制培養(yǎng)基成分的控制 : （1）碳源）碳源: 碳源的主要作用是為微生物菌種的生長繁殖提供碳源的主要作用是為微生物菌種的生長繁殖提供能源和合成菌體所必需的碳成分；為合成目的產物能源和合成菌體所必需的碳成分；為合成目的產物提供所需的碳成分。青霉素發(fā)酵中常用乳酸或葡萄提供所需的碳成分。青霉素發(fā)酵中常用乳酸或葡萄糖，也可采用葡萄糖母液、糖蜜等。其中乳糖最為糖，也可采用葡萄糖母液、糖蜜等。其中乳糖最為便宜便宜，但因貨源較少，很多國家采用葡萄糖代替。但因貨源較少，很多國家采用葡萄糖代替。 目前普遍采用淀粉的酶水解產物，葡萄糖化液流目前普遍采用淀粉

9、的酶水解產物，葡萄糖化液流加，加，以降低成本。以降低成本。23（2）氮源）氮源: 氮源的作用是供應菌體合成氨基酸和三肽的原氮源的作用是供應菌體合成氨基酸和三肽的原料，以進一步合成青霉素。主要有機氮源為玉米料，以進一步合成青霉素。主要有機氮源為玉米漿、棉籽餅粉、花生餅粉、酵母粉、蛋白胨等。漿、棉籽餅粉、花生餅粉、酵母粉、蛋白胨等。玉米漿為較理想的氮源，含固體量少，有利于通玉米漿為較理想的氮源，含固體量少，有利于通氣及氧的傳遞，因而利用率較高。氣及氧的傳遞，因而利用率較高。 2425 （4）前體：）前體： 前體的加入是青霉素發(fā)酵的關鍵問題之一。前體的加入是青霉素發(fā)酵的關鍵問題之一。 添加苯乙酸或者

10、苯乙酰胺，可以借?；D移的作用，添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借?；D移的作用，將苯乙酸轉入青霉素分子，提高青霉素將苯乙酸轉入青霉素分子，提高青霉素G的生產強度。的生產強度。 但但苯乙酸對發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。也有采用苯苯乙酸對發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。也有采用苯乙酸月桂醇酯，其優(yōu)點是在發(fā)酵中月桂醇酯水解，苯乙酸乙酸月桂醇酯，其優(yōu)點是在發(fā)酵中月桂醇酯水解，苯乙酸結合進青霉素成品。而月桂酸作為細菌營養(yǎng)劑及發(fā)酵液消結合進青霉素成品。而月桂酸作為細菌營養(yǎng)劑及發(fā)酵液消沫劑，且其毒性比苯乙酸小，但價格較貴。沫劑，且其毒性比苯乙酸小，但價格較貴。 前體要在發(fā)酵開始前體要在發(fā)酵開始20h后加入

11、，并在整個發(fā)酵過程中后加入，并在整個發(fā)酵過程中控制在控制在50g/ml左右。前體用量大于左右。前體用量大于0.1%時，青霉素的生時，青霉素的生物合成均下降。所以一般發(fā)酵液中前體濃度以始終維持在物合成均下降。所以一般發(fā)酵液中前體濃度以始終維持在0.1%為宜為宜。26 3.pH ： 在青霉素發(fā)酵過程中，在青霉素發(fā)酵過程中，pH是通過下列手段控是通過下列手段控制的：如制的：如pH過高，則添加糖、硫酸或無機氮源；過高，則添加糖、硫酸或無機氮源；若若pH過低，則加入碳酸鈣、氫氧化鈉、氨或尿素，過低，則加入碳酸鈣、氫氧化鈉、氨或尿素，也可提高通氣量。另外，也可利用自動加入酸或也可提高通氣量。另外，也可利用

12、自動加入酸或堿的方法，使發(fā)酵液堿的方法，使發(fā)酵液pH維持在維持在6.87.2，以提高，以提高青霉素產量。青霉素產量。 274.溫度：溫度： 青霉菌生長的適宜溫度為青霉菌生長的適宜溫度為30，而分泌青霉，而分泌青霉素的適宜溫度是素的適宜溫度是20左右，因此生產上采用變溫左右，因此生產上采用變溫控制的方法，使之適合不同階段的需要。一般一控制的方法，使之適合不同階段的需要。一般一級種子的培養(yǎng)溫度控制在級種子的培養(yǎng)溫度控制在271左右；二級種左右；二級種子的培養(yǎng)溫度控制在子的培養(yǎng)溫度控制在251左右；發(fā)酵前期和左右；發(fā)酵前期和中期的溫度控制在中期的溫度控制在26左右；發(fā)酵后期的溫度控左右；發(fā)酵后期的溫

13、度控制在制在24左右。左右。 28 5.補料控制：補料控制： 發(fā)酵過程中除以中間補糖控制糖濃度及發(fā)酵過程中除以中間補糖控制糖濃度及pH外，補加外，補加氮源也可提高發(fā)酵單位。經試驗證實：若在發(fā)酵氮源也可提高發(fā)酵單位。經試驗證實：若在發(fā)酵6070h開始分次補加硫酸銨，則在開始分次補加硫酸銨，則在90h后菌絲含氮量幾乎不下降，后菌絲含氮量幾乎不下降，維持在維持在6%7%，且，且60%70%的菌絲處于年幼階段，的菌絲處于年幼階段，菌絲呼吸強度維持在二氧化碳量近菌絲呼吸強度維持在二氧化碳量近30l/（mg菌絲菌絲h），），抗生素產率為最高水平的抗生素產率為最高水平的30%40%；而不加硫酸銨的對；而不加

14、硫酸銨的對照罐，在發(fā)酵中期菌絲含氮量為照罐，在發(fā)酵中期菌絲含氮量為7%，以后逐級下降。至，以后逐級下降。至發(fā)酵結束時為發(fā)酵結束時為4%。發(fā)酵結束時呼吸強度降至二氧化碳量。發(fā)酵結束時呼吸強度降至二氧化碳量為為16l/（mg菌絲菌絲h），且抗生素產量下降至零，總產量），且抗生素產量下降至零，總產量僅為試驗罐的僅為試驗罐的1/2。因此，為了延長發(fā)酵周期，提高青霉。因此，為了延長發(fā)酵周期，提高青霉素產量，發(fā)酵過程分次補加氮源也是有效的措施。素產量，發(fā)酵過程分次補加氮源也是有效的措施。296.泡沫高度的控制：泡沫高度的控制： 在發(fā)酵過程中產生大量泡沫，可以用天然油脂在發(fā)酵過程中產生大量泡沫，可以用天然油脂如豆油、玉米油等或用化學合成消泡劑來消泡。如豆油、玉米油等或用化學合成消泡劑來消泡。30 青霉素的工業(yè)提取常采用溶媒萃取法。青霉素游離酸易溶于有機青霉素的工業(yè)提取常采用溶媒萃取法。青霉素游離酸易溶于有機溶劑，而青霉素鹽易溶于水。利用這一性質，在酸性條件下青霉素轉溶劑，而青霉素鹽易溶于水。利用這一性質，在酸性條件下青霉素轉入有機溶媒中，調節(jié)入有機溶媒中，調節(jié)pH，再轉入中性水相，反復幾次萃取，即可提，再轉入中性水相，反復幾次萃取，即可提純濃縮。選擇對青霉素分配系數(shù)高的有機溶劑。工業(yè)上通常用醋酸丁純濃縮。選擇對青霉素分配系數(shù)高