生產(chǎn)實(shí)例-抗生素

生產(chǎn)實(shí)例-抗生素抗生素的定義由生物（包括微生物、植物和動(dòng)物）在其生命過(guò)程中所產(chǎn)生的一類在下就能選擇性地抑制它種生物或細(xì)胞生長(zhǎng)的次級(jí)代謝產(chǎn)物。返回目錄抗生素的發(fā)展1928年英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Fleming發(fā)現(xiàn)并命名青霉素。1940年英國(guó)的Florey和Chain制出了干燥的青霉素制品，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)證明,對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌所引起的疾病有卓越的療效。返回目錄抗生素的發(fā)展1943年～1945年,以通氣攪拌的深層培養(yǎng)法大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)青霉素，鏈霉素、氯霉素、金霉素等相繼被發(fā)現(xiàn)并投產(chǎn)，新興抗生素工業(yè)建立。70年代，抗生素品種飛躍發(fā)展，從自然界發(fā)現(xiàn)和分離了近5000多種抗生素，通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)的改造共制備了三萬(wàn)多種半合成抗生素。目前世界實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用的抗生素有一百多種，連同各種半合成抗生素衍生物及其鹽類約400多種，其中以β-內(nèi)酰胺類、四環(huán)類、氨基糖苷類及大環(huán)內(nèi)酯類為最常用?？股氐姆诸悾ㄒ唬└鶕?jù)抗生素的生物來(lái)源分類1.放線菌由它產(chǎn)生的抗生素?cái)?shù)量最多。如鏈霉菌屬產(chǎn)生的鏈霉素，小單孢菌產(chǎn)生的慶大霉素、小諾霉素。2.真菌青霉菌屬產(chǎn)生的青霉素,頭孢菌屬產(chǎn)生的頭孢菌素。3.細(xì)菌多粘桿菌產(chǎn)生的多粘菌素。4.動(dòng)、植物被子植物大蒜中得到的蒜素。魚類（動(dòng)物）臟器中制得的魚素。返回目錄抗生素的分類（二）根據(jù)抗生素的作用分類1．廣譜抗生素如氨芐青霉素（半合成青霉素），既能抑制菌又能抑制菌。2．抗革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌如青霉素G。3．抗革蘭氏陰性細(xì)菌如鏈霉素。4．抗真菌如制霉菌素、灰黃霉素。5．抗腫瘤如阿霉素。6．抗病毒、抗原蟲如魚素?？股氐姆诸悾ㄈ└鶕?jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類1.β-內(nèi)酰胺類它們都包含一個(gè)四元內(nèi)酰胺環(huán)。如青霉素類、頭孢菌素類（先鋒霉素類）。抗生素的分類（三）根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類2．氨基糖苷類（氨基環(huán)醇類）以糖苷鍵與氨基糖（或戊糖）連接的抗生素，如鏈霉素、慶大霉素等?？股氐姆诸?.大環(huán)內(nèi)酯類含有一個(gè)大環(huán)內(nèi)酯作配糖體，以苷鍵和1-3個(gè)分子的糖相連，如紅霉素、麥迪（加）霉素?？股氐姆诸?．四環(huán)類以四并苯為母核。如四環(huán)素、土霉素、金霉素?？股氐姆诸?．多肽類由氨基酸組成的抗生素，如多粘菌素、桿菌肽?？股氐姆诸?.其他抗生素凡不屬于上述5類的抗生素，如林肯霉素、氯霉素、阿霉素等抗生素的應(yīng)用（一）醫(yī)療上的應(yīng)用抗生素在醫(yī)療臨床上的應(yīng)用已有六十年的歷史。抗生素在醫(yī)療藥物方面的應(yīng)用是20世紀(jì)醫(yī)藥上最偉大的成就，它的出現(xiàn)和應(yīng)用使過(guò)去許多不能治療或很難治療的傳染病（如細(xì)菌性心內(nèi)膜炎，流行性腦膜炎等）得到了治療。返回目錄抗生素的應(yīng)用（一）醫(yī)療上的應(yīng)用但是抗生素的廣泛使用，也帶來(lái)許多不良后果，例如細(xì)菌耐藥性逐漸普遍，有的抗生素會(huì)產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)，或由于抗生素的使用不當(dāng)造成體內(nèi)菌群失調(diào)而引起二重感染等。因此，應(yīng)嚴(yán)防濫用，應(yīng)嚴(yán)格掌握抗生素的適應(yīng)癥和劑量，并注意用藥時(shí)的配伍禁忌抗生素的應(yīng)用對(duì)醫(yī)用抗生素的評(píng)價(jià)應(yīng)包括以下要求：（1）它應(yīng)有較大的差異毒力，即對(duì)宿主人體組織和或正常細(xì)胞只是輕微毒性而對(duì)某些致病菌或突變腫瘤細(xì)胞有強(qiáng)大的毒害。（2）它能在人體內(nèi)發(fā)揮其抗生效能、而不被人體中血液、腦脊液等所破壞，同時(shí)它不應(yīng)大量與體內(nèi)血清蛋白產(chǎn)生不可逆的結(jié)合。（3）在給藥后應(yīng)較快地被吸收，并迅速分布至被感染的器官或組織中。抗生素的應(yīng)用對(duì)醫(yī)用抗生素的評(píng)價(jià)應(yīng)包括以下要求：（4）致病菌在體內(nèi)對(duì)該抗生素不易產(chǎn)生耐藥性。（5）不易引起過(guò)敏反應(yīng)。（6）具備較好的理化性質(zhì)和穩(wěn)定性，以利于提取、制劑和貯藏?？股氐膽?yīng)用（二）在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用抗生素在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用，主要用以防治農(nóng)作物、禽畜、蠶蜂的病害，有些還有利于動(dòng)植物的生長(zhǎng)抗生素的應(yīng)用（三）在食品保藏等方面的應(yīng)用在食品工業(yè)中，抗生素可以用作防腐劑。用抗生素作食品防腐劑，比冰凍、干燥、鹽漬、酸漬等方法手續(xù)簡(jiǎn)便，抑菌面廣，抑制能力強(qiáng)。在發(fā)酵工業(yè)上也有廣泛的應(yīng)用，如在谷氨酸發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用青霉素提高谷氨酸的產(chǎn)酸率，國(guó)內(nèi)外均用于生產(chǎn)。抗生素的生產(chǎn)方法（一）生物合成法（微生物發(fā)酵法）工藝過(guò)程：返回目錄抗生素的生產(chǎn)方法（二）全化學(xué)合成法氯霉素：第一個(gè)應(yīng)用全化學(xué)合成法生產(chǎn)的抗生素。特點(diǎn)：不耗費(fèi)糧食，但易引起三廢?？股氐纳a(chǎn)方法（三）半化學(xué)合成法在天然抗生素基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾?？股匕l(fā)酵生產(chǎn)的特點(diǎn)1．菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的形成不平行把抗生素發(fā)酵劃分為二個(gè)不同的代謝期：生長(zhǎng)期和生產(chǎn)期。返回目錄抗生素發(fā)酵的目標(biāo)是縮短生長(zhǎng)期，延長(zhǎng)生產(chǎn)期抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的特點(diǎn)2．產(chǎn)量很難用物料平衡來(lái)計(jì)算這是由生產(chǎn)的復(fù)雜機(jī)制所決定的?？股匕l(fā)酵生產(chǎn)的特點(diǎn)3．生產(chǎn)穩(wěn)定性差一般波動(dòng)幅度在10%左右，主要受菌種的生產(chǎn)能力、培養(yǎng)基成分、原材料質(zhì)量、中間代謝的控制、設(shè)備條件、操作條件及抗生素本身的穩(wěn)定性等因素影響。

青霉素的生產(chǎn)工藝

青霉素的概述生產(chǎn)菌的生物學(xué)特性發(fā)酵工藝過(guò)程提煉工藝過(guò)程概述－發(fā)現(xiàn)（1）1929:

Fleming在葡萄球菌培養(yǎng)皿中，污染的霉菌周圍出現(xiàn)透明的抑菌圈殺菌物質(zhì)，斷言太不穩(wěn)定，無(wú)法分離并用作藥物。1939：牛津病理家Howard

Florey化

學(xué)

家

Ernst

Chain,NormanHeatley。發(fā)酵瓶培養(yǎng)霉菌，培養(yǎng)里提取，測(cè)活性，青霉素結(jié)晶。1940:8只鼠注射鏈球菌，提取物對(duì)4只治療。未經(jīng)治療鼠在24小時(shí)內(nèi)死亡，治療鼠存活數(shù)天至數(shù)周。1941年2月開始治療第一批人類病人。1943：威斯康辛大學(xué)小組，取得突破生產(chǎn)菌表面培養(yǎng)：幾十個(gè)單位。深層培養(yǎng)產(chǎn)黃青霉：100U/ml。X、UV誘變育種：1000－1500U/ml。不產(chǎn)色素變種：66000－70000U/ml目前：85000U/ml。

概述－作用機(jī)理（2）細(xì)胞壁合成中的肽多糖合成的第三階段肽多糖的D-丙氨酰-D-丙氨酸二肽類似物競(jìng)爭(zhēng)性與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，使轉(zhuǎn)肽酶不能催化多肽鏈之間的交聯(lián)。生長(zhǎng)中的細(xì)胞有效，靜止細(xì)胞無(wú)效高效、安全的抗細(xì)菌感染藥物

概述－應(yīng)用（3）（1）臨床抗感染治療：大多數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌和某些革蘭氏陰性細(xì)菌及螺旋體等。

毒性小，但需要皮試。（2）各種半合成抗生素的原料：氨芐青霉素，磺芐青霉素，乙氧萘青霉素頭孢菌素母核。概述－分子結(jié)構(gòu)及衍生物（4）6-氨基青霉烷酸（6-aminopenicillanic6APA）苯乙酰衍生物。側(cè)鏈基團(tuán)不同，形成不同的青霉素G：芐基青霉素，C6H5CH2-CO-，為主雙氫霉素F：戊青霉素X：對(duì)羥芐基青霉素F：2-戊烯基青霉素K：庚青霉素V：苯氧甲基青霉素產(chǎn)品：鈉、鉀、普魯卡因、二芐基乙二胺NSCH3CH3

COOHRCONH

O青霉素生產(chǎn)菌的生物學(xué)特性產(chǎn)黃青霉：Penicillium

chrosogenum孢子:綠色和黃色菌落：平坦或皺褶，圓形。青霉穗:分生孢子鏈狀深層培養(yǎng)菌絲：球狀和絲狀兩種。青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程（一）青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程返回目錄青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程工藝要點(diǎn)：1．菌種產(chǎn)黃青霉，是1943年從美國(guó)一位農(nóng)婦的發(fā)霉甜瓜上分離得到的菌種，經(jīng)改良形成。而Fleninmg分離的點(diǎn)青霉，發(fā)酵單位低。目前全世界用于生產(chǎn)青霉素G的菌種，發(fā)酵單位可達(dá)8500u/ml。青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程工藝要點(diǎn)：2．種子制備以產(chǎn)生豐富的孢子（母斜和米孢子培養(yǎng)）和大量的菌絲體（種子罐制備）為目的，為達(dá)這一目的，在培養(yǎng)基中加入比較豐富的、容易代謝的C源（如葡萄糖或蔗糖），N源（如玉米漿）、緩沖pH的以及生長(zhǎng)必需的無(wú)機(jī)鹽，并保持最適生長(zhǎng)溫度（25～26%）和充分的通氣、攪拌。青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程工藝要點(diǎn)：3．發(fā)酵階段生長(zhǎng)期：菌絲快速生長(zhǎng)生產(chǎn)期：菌絲生長(zhǎng)速度降低，大量分泌青霉素。（1）通過(guò)加糖控制來(lái)促使青霉素的持續(xù)合成（補(bǔ)加葡萄糖）.

青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程工藝要點(diǎn)：3．發(fā)酵階段（2）補(bǔ)氮及加前體，補(bǔ)加硫酸銨、氨水、尿素，使發(fā)酵液氨氮控制在0.01%～0.05%。

補(bǔ)前體，在培養(yǎng)基加入一定的苯乙酸，但由于它們對(duì)青霉菌有一定的毒性，故一次加入量不能大于0.1%。要采用中間多次補(bǔ)加方式。青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程工藝要點(diǎn)：3．發(fā)酵階段（3）pH控制：6.4～6.6，pH不能超過(guò)7.0，因?yàn)榍嗝顾谿在堿性條件下不穩(wěn)定。用加葡萄糖來(lái)控制或加酸、堿自動(dòng)控制。（4）溫度控制：一般前期25～26℃，后期23℃。以減少后期發(fā)酵液中青霉素的降解破壞。（5）通氣和攪拌溶氧濃度大于30%飽和度，通氣比1:1-0.8VVM。（VVM系每分鐘內(nèi)每單位體積發(fā)酵液通入空氣的體積。）青霉素的提取與精制從發(fā)酵液中提取青霉素，目前工業(yè)上主要采用溶劑萃取法。青霉素與堿金屬所生成的鹽類在水中溶解度很大，而青霉素游離酸易溶解于有機(jī)溶劑中。利用這一性質(zhì)，將青霉素在酸性溶液中轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑（醋酸乙酯、氯仿等）中，然后再轉(zhuǎn)入中性水相中。經(jīng)過(guò)這樣反復(fù)幾次萃取，就能達(dá)到提純和濃縮的目的。返回目錄

提煉工藝過(guò)程青霉素不穩(wěn)定，遇酸、堿、熱分解失活水溶液中不穩(wěn)定，非極性溶劑中穩(wěn)定易溶于有機(jī)溶劑，水中溶解度很小青霉素鹽很穩(wěn)定；降解產(chǎn)物具有致敏性防止降解，條件溫和、快速。1、預(yù)處理青霉素的存在部位：發(fā)酵液濃度較低：10－30Kg/M3含有大量雜質(zhì)：菌體細(xì)胞、核酸、雜蛋白質(zhì)、細(xì)胞壁多糖等、殘留的培養(yǎng)基、色素、鹽離子、代謝產(chǎn)物等目的：濃縮目的產(chǎn)物，去除大部分雜質(zhì)，改變發(fā)酵液的流變學(xué)特征，利于后續(xù)的分離純化過(guò)程。預(yù)處理:發(fā)酵液加少量絮凝劑沉淀蛋白

2、過(guò)濾鼓式真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾：一次濾液：，略渾，棕黃或綠色，蛋白質(zhì)含量0.

5-2.0%。板框式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾：硫酸調(diào)節(jié)，加入0.07%溴代十五烷吡啶，0.07%硅藻土為助慮劑。二次濾液：澄清透明，用于提?。ㄊ章?0％）3、溶劑萃取

原理：青霉素游離酸易溶于有機(jī)溶劑，而

霉素鹽易溶于水。

萃取劑：青霉素分