抗生素學(xué)習(xí)課件

抗生素學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共88頁(yè)抗生素第一節(jié)概述第二節(jié)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制第三節(jié)慶大霉素族抗生素第四節(jié)青霉素第2頁(yè)/共88頁(yè)抗生素第一節(jié)概述

1.定義

2.發(fā)展

3.分類(lèi)

4.抗生素的應(yīng)用

5.抗生素的生產(chǎn)方法第二節(jié)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制第三節(jié)慶大霉素族抗生素第四節(jié)青霉素返回目錄第3頁(yè)/共88頁(yè)抗生素第一節(jié)概述第二節(jié)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制

1.溫度的影響及其控制

2.pH的影響及其控制

3.溶氧的影響及控制

4.基質(zhì)的影響及其控制

5.菌體濃度的影響及其控制

6.CO2的影響及其控制

7.泡沫的影響及其控制第三節(jié)慶大霉素族抗生素第四節(jié)青霉素返回目錄第4頁(yè)/共88頁(yè)抗生素第一節(jié)概述第二節(jié)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制第三節(jié)慶大霉素族抗生素

1.慶大霉素概述

2.發(fā)酵工藝第四節(jié)青霉素返回目錄第5頁(yè)/共88頁(yè)抗生素第一節(jié)概述第二節(jié)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制第三節(jié)慶大霉素族抗生素第四節(jié)青霉素

1.青霉素的發(fā)酵工藝及過(guò)程

2.青霉素的提取與精制返回目錄第6頁(yè)/共88頁(yè)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(lèi)在微量濃度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。返回目錄第7頁(yè)/共88頁(yè)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。返回目錄第8頁(yè)/共88頁(yè)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(lèi)約400多種，其中以β-內(nèi)酰胺類(lèi)、四環(huán)類(lèi)、氨基糖苷類(lèi)及大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)為最常用。第9頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)（一）根據(jù)抗生素的生物來(lái)源分類(lèi)1.放線(xiàn)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(yú)類(lèi)（動(dòng)物）臟器中制得的魚(yú)素。返回目錄第10頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)（二）根據(jù)抗生素的作用分類(lèi)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(chóng)

如魚(yú)素。第11頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)（三）根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)1.β-內(nèi)酰胺類(lèi)它們都包含一個(gè)四元內(nèi)酰胺環(huán)。如青霉素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)（先鋒霉素類(lèi)）。第12頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)（三）根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)2．氨基糖苷類(lèi)（氨基環(huán)醇類(lèi)）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。第13頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)3.大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)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。第14頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)4．四環(huán)類(lèi)以四并苯為母核。如四環(huán)素、土霉素、金霉素。第15頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)5．多肽類(lèi)由氨基酸組成的抗生素，如多粘菌素、桿菌肽。第16頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的分類(lèi)6.其他抗生素凡不屬于上述5類(lèi)的抗生素，如林肯霉素、氯霉素、阿霉素等第17頁(yè)/共88頁(yè)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?？股卦卺t(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。返回目錄第18頁(yè)/共88頁(yè)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)的配伍禁忌第19頁(yè)/共88頁(yè)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。第20頁(yè)/共88頁(yè)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。第21頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的應(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)第22頁(yè)/共88頁(yè)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)。第23頁(yè)/共88頁(yè)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：返回目錄第24頁(yè)/共88頁(yè)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。第25頁(yè)/共88頁(yè)抗生素的生產(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。第26頁(yè)/共88頁(yè)抗生素發(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)期第27頁(yè)/共88頁(yè)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。第28頁(yè)/共88頁(yè)抗生素發(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。第29頁(yè)/共88頁(yè)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制抗生素產(chǎn)生菌在一定條件下吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成其自身菌體細(xì)胞，同時(shí)產(chǎn)生抗生素和其他代謝產(chǎn)物的過(guò)程，稱(chēng)為抗生素發(fā)酵。發(fā)酵過(guò)程是抗生素生產(chǎn)中決定抗生素產(chǎn)量的主要過(guò)程。發(fā)酵過(guò)程由于各種酶系統(tǒng)的作用發(fā)生一系列生化反應(yīng)，各種酶系統(tǒng)的活性受各種因素影響而相互作用。返回目錄第30頁(yè)/共88頁(yè)抗生素發(fā)酵工藝條件的控制發(fā)酵水平的高低，首先受菌種這個(gè)內(nèi)因的限制，但是發(fā)酵過(guò)程的控制也有著極為重要的作用。只有良好的外界環(huán)境因素，才能使菌種固有的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。下面討論發(fā)酵工藝條件及控制對(duì)產(chǎn)生菌的生長(zhǎng)代謝及抗生素生物合成的影響，包括溫度、pH、溶氧、基質(zhì)、壓力、攪拌、通氣等因素的影響與控制。第31頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制1．溫度的影響

抗生素產(chǎn)生菌大多數(shù)是中溫菌，它們的最適生長(zhǎng)溫度一般是20-40℃。在發(fā)酵過(guò)程中，需要維持適當(dāng)?shù)臏囟龋拍苁咕w生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的合成順利地進(jìn)行。返回目錄第32頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制1．溫度的影響（1）溫度影響酶反應(yīng)的速率和蛋白質(zhì)性質(zhì)溫度每增加10℃，反應(yīng)速率增加2倍。但溫度升高，容易引起蛋白質(zhì)變性。第33頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制1．溫度的影響（2）溫度影響發(fā)酵液的性質(zhì)，從而影響產(chǎn)物的合成。如發(fā)酵液的粘度，基質(zhì)和氧在發(fā)酵液中的溶解度和傳遞速率，某些基質(zhì)的分解和吸收速率等，都受溫度變化的影響。進(jìn)而影響發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。第34頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制1．溫度的影響（3）溫度影響產(chǎn)物的合成方向如四環(huán)素發(fā)酵中，隨著發(fā)酵溫度的提高，有利于四環(huán)素的合成，30℃以下多合成金霉素，達(dá)35℃時(shí)就只產(chǎn)四環(huán)素。第35頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制2．引起溫度變化的原因發(fā)酵過(guò)程中，既有產(chǎn)生熱能的因素，又有散失熱能的因素，因而引起發(fā)酵溫度的變化。第36頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制3．溫度的選擇及控制（1）最適溫度的選擇

最適發(fā)酵溫度是既適合菌體的生長(zhǎng)，又適合代謝產(chǎn)物合成的溫度，但最適生長(zhǎng)溫度與最適生產(chǎn)溫度往往不一致。因此根據(jù)發(fā)酵的不同階段，選擇不同的培養(yǎng)溫度。即變溫發(fā)酵

但在工業(yè)發(fā)酵中，由于發(fā)酵液的體積很大，升降溫度比較因難，所以往往在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，采用一個(gè)比較適合的培養(yǎng)溫度使得到的產(chǎn)物產(chǎn)量最高?；蛘咴诳赡軛l件下進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。第37頁(yè)/共88頁(yè)溫度的影響及其控制3．溫度的選擇及控制（2）溫度的控制工業(yè)生產(chǎn)中，大多數(shù)發(fā)酵不需要加熱，需要冷卻的情況較多，通過(guò)熱交換冷卻（冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇形管、列管）。第38頁(yè)/共88頁(yè)pH的影響及其控制1.pH對(duì)發(fā)酵的影響（1）影響酶的結(jié)構(gòu)和活性。細(xì)胞內(nèi)的H+或OH-離子能夠影響酶蛋白的解離度和電荷情況，從而改變酶的結(jié)構(gòu)和功能，引起酶活性的改變。（2）影響菌體對(duì)基質(zhì)的吸收及產(chǎn)物的形成（3）影響發(fā)酵液及產(chǎn)物的性質(zhì)。返回目錄第39頁(yè)/共88頁(yè)pH的影響及其控制2.引起pH變化的因素（1）菌種：菌本身具有一定的調(diào)整周?chē)鷓H的能力。（2）培養(yǎng)基：其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝，是引起pH變化的重要原因。碳源種類(lèi)不同，pH變化不同。（3）培養(yǎng)條件第40頁(yè)/共88頁(yè)pH的影響及其控制3.pH的選擇及控制（1）選擇：微生物發(fā)酵的合適pH范圍一般是在5～8。但生長(zhǎng)最適PH與產(chǎn)物合成的最適pH是不一致的。按發(fā)酵過(guò)程的不同階段，分別控制不同的pH范圍。第41頁(yè)/共88頁(yè)pH的影響及其控制3.pH的選擇及控制（2）控制：①選擇合適的培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方②補(bǔ)加酸或堿加入(NH4)2SO4，NH4OH即可調(diào)節(jié)pH，又補(bǔ)充了N源，亦可加NaOH。③補(bǔ)料例如青霉素發(fā)酵，可通過(guò)控制葡萄糖的補(bǔ)加速率，以控制pH的變化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，延長(zhǎng)發(fā)酵周期，調(diào)節(jié)pH和培養(yǎng)液的特性等幾個(gè)目的。第42頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制1.溶氧的影響

溶氧是需氧發(fā)酵控制的最重要參數(shù)之一。

抗生素發(fā)酵一般都是需氧發(fā)酵，因此它們必須在有氧的條件下，才能獲得大量的能量來(lái)滿(mǎn)足菌體生長(zhǎng)、繁殖和分泌抗生素的需要。但也并不是溶氧愈大愈好，因?yàn)槿苎跆笥袝r(shí)反而抑制產(chǎn)物的形成。返回目錄第43頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制2.影響需氧和供氧的因素（1）影響需氧的因素①微生物的種類(lèi)和生長(zhǎng)階段

微生物種類(lèi)不同，其生理特性不同，代謝活動(dòng)中的需氧量也不同，同一種菌種的不同生長(zhǎng)階段，其需氧量也不同。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)階段的需氧量最大。②培養(yǎng)基的組成和濃度

尤其是碳源的種類(lèi)和濃度對(duì)微生物的需氧量的影響最為顯著，一般說(shuō)，碳源濃度在一定范圍內(nèi)，需氧量隨碳源濃度的增加而增加，葡萄糖需氧量最大，蔗糖、乳糖少得多，阿拉伯糖最少。第44頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制2.影響需氧和供氧的因素（1）影響需氧的因素③CO2

在工業(yè)發(fā)酵中，CO2是菌體代謝產(chǎn)生的氣態(tài)終產(chǎn)物，它的生成與菌體的呼吸作用密切相關(guān)，已知CO2在水中的溶解度，在相同壓力條件下是氧溶解度的30倍，因而發(fā)酵過(guò)程中如不及時(shí)將培養(yǎng)液中的CO2除去時(shí)，勢(shì)必影響菌體的呼吸，進(jìn)而影響菌體的代謝活動(dòng)。第45頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制（2）影響供氧的因素①攪拌

增加攪拌功率（即增加攪拌器轉(zhuǎn)速），有利于提高發(fā)酵罐的供氧能力。②空氣流速

空氣流速過(guò)大，不利于空氣在罐內(nèi)的分散與停留，同時(shí)導(dǎo)致發(fā)酵液濃縮，影響氧的傳遞。但空氣流速過(guò)低，也會(huì)影響氧的傳遞，因此空氣流速要適中。第46頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制③發(fā)酵液的物理性質(zhì)

如粘度，發(fā)酵液的表觀粘度與供氧能力成反比。④泡沫

在發(fā)酵過(guò)程中，由于通氣和攪拌而引起發(fā)酵液出現(xiàn)泡沫，泡沫過(guò)多，就會(huì)影響氣液體的充分混合，降低氧的傳遞速率，所以要進(jìn)行消泡?？刹捎孟輨?，但要控制用量第47頁(yè)/共88頁(yè)溶氧的影響及控制3.溶氧的控制（1）通過(guò)控制補(bǔ)料速度來(lái)控制菌體濃度，從而控制發(fā)酵液的攝氧率。補(bǔ)料可以使發(fā)酵過(guò)程最佳化。（2）調(diào)節(jié)溫度，降低培養(yǎng)溫度可提高溶氧濃度。（3）適當(dāng)增加攪拌速度，可提高供氧能力，并及時(shí)排除CO2.第48頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制基質(zhì)：即培養(yǎng)微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).包括：①碳源（糖類(lèi)、淀粉、脂肪、有機(jī)酸和醇、碳?xì)浠衔铮?②氮源（有機(jī)氮源：黃豆餅粉、玉米漿、蛋白胨、酵母粉；無(wú)機(jī)氮源:氨水、硫酸銨、氯化銨、硝酸鹽）;返回目錄第49頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制③無(wú)機(jī)鹽;

④微量元素;

⑤水;⑥前體（在產(chǎn)物的生物合成過(guò)程中，被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結(jié)構(gòu)無(wú)顯著改變的物質(zhì)，稱(chēng)前體。如青霉素G合成時(shí)加入苯乙酸，就是一種外源性前體）;⑦消泡劑，其他如一些生長(zhǎng)因子。第50頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制1.碳源的種類(lèi)和濃度的影響及控制發(fā)酵前期：碳源迅速下降。發(fā)酵中后期：碳源下降趨向平穩(wěn)。（1）碳源與抗生素產(chǎn)量的關(guān)系①迅速利用的C源,如葡萄糖優(yōu)點(diǎn)：有利于菌體的生長(zhǎng)缺點(diǎn)：不利于抗生素的合成②緩慢利用的C源,如乳糖、淀粉、脂肪優(yōu)點(diǎn)：有利于延長(zhǎng)分泌期有利于抗生素合成缺點(diǎn)：菌體生長(zhǎng)緩慢.第51頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制1.碳源的種類(lèi)和濃度的影響及控制（2）碳源的控制：在發(fā)酵培養(yǎng)基中常常采用含迅速和緩慢利用的混合碳源來(lái)控制菌體的生長(zhǎng)和抗生素的合成，并采用中間補(bǔ)料的方法來(lái)控制碳源的濃度。

方法：中間補(bǔ)料即補(bǔ)糖注意：①補(bǔ)糖時(shí)間；②補(bǔ)糖量；③補(bǔ)糖方式,包括小量連續(xù)滴加,小量多次間歇,大量少次。根據(jù)不同的代謝類(lèi)型來(lái)確定補(bǔ)糖時(shí)間、量、方式。第52頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制2.N源的種類(lèi)和濃度的影響及控制（1）N源的影響迅速利用的氮源：氨態(tài)N，如玉米漿能促進(jìn)菌體生長(zhǎng)但抑制抗生素產(chǎn)生。緩慢利用的氮源：蛋白質(zhì)有利于延長(zhǎng)抗生素的分泌期。第53頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制2.N源的種類(lèi)和濃度的影響及控制（2）N源的控制選用快速利用和慢速利用的混合N源。①補(bǔ)加有機(jī)氮源，如尿素、蛋白胨、酵母粉，可提高發(fā)酵單位。②通NH3H2O,既可作為無(wú)機(jī)N源，又可控制pH。通氨是提高發(fā)酵產(chǎn)量的有效措施。第54頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制3.磷酸鹽濃度的影響及控制

磷是微生物菌體生長(zhǎng)繁殖所必需的成分，也是合成產(chǎn)物作必需的，是發(fā)酵生產(chǎn)中的一種限制性營(yíng)養(yǎng)成分。（1）磷酸鹽的影響①促進(jìn)初級(jí)代謝，抑制次級(jí)代謝②抑制抗生素前體的合成③抑制（或阻遏）抗生素生物合成。第55頁(yè)/共88頁(yè)基質(zhì)的影響及其控制3.磷酸鹽濃度的影響及控制（2）磷酸鹽的控制采用生長(zhǎng)亞適量（對(duì)菌體生長(zhǎng)不是最適合但又不影響生長(zhǎng)的量）的磷酸鹽濃度。這個(gè)亞適量要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。第56頁(yè)/共88頁(yè)菌體濃度的影響及其控制菌體（細(xì)胞）濃度，簡(jiǎn)稱(chēng)菌濃，是指單位體積培養(yǎng)液中菌體的含量。菌濃的大小，在一定條件下，不僅反映菌體細(xì)胞的多少，而且反映菌體細(xì)胞生理特性不完全相同的分化階段。在生產(chǎn)上，常常根據(jù)菌濃來(lái)決定合適的補(bǔ)料量和供氧量，以保證生產(chǎn)達(dá)到預(yù)期的水平。返回目錄第57頁(yè)/共88頁(yè)菌體濃度的影響及其控制（一）影響菌體生長(zhǎng)的因素。1.菌濃的大小與菌體生長(zhǎng)速率有密切關(guān)系菌體的生長(zhǎng)速率與微生物的種類(lèi)和自身的遺傳特性有關(guān)，不同種類(lèi)的微生物的生長(zhǎng)速率是不一樣的。2.菌體生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有密切關(guān)系在一定限度以?xún)?nèi)，菌體比生長(zhǎng)速率則隨濃度增加而增加，但超過(guò)此上限，濃度繼續(xù)增加，反而會(huì)引起生長(zhǎng)速率下降。3.菌體生長(zhǎng)與環(huán)境條件（包括溫度、pH、滲透壓和水的活度）有密切關(guān)系。

第58頁(yè)/共88頁(yè)菌體濃度的影響及其控制（二）菌濃的大小對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的得率的影響。1.在適當(dāng)?shù)谋壬L(zhǎng)速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌體濃度成正比關(guān)系。2.菌濃過(guò)高，會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生各種影響。

菌濃過(guò)高，使得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗過(guò)快，培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生明顯的改變，積累有毒物質(zhì)，就可能改變菌體的代謝途徑，特別是引起溶解氧的減少，從而影響產(chǎn)物的合成。第59頁(yè)/共88頁(yè)菌體濃度的影響及其控制注意：抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中，存在一個(gè)臨界菌體濃度。菌體超過(guò)此濃度，抗生素的比生產(chǎn)速率和體積產(chǎn)率都會(huì)迅速下降。臨界菌體濃度是菌體的遺傳特性和發(fā)酵罐的傳氧特性的綜合反映。第60頁(yè)/共88頁(yè)菌體濃度的影響及其控制（三）菌濃的控制

1.首先通過(guò)確定基礎(chǔ)培養(yǎng)基配方的適當(dāng)配比，以控制適當(dāng)?shù)木鷿狻?/p>

2.通過(guò)中間補(bǔ)料來(lái)控制適當(dāng)?shù)木鷿?。?1頁(yè)/共88頁(yè)CO2

的影響及其控制（一）CO2的來(lái)源和影響CO2是微生物在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中的代謝產(chǎn)物，也是某些合成代謝的基質(zhì)，對(duì)微生物生長(zhǎng)和發(fā)酵具有刺激或抑制作用。返回目錄第62頁(yè)/共88頁(yè)CO2

的影響及其控制1.CO2對(duì)菌體生長(zhǎng)的影響當(dāng)排氣中CO2濃度高于4%時(shí)，菌體的醣代謝和呼吸速率都下降，生長(zhǎng)就受到嚴(yán)重抑制。并且菌絲形態(tài)也隨CO2含量不同而改變。2.CO2對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物合成的影響當(dāng)排氣中CO2濃度高于4%時(shí)，青霉素合成受到強(qiáng)烈抑制。第63頁(yè)/共88頁(yè)CO2

的影響及其控制3.CO2對(duì)培養(yǎng)液的酸-堿平衡的影響引起發(fā)酵液pH的下降。4.CO2影響細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)當(dāng)細(xì)胞膜的脂質(zhì)相中的CO2濃度達(dá)到臨界值時(shí)，膜的流動(dòng)性及表面電荷就發(fā)生改變，使許多基質(zhì)的膜運(yùn)輸受到阻礙，影響細(xì)胞膜的運(yùn)輸效率，導(dǎo)致細(xì)胞處于“麻醉”狀態(tài)，細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，形態(tài)發(fā)生改變，同時(shí)影響產(chǎn)物的合成。第64頁(yè)/共88頁(yè)CO2

的影響及其控制（一）CO2的控制1.增加通氣量和攪拌速率，有利于減少CO2在發(fā)酵液中的濃度。2.通入堿中和CO2形成的碳酸，從而降低CO2的濃度。3.調(diào)節(jié)罐壓，控制CO2的濃度。因?yàn)镃O2的溶解度隨壓力增加而增大。第65頁(yè)/共88頁(yè)CO2

的影響及其控制（一）CO2的控制4.補(bǔ)料會(huì)影響CO2的濃度。

在青霉素生產(chǎn)中，補(bǔ)糖會(huì)增加排氣中CO2的濃度和降低培養(yǎng)液中的pH，因此補(bǔ)糖、CO2

、pH三者具有相關(guān)性，被用于青霉素補(bǔ)料工藝的控制參數(shù)。

第66頁(yè)/共88頁(yè)泡沫的影響及其控制在大多數(shù)抗生素發(fā)酵過(guò)程中，由于培養(yǎng)基中蛋白類(lèi)物質(zhì)的存在，在通氣條件下。培養(yǎng)液中就形成了泡沫。1.泡沫的形成對(duì)發(fā)酵的影響泡沫影響發(fā)酵罐的裝料系數(shù)，減少氧傳遞系數(shù)，造成逃液、影響補(bǔ)料、增加污染雜菌機(jī)會(huì)、影響通氣和攪拌的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、阻礙菌體的呼吸，導(dǎo)致代謝異常，產(chǎn)量下降。

返回目錄第67頁(yè)/共88頁(yè)泡沫的影響及其控制泡沫分二類(lèi)：1.暫時(shí)性泡沫

存在時(shí)間以秒計(jì)，通常在液面上可用除沫槳打碎；2.持久性泡沫

可存在數(shù)小時(shí)、或數(shù)天，這類(lèi)泡沫分散得很細(xì)，很均勻穩(wěn)定，亦稱(chēng)為流態(tài)性泡沫。第68頁(yè)/共88頁(yè)泡沫的影響及其控制2.泡沫的控制：(1)篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，消除起泡的內(nèi)在因素。(2)調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原材料）。(3)改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH、溫度、通氣和攪拌）。(4)改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）。(5)采用機(jī)械消沫或消沫劑消沫。第69頁(yè)/共88頁(yè)泡沫的影響及其控制3.機(jī)械消沫：是一種物理消沫的方法，利用機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力變化而使泡沫破裂。4.消沫劑消沫(1)消沫劑的作用，或者是降低泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度，或者是降低液膜的表面粘度，或者兼有兩者的作用，從而達(dá)到破裂泡沫的目的。(2)常用的消沫劑，主要有天然油脂類(lèi)和聚醚類(lèi)。第70頁(yè)/共88頁(yè)泡沫的影響及其控制天然油脂類(lèi)有豆油、玉米油、菜籽油和豬油。天然油脂類(lèi)不僅用作消沫劑而且可作為碳源和發(fā)酵控制的手段。天然油脂類(lèi)的種類(lèi)和質(zhì)量影響消沫的效果。聚醚類(lèi)消沫劑的品種很多。最常用的是聚氧乙烯氧丙烯甘油（簡(jiǎn)稱(chēng)GPE型），又稱(chēng)泡敵。泡敵可一次加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，在補(bǔ)料時(shí)再加入適量，以達(dá)到消泡的效果。一般總用量為0.01-0.04%。第71頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的概述慶大霉素族抗生素,是一類(lèi)由小單孢菌屬產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似的，含有2-脫氧鏈霉胺的4.6位雙取代的氨基糖苷類(lèi)抗生素。它們是水溶性的堿性抗生素，包括慶大霉素、西索米星、小諾霉素（即慶大霉素C2b）以及相似的化合物。返回目錄第72頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的概述慶大霉素是由2-脫氧鏈霉胺（環(huán)I）、降紅糖胺（環(huán)II）、加拉糖胺（環(huán)III）組成的多組分混合物包括C族、A族、B族第73頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的概述慶大霉素是1963年發(fā)現(xiàn)，1966年用于臨床。是一種殺菌力較強(qiáng)的廣譜抗生素，對(duì)多種革蘭氏陰性菌和陽(yáng)性菌均有較強(qiáng)抗菌作用，特別是對(duì)綠膿桿菌感染而導(dǎo)致的全身疾病有良好療效。因此成為臨床上治療陰性菌感染的首選藥物。但存在一定的毒性反應(yīng)，主要表現(xiàn)為對(duì)腎和耳的毒性第74頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的概述

小諾霉素為慶大霉素的C2b組分，抗菌活性與慶大霉素幾乎相等，而毒性較低。廣泛用于葡萄球菌、綠膿桿菌、大腸桿菌、痢疾桿菌、克雷白肺炎桿菌、變形桿菌等感染引起的敗血癥、支氣管炎、支氣管擴(kuò)張癥、肺炎、胸膜炎、腎盂腎炎、膀胱炎等。第75頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的發(fā)酵工藝流程：返回目錄第76頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的發(fā)酵工藝2.工藝要點(diǎn)（1）菌種慶大霉素產(chǎn)生菌有絳紅色小單孢菌和棘孢小單孢菌。絳紅色小單孢菌的孢子呈圓形，表面不十分光滑，形狀不規(guī)則。棘孢小單孢菌的孢子呈球形，直徑1～1.5μ，表面有0.1～0.2μ的鈍刺。

第77頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的發(fā)酵工藝2.工藝要點(diǎn)（2）培養(yǎng)基

C源：淀粉、玉米粉、葡萄糖。

N源：黃豆餅粉、蛋白胨、魚(yú)粉（尚含濃P，能促進(jìn)菌絲分裂）、硫酸銨。

無(wú)機(jī)鹽：硝酸鉀，有利于細(xì)胞膜的滲透。碳酸鈣，緩沖pH。氯化鈷，激發(fā)酶的活力，提高發(fā)酵單位。

消泡劑：泡敵：消泡力強(qiáng)，但有毒，要控制用量。

豆油：由于成本高，不用。第78頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的發(fā)酵工藝2.工藝要點(diǎn)（3）發(fā)酵：慶大霉素生產(chǎn)采用三級(jí)發(fā)酵形式。發(fā)酵方式屬間歇發(fā)酵，有別于連續(xù)發(fā)酵。其特點(diǎn)是在一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)完成生長(zhǎng)、生產(chǎn)期。全部過(guò)程在一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行，技術(shù)較成熟，但設(shè)備利用率低。第79頁(yè)/共88頁(yè)慶大霉素的發(fā)酵工藝2.工藝要點(diǎn)（3）發(fā)酵：慶大霉素生產(chǎn)采用三級(jí)發(fā)酵形式。發(fā)酵溫度，種子培養(yǎng)階段控制在35～36℃，發(fā)酵階段控制在32～34℃。發(fā)酵周期為5～6天。生長(zhǎng)的最適pH為6.8～7.5，