LOGO Edit your company slogan 学习情境二 霉菌发酵制药 发 酵 制 药发 酵 制 药

LOGO Edit your company slogan 子学习情境 2.1 青霉素发酵

LOGO 任务一 抗生素概述

LOGO 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

LOGO 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 。

LOGO 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

LOGO  二、根据作用对象  ( 一 ) 抗 G ＋  （二）抗Ｇ－  （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

LOGO 三、根据化学结构  （一） β －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

LOGO 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

LOGO 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

LOGO  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

LOGO Edit your company slogan 任务二 抗生素工业生产概论

LOGO 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、ｐＨ、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

LOGO  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。

LOGO 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 

LOGO  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１－２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。

LOGO  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。

LOGO  四、 发酵 接种量一般在５－２０％  通气（一般在０．３－１ｍ ３ ／ｍ ３ ） 搅拌（搅 拌功率在１－２千瓦／ｍ ３ ）  温度（视品种而定，一般２６－３７Ｃ ｏ 罐压（一般为０．３－０．５ｋｇ／ｍ ２ ） 消泡（加消泡剂）  补料 发酵周期（大多为４－８天）

LOGO  五、 发酵液的预处理和过滤  （一）预处理  目的：沉淀发酵液中的Ｐｒ和杂质，以增加 过滤速度。  （二）过滤  目的：除去菌丝体

LOGO  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。

LOGO  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

LOGO 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

LOGO  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

LOGO Edit your company slogan 任务三 青霉素的生产

LOGO Ⅰ 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 -

LOGO 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 。 （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

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LOGO Ⅱ 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 ①分生孢子的Ⅰ期； ②菌丝繁殖，原生质嗜碱性很强，有类脂肪小颗粒产生 为Ⅱ期； ③原生质嗜碱性仍很强，形成脂肪粒，积累贮藏物为Ⅲ 期； ④原生质嗜碱性很弱，脂肪粒减少，形成中、小空泡为 Ⅳ期； ⑤脂肪粒消失，形成大空泡为Ⅴ期； ⑥细胞内看不到颗粒，并有个别自溶细胞出现为Ⅵ期。 其中Ⅰ～Ⅳ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。Ⅳ～Ⅴ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。

LOGO Ⅲ 发酵工艺控制 一、青霉素的发酵工艺过程 （一）工艺流程

LOGO  （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

LOGO  （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： PH 球体不可太松，也不可太紧  丝： PH 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

LOGO  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 % 72 小时放罐 % 加 糖率每小时 % 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 %  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

LOGO  3.PH 控制  主要通过加 G 控制 PH  丝 : PH  球： PH  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  发酵罐温

LOGO  5. 通气与搅拌  通气比为 1 ： （ 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

LOGO Ⅳ 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。

LOGO  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。

LOGO Ⅴ 青霉素提炼工艺

LOGO  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

LOGO 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？

LOGO 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？