红霉素链霉菌发酵液中提取红霉素

目录目录 (1)一、设计背景 (1)1.1、红霉素简介 (1)1、抗生素分为 (1)2、红霉素的作用及应用范围： (1)3、目前市场上的主要红霉素商品有： (1)1.2、红霉素的生物合成 (2)合成机理 (2)1.3、红霉素的生产原理及步骤 (2)二、红霉素的生产流程 (2)2.1、一般流程 (2)2.2、发酵工艺要点 (2)1、种子 (2)2．培养基 (3)(1)碳源： (3)(2)氮源： (3)(3)前体： (3)3．培养条件的控制 (3)(1)通气和搅拌： (3)(2)温度： (3)(3)pH： (3)(4)中间补料： (3)(5)通氨： (4)(6)发酵液浓度的控制： (4)(7)泡沫与消沫 (4)2.3、发酵液的成分和提取难度分析 (4)1、发酵液的成分 (4)2、红霉素的分离提纯具有以下特点: (4)三、提取红霉素的方法选择 (4)3.1、预处理 (5)1、预处理的目的: (5)2、发酵液预处理的常用方法: (5)（1）加水稀释法和加热法： (5)（2）调节PH值： (5)（3）凝聚和絮凝： (5)（4）使用惰性助滤剂： (5)（5）使用反应剂： (5)（6）膜处理 (5)（7）离心： (5)3、预处理方法的选择 (5)3.2、固液分离及粗提取 (6)3.3、分离纯化 (6)1、传统的提取工艺——溶媒萃取法 (6)（1）原理： (6)（2）缺点： (6)（3）实际生产中还存在的问题 (7)（4）改进方案——溶媒萃取结合中间盐沉淀法 (7)2、萃取法提取红霉素的改进技术 (8)（1）固定床溶剂萃取法 (8)（2）以乙酸仲丁酯为萃取剂 (8)（3）薄膜浓缩法 (8)（4）双水相萃取 (9)（5）相转变萃取 (9)3、盐析法 (9)4、膜分离技术的应用 (9)（1）50nm陶瓷膜过滤 (10)（2）超滤——纳滤 (10)（3）100nm陶瓷膜微滤——纳滤 (10)5、大孔树脂吸附法的应用 (10)3.4、各种分离纯化方法的比较： (11)四、工艺流程设计 (12)4.1、总工艺流程图： (12)1、工艺过程 (12)（1）絮凝剂 (13)（2）超滤 (13)（3）纳滤膜浓缩系统 (13)（4）萃取、结晶 (14)（5）EA(挥发性有机物萃取吸收)系统 (14)2、优点分析 (15)第2页一、设计背景1.1、红霉素简介1、抗生素分为：1、β-内酰胺类如青霉素类、头孢类等。

2、氨基糖苷类如链霉素、庆大霉素等。

3、大环内酯类如红霉素、麦迪加霉素等。

4、四环素类如四环素、土霉素类等。

红霉素是大环内酯类抗生素，是一种碱性抗生素，红霉素可分为四类：红霉素A、B、C、D（R1、R2基团不同）红霉素A是白色或类白色的结晶性粉末，微有吸湿性，味苦，易溶于醇类、丙酮、氯仿、酯类（如乙酯、丁酯、戊酯等），微溶于乙醚。

在水中的溶解度为2mg/ml（25℃左右），它随着温度的升高而减少。

在室温和pH 6～8的条件下，其溶液相当稳定，温度升高稳定性下降。

红霉素熔点为135～140℃（游离碱水合物），190～193℃（无水游离碱）。

且具有旋光性和紫外吸收峰。

红霉素碱能和有机酸或无机酸类结合成盐，其盐类易溶于水。

在临床上具有广泛用途的是红霉素A，它的抑菌活性最高。

2、红霉素的作用及应用范围：红霉素是广谱抗生素，对格兰阳性菌作用强，临床上主要用于呼吸道感染、皮肤与软组织感染、泌尿生殖系统感染及胃肠道感染等。

用于治疗腹泻、菌痢、胆结石、胆囊炎、绿脓杆菌继发感染、支气管炎、哮喘和脓毒性心内膜炎皆有效。

红霉素还起到预防心脏病的作用，用于辅助治疗肺癌和节段性回肠炎。

亦可用于预防风湿季节性发作。

红霉素得多副作用小。

主要副作用为恶心和呕吐等胃肠道反应，适用于青霉素过敏者。

其作用机理是：核糖体是细胞中蛋白合成场所，无论原核或真核细胞内核糖体的含量都与细胞蛋白合成活性直接相关。

一旦核糖体功能受到破坏，细胞会由于不能合成蛋白而死亡。

红霉素在细胞中的作用对象就是核糖体，其作用方式有两种：一是抑制50S核糖体大亚基的形成，另一个是抑制核糖体的翻译作用。

3、目前市场上的主要红霉素商品有：红霉素软膏、罗红霉素、红霉素眼膏、红霉素肠溶胶囊、红霉素肠溶片、红霉素片、罗红霉素片、红霉素分散片等等。

第1页1.2、红霉素的生物合成合成机理红霉素的生源主要来自葡萄糖和氨基酸，其生物合成过程是一个相当复杂的过程，下面是红霉素生物合成的最后几步：①丙酸盐经过多步反应形成中间体6-脱氧红霉内酯B；②在C-6上进行羟基化反应形成红霉内酯B；③L-红霉糖转至内酯环的C-3位羟基上形成3-α-L-碳霉糖基红霉内酯B；④D-红霉氨基糖结构部分转移至C-5羟基后得到红霉素D；⑤红霉素D在C-12羟基化可得红霉素C，红霉素C再甲基化则得红霉素A；⑥红霉素D的红霉糖部分甲基化可形成红霉素B 。

红霉素生物合成过程中红霉素反馈调节生物合成最后一步酶—甲基化酶的活性，而丙酸激酶和丙酰-CoA羧化酶的活化与红霉素合成有关。

1.3、红霉素的生产原理及步骤红霉素是由红色糖多孢菌（红霉素链霉菌）发酵产生的。

生产上一般是将其孢子悬液接入种子罐，种子扩大培养2次后移入发酵罐进行发酵，发酵液经过预处理后，再经溶剂萃取进行分离纯化，最后经浓缩结晶干燥后的成品。

生产步骤一般为：红霉素产生菌的培养、红霉素的生物合成、发酵、发酵液的预处理和过滤、红霉素的提取、红霉素的精制。

二、红霉素的生产流程2.1、一般流程红霉素发酵属于好氧发酵过程，在发酵过程中，需不断通入无菌空气并搅拌，以维持一定的罐压和溶氧。

发酵过程中应严格控制发酵温度、发酵液还原糖量、pH值、溶氧量及发酵液粘度等，以便红色糖多孢菌能够大量合成红霉素并排至胞外。

生产中还要加入消泡剂以控制泡沫。

在发酵期间每隔一定时间也要取样进行分析、镜检及无菌试验，检测生产状况，分析或控制相关参数2.2、发酵工艺要点1、种子种子培养5 ℃.60～70h第2页红霉素斜面袍子培养基是由玉米浆、淀粉、氯化钠、硫酸铵等组成。

其中玉米浆质量对袍子的外观及生产能力有直接影响，会出现“黑点”(即灰色焦状茵落)。

有的生产厂以蛋白陈代替玉米浆会使黑点减少甚至不出现，但其袍子量少。

袍子培养基消毒后必须快速冷却为妥，过长对袍子生长不利。

温度37℃，湿度要求50％左右，母瓶斜面培养9d，子瓶斜面培养7d。

要求成熟的把子呈深米黄色，色泽新鲜、均匀、无黑点，把子瓶背面有红色色素，并要求每瓶的袍子数不低于1亿个。

将子瓶斜面把子制成袍子悬浮液，用微孔接种的方式接人种子罐。

种子罐及繁殖罐的培养基由花生饼粉、蛋白陈、硫酸铵、淀粉、葡萄糖等组成。

种子罐的培养温度为35℃，培养时间65h左右；繁殖罐培养温度33℃，培养时间40h左右。

均按移种标准检查，符合要求进行移种。

2．培养基发酵培养基成分由黄豆饼粉、玉米浆、淀粉、制钩糖、碳酸钙、硫酸铵、磷酸一氢钾等组成。

(1)碳源：以葡萄糖为主(占80％一85％)，其次是淀粉(占15％一25％)。

为了降低成本与节粮，生产上常用母液糖代替固体葡萄糖。

(2)氮源：以黄豆饼粉为主，其次是玉米浆和硫酸铵。

中间补料有花生饼粉、蛋白陈、酵母粉及氨水。

黄豆饼粉因消毒时泡沫较多，故一、二级种子罐及后期补料用部分花生饼粉代替，玉米桨质量对红霉素生物合成也有影响。

有的工厂以玉米胚芽粉代替，因玉米胚芽粉的合磷量低于玉米浆，因此配方中无机磷用量相应增加。

采用丰富培养基往往能提高发酵单位，但培养基丰富了，固形物增加使溶解氧随之下降，限制了抗生家产量的近—步提高。

采用基础原料液体化，即用蛋白酶水解各种饼粉，取滤液(酶解液)代替固体饼粉进行发酵，6加上酶解液进行中间补料就使摇瓶发酥单位大幅度提高。

(3)前体：根据红霉家生物合成途径．红霉家c转为红雷素A需要甲基供体。

发酵过程加入丙酸或丙醇作为前体以提高红霉家A的产量。

两酸作前体时其加入量、加入速度及加入浓度控制不当易使菌丝自溶，甚至全罐损失。

最好加入水稀释降低丙胶浓度，减慢加入速度或用丙酸钠代替。

丙醇作前体时，代谢较稳定，对pH影响小，发酵单位及成品的量都比较高，但要注意防火安全。

国外介绍，菌种选育时用豆油作碳源可使产生菌利用脂肪酸的能力相应提高培养基也用豆油作碳源，可不加前体，非但能提高单位，还可延长周期。

3．培养条件的控制(1)通气和搅拌：发酵最初12小时内通气量保持在0.4vvm，12小时后控制在0.8～1.0vvm，所用搅拌输入功率为1.5～2kW/1000L。

增大空气流量和加快搅拌转速会提高发酵单位，但必须加强补料的工艺控制，防止菌丝早衰自溶。

(2)温度：采用全程31℃培养，红色链霉菌对温度较敏感，若前期33℃培养，则菌丝生长繁殖速度加快，40h新度即达最高峰，但衰老自溶亦快，发酵液容易下降。

31℃培养菌丝生长虽比33℃馒，48h新度方达最高峰，但衰老较馒，使新度下降速度减缓，转稀时间推迟。

(3)pH：整个发酵过程维持在6．6—7．2，菌丝生长良好，不自治，发酵单位稳定。

如在接种后24h内pH过低或偏高，则菌丝生长较馒，生物合成水平的差别也很显著，特别在发酵前期，当pH为5．7—6．3时发酵终厂的单位仅为对照的一半。

当PH为5．3时已经生成的红霉素全部失效，菌丝自溶。

当PH为6．3时红霉素部分失效，pH在6．7—6．9有利于红霉素的生物合成。

(4)中间补料：发酵过程中还原糖控制在1．2％一1．6％范围内，每隔6h6D入葡萄糖，直至故罐前12—18h停止加糖。

有机氮源一般每B4r3—4次。

根据发酵液新度的大小决定补入量的多少，若新度低可增加补料量；反之，则减少补料量，甚至适量补水，故罐前24h停止补料。

前体一般在24h，当发酵液变浓，pH高于6．5时开始补入，每隔24hAR一次，全程共加4至5次，总量为o．7％一o．8％。

第3页(5)通氨：红霉素适宜后期通氨对提高发酵单位和成品质量均有好处，氨水加入方式以滴加为佳。

(6)发酵液浓度的控制：在一定的强度范围内，红霉素c含量与发酵液浓度呈负相关的关系。

因此，适当提高发酵液浓度能减少红霉素c组分的比例，从而保证成品质量。

发酵液熟度与搅拌功效、氮源补人量及培养温度有关。

通过减慢搅拌转速、改变搅拌叶型式、降低罐温、增加有机氮源补量，滴加氨水等能提高发酵液的教度。

但熟度过高会影响溶解氧的浓度，单位明显下降，所以必须因地制宜进行发酵工艺控制。

(7)泡沫与消沫：因发酵培养基有黄豆饼粉，故在培养基消毒及通争气时泡沫较多。

一般以植物油(豆油或菜油)做消沫剂，不宜一次多量加入。

2.3、发酵液的成分和提取难度分析1、发酵液的成分红霉素是通过红色链霉菌发酵而来的，发酵液中除含有约0.4~~0.8%的红霉素外，绝大部分是菌丝体、蛋白质、色素、油等杂质，这些杂质的存在导致发酵液的黏度较大，较难过滤，同时蛋白质和油等的存在使得溶媒萃取时将产生严重的乳化现象。