《次级代谢产物》
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乳糖是早年青霉素生产中使用的碳源，在现代工业生产中则 采用慢速流加葡萄糖的方法，这样既能促进发酵前期的产生菌生 长，又可避免葡萄糖阻遏，从而达到较高的青霉素产量。高浓度 的葡萄糖显著阻遏产黄青霉的ACVS和IPNS生成而不抑制它们的 活性，而在较小程度上阻遏酰基辅酶A：异青霉素N-酰基转移酶 的生成。葡萄糖还导致产黄青霉的乙酰辅酶A合成酶失活，使侧 链前体的活化受阻。用葡萄糖培养的菌体的α-氨基己二酸库缩小， 这显然是由于刺激了细胞生长和作为赖氨酸生物合成中间体的α氨基己二酸向赖氨酸转化所造成的。由于葡萄糖比乳糖更有利于 真菌的生长，由此可见，青霉素的生物合成阶段需要保持亚适生 长条件。
氮咪青霉素：如美西林及其酯匹美西林等，其特点为较耐酶， 对某些阴性杆菌(如大肠、克雷伯氏和沙门氏菌) 有效，但对绿脓杆菌效差。
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青霉素的基本结构与生物合成 选育青霉素生产菌 青霉素的工业生产 青霉素的发酵控制 青霉素的生物合成的调控 青霉素工业生产中注意的问题 青霉素生产的发展
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青霉素的基本结构与生物合成
>30%饱和度
发酵液中苯乙酸浓度 约0.1kg/m3
发酵时间
180~240h
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表一
青霉素的发酵控制
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温度 青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不 同可能稍有差别 , 但一般认为应在25 °C 左 右。温度过高将明显降低发酵产率 , 同时增加 葡萄糖的维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的转 化率。对菌丝生长和青霉素合成来说 , 最适温 度不是一样的, 一般前者略高于后者, 故有的 发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度， 以缩短生长时间, 到达生产阶段后便适当降低 温度 , 以利于青霉素的合成。
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3、解除菌体自身的反馈调节
（1）选育结构类似物抗性突变株 （2）筛选自身耐受性突变株 （3）筛选前体或前体类似物抗性突变株 （4）选育营养缺陷型的回复突变株
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4、增加前体物的合成
缬氨酸是产黄青霉生物合成的前体物。乙酰羟酸合成酶将丙酮 酸转变为乙酰乳酸，最后形成缬氨酸。但是，过量的缬氨酸会反馈 抑制乙酰羟酸合成酶。通过诱变选育缬氨酸对乙酰羟酸合成酶的反 馈抑制比亲株小的产黄青霉，使细胞内积累较多的缬氨酸，是青霉 素产量大幅度提高。
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按其特点可分为 ：
青霉素G类：如青霉素G钾、青霉素G钠、长效西林等。
青霉素V类：(别名：苯氧甲基青霉素、6-苯氧乙酰胺基青霉 烷酸) 如青霉素V钾等（包括有多种剂型）。
耐酶青霉素：如苯唑青霉素(新青Ⅱ号)、氯唑青霉素等。
广谱青霉素：如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等。
抗绿脓杆菌的广谱青霉素：如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、 呋苄青霉素等。
据统计，次级代谢产物的国 际市场估计年产值高达500多亿美 元以上。
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造福人类的青霉素
青霉素G
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青霉素V
青霉素是指分子中含有青霉烷，能破坏细菌的细 胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。
青霉素又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、 配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青 霉素钾。
异青霉素N酰基转移酶
HN
o
o
酰基辅酶A 、苯乙酸
S
CH3
N
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COOH
CH3
（青霉素G）
选育青霉素生产菌
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1、出发菌株的选择 青霉素产生菌主要是产黄青霉。开始生长时，孢子先胀大，长出芽管并急
速伸长，形成隔膜，繁殖成菌丝，然后产生复杂的分支，交织为网状而成菌落。 菌落外观有的平坦，有的褶皱很多，一般都是圆形的。在发育过程中从气生菌 丝形成大梗和小梗，于小梗上着生分生孢子，排列成链状，形状似毛笔。分生 孢子有椭圆形、圆柱形、圆形，每种菌种的孢子均具有一定的形状，多次传代 后也不改变。
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次级代谢产物的类型：
（1）抗感染抗生素 （2）抗肿瘤抗生素 （3）免疫抑制剂 （4）降胆固醇剂 （5）杀寄生虫剂 （6）植物生长激素 （7）杀真菌抗生素 （8）生物杀生剂
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微生物次级代谢产物抗 生素的研制中Β-内酰胺抗生 素已成为主要产品
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次级代谢产物的经济效益是巨大的
过滤，先后用少量丁醇和乙酸乙酯各洗涤晶体两次
湿晶体
在>0.095MPa的真空及50 ℃下干燥
青霉素工业盐
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操作变量
工艺控制点 操作变量 工艺控制点
发酵罐容积
150~200m3
发酵温度
约25℃
装料率
约80%
发酵液pH
约6.5
搅拌输入功率
3~4kW/m3
初始菌体浓度
1.5~1.8kg(干重)/m3
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pH
青霉素发酵的最适 pH 值一般认为在 6. 5 左右 , 有时也可以略高或略低一些 , 但应尽量 避免 pH 值超过7.0。
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溶氧 在青霉素发酵过程中，溶氧有个限值，在此值
之下，青霉素的产量会越来越低，直到青霉素不在产出为 止。我们称这一点为临界点。大多数情况下高粘度发酵液 控制溶氧值为30%，低粘度发酵液控制溶氧值为20%。通 过电极插入罐中发酵液来测量溶氧值，并且匀速搅拌，即 使假设发酵罐中每一点的搅拌都是相同的（这实际上是不 可能实现的），因为发酵液中每一点的生物量都不同，所 以所测的值不是真实的值。如果仅仅是不同的压力的影响， 罐底部的溶氧实际上要比电极测的要高。而表面溶氧值要 比电极在表面所测的溶氧值要低。
H 2N
CH3
cooH
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前青 体霉
素 生 物 合 成
H 2N cooH
H 2N cooH
H 2N cooH
cooH
H 2N
SH
cooH
三肽合成酶
H 2N
CH3 CH3
cooH
HN
o
o
HN
SH
CH3 CH3
（LLD—ACV）
cooH
HN
o
o
异青霉素N合成酶
S N
CH3
（异青霉素N）
CH3
COOH
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菌丝形态 在长期的菌株改良中 , 青霉素 产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状 生长和结球生长两种形态。前者由于所 有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及 氧接触, 故一般比生产速率较高； 后者则 由于发酵液黏度显著降低, 使气-液两相间 氧的传递速率大大提高, 从而允许更多的 菌丝生长 (即临界菌体浓度较高), 发酵罐 体积产率甚至高于前者。
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青霉素的基本结构（活性母核）：
H H3
COOH
6—氨基青霉烷酸 （6—APA）
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噻唑烷环和β—内酰胺环融合
H 2N
S
NH
O
β—内酰胺环
N
噻唑烷环
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① L-α-氨基己二酸
H 2N
cooH
cooH
② L- 半胱氨酸
H 2N
SH
cooH
③ L-缬氨酸
CH3
2、切断支路代谢 （1）当菌种的初级代谢和次级代谢处于分路途径时，初级代谢产物的营养缺陷 突变菌株常可使相应的次级代谢产物增产。 （2）青霉素的生物合成受赖氨酸的反馈抑制，这是由于赖氨酸可使高柠檬酸合 成酶受到抑制或阻遏，因此选育赖氨酸缺陷突变株，通过在培养基中限量添加赖 氨酸，可使青霉素产量明显提高。
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在青霉素发酵生产中,通常采用25℃ 恒温控制法。抗生素发酵一般不能在整个 发酵周期内只选一个最合适的培养温度, 因为适合于菌生长的温度不一定适合于抗 生素的合成,反之,适合于抗生素合成的温 度亦不一定适合于菌的生长。青霉菌的最 合适生长温度为30℃,而最适于青霉素合 成的温度是20℃左右。
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从菌体生化代谢角度来说，由于次级代谢产物 的化学结构是多种多样的，菌体合成抗生素的生化 代谢途径也是多样的。但许多抗生素的基本结构是 由少数几种初级代谢产物构成的。所以，次级代谢 产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代 谢产物合成途径并不是独立的，而是与初级代谢产 物合成途径有着密切的关系。
发酵罐 用种子罐按10%~15%体积接种，在25 ℃及通气、搅拌下补料 分批培养200~240h
发酵液
冷却至5 ℃左右，絮凝、过滤
发酵滤液
用15%硫酸调节pH2.0~2.2，按1：3.5~1：4.0体积比加入乙酸丁
酯（BA）及适量破乳剂，在5 ℃左右进行逆流萃取
一次BA萃取液
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一次BA萃取液
一次水提液
按1：4~1：5体积比加入1.5%NaHCO3缓冲液，在5 ℃左右 进行逆流反萃取
用15%硫酸调节pH2.0~2.2，按1：3.5~1：4.0体积比加入乙
酸丁酯（BA），在5 ℃左右进行逆流萃取
一次BA萃取液
加入粉末活性炭，搅拌15~20min脱色，然后过滤
脱色液 结晶混悬液
按脱色液中青霉素含量计算所需钾量的110%加入25%乙酸 钾丁醇溶液，在真空度>0.095MPa及45~48 ℃下共沸结晶
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在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适 当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关 键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持 适当大小和松紧 , 并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形 态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的 剪切强度及比生长速率密切相关。
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青霉素的工业生产
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丝 状 菌 发 酵 工 艺 流 程
补料： 葡萄糖 硫酸铵 氨水 苯乙酸 消沫剂
产黄青霉 真空冷冻干燥或液氮保藏孢子
斜面孢子 琼脂斜面培养基上25℃培养7~9天
米孢子 用斜面孢子悬浮液接种于大米或小米基质上25℃培养6~7天
种子罐 用孢子米粒或孢子悬浮液接种，26 ℃通气、搅拌培养60~68h
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青霉素的生物合成的调控
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生物合成的调控：
1、碳源调控
青霉素的生物合成在很大程度上受葡萄糖和蔗糖及在较 小程度上受麦芽糖、果糖、甘露糖等其他糖的调控，而不受 乳糖调控。研究表明，葡萄糖能被菌体迅速利用而有利于菌 体生长，但抑制青霉素合成，而被缓慢利用的乳糖，却是产 生青霉素的最好碳源。乳糖是有葡萄糖和半乳糖所组成的双 糖，并不是合成青霉素的特殊前体，所以乳糖比葡萄糖优越 的主要原因是乳糖被缓慢水解成单糖的速度正好符合产黄青 霉生产期合成青霉素的需要，而不会产生很高浓度的分解产 物来抑制青霉素的合成，因此，碳源的缓慢利用时大量合成 青霉素的关键。
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菌丝浓度 发酵过程中必须控制菌丝浓度不 超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧 消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉 素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小, 维持因数越大,呼吸 强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的 流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发 酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的 发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率 上升, 从而提高临界菌体浓度。
通气率
40~60Nm3/(m３＊h) 补料液中葡萄糖浓度 约450kg/m3
空气压力（表压）
0.2MPa
葡萄糖补加率
1.0~2.5kg/(m3*h）
发酵液上方空气压力（表压） 0.03~0.06MPa
发酵液中铵氮浓度 0.25~0.34kg/m3
液相氧体积传递系数（KLa） 200h-1
发酵液中溶氧浓度
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次级代谢产物
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两个概念 ：初级代谢产物，次级代谢产物
• 初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁 殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。
• 次级代谢产物：从初级代谢途径中形成分枝代 谢途径，并用初级代谢产物生成与菌体生长繁 殖无关的物质或功能还未明的化合物，这个过 程称次级代谢，产物称次级代谢产物，如抗生 素、毒素、色素。
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菌丝生长速度 用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限 制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生 长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时， 比生产速率与比生长速率成正比, 当比生长速率高于 O. 015h-1时, 比生产速率与比生长速率无关 D 因此, 要在发 酵过程中达到并维持最大比生产速率, 必须使比生长速率不 低0.015h-1 。这一比生长速率称为 临界比生长速率。对 于分批补料发酵的生产阶段来说, 维持0.015h斗的临界比 生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍, 这在实际工业生产中是很难实现的。事实上 , 青霉素工业 发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得 多, 却仍然能达到很高的比生产速率。这是由于工业上采用 的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶, 抵消了一部分生 长, 故虽然表观比生长速率低, 但真比生长速率却要高一些。
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在青霉素发酵前期0~50h把温度控制在 最适合青霉菌生长的30 ℃，可促进菌丝迅速 生长尽可能提前进人抗生素分泌期。在 51~160h 间，把温度控制在最适于青霉素合 成的20 ℃ ，可增加抗生素分泌量并维持较长 的分泌期，而160h后又升温培养，可刺激抗 生素的分泌 ，虽然这样会加速菌丝衰老，但 因已近放罐，无碍大局，这个温度控制在25 ℃较好，过高如30 ℃ 会使菌丝过快衰老，反 而不利于增长单位，而温度偏低 如 20℃ 则 起不到刺激后期抗生素分泌的作用，会使单 位偏低。
乳糖是早年青霉素生产中使用的碳源，在现代工业生产中则 采用慢速流加葡萄糖的方法，这样既能促进发酵前期的产生菌生 长，又可避免葡萄糖阻遏，从而达到较高的青霉素产量。高浓度 的葡萄糖显著阻遏产黄青霉的ACVS和IPNS生成而不抑制它们的 活性，而在较小程度上阻遏酰基辅酶A：异青霉素N-酰基转移酶 的生成。葡萄糖还导致产黄青霉的乙酰辅酶A合成酶失活，使侧 链前体的活化受阻。用葡萄糖培养的菌体的α-氨基己二酸库缩小， 这显然是由于刺激了细胞生长和作为赖氨酸生物合成中间体的α氨基己二酸向赖氨酸转化所造成的。由于葡萄糖比乳糖更有利于 真菌的生长，由此可见，青霉素的生物合成阶段需要保持亚适生 长条件。
氮咪青霉素：如美西林及其酯匹美西林等，其特点为较耐酶， 对某些阴性杆菌(如大肠、克雷伯氏和沙门氏菌) 有效，但对绿脓杆菌效差。
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青霉素的基本结构与生物合成 选育青霉素生产菌 青霉素的工业生产 青霉素的发酵控制 青霉素的生物合成的调控 青霉素工业生产中注意的问题 青霉素生产的发展
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青霉素的基本结构与生物合成
>30%饱和度
发酵液中苯乙酸浓度 约0.1kg/m3
发酵时间
180~240h
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表一
青霉素的发酵控制
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温度 青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不 同可能稍有差别 , 但一般认为应在25 °C 左 右。温度过高将明显降低发酵产率 , 同时增加 葡萄糖的维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的转 化率。对菌丝生长和青霉素合成来说 , 最适温 度不是一样的, 一般前者略高于后者, 故有的 发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度， 以缩短生长时间, 到达生产阶段后便适当降低 温度 , 以利于青霉素的合成。
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3、解除菌体自身的反馈调节
（1）选育结构类似物抗性突变株 （2）筛选自身耐受性突变株 （3）筛选前体或前体类似物抗性突变株 （4）选育营养缺陷型的回复突变株
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4、增加前体物的合成
缬氨酸是产黄青霉生物合成的前体物。乙酰羟酸合成酶将丙酮 酸转变为乙酰乳酸，最后形成缬氨酸。但是，过量的缬氨酸会反馈 抑制乙酰羟酸合成酶。通过诱变选育缬氨酸对乙酰羟酸合成酶的反 馈抑制比亲株小的产黄青霉，使细胞内积累较多的缬氨酸，是青霉 素产量大幅度提高。
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按其特点可分为 ：
青霉素G类：如青霉素G钾、青霉素G钠、长效西林等。
青霉素V类：(别名：苯氧甲基青霉素、6-苯氧乙酰胺基青霉 烷酸) 如青霉素V钾等（包括有多种剂型）。
耐酶青霉素：如苯唑青霉素(新青Ⅱ号)、氯唑青霉素等。
广谱青霉素：如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等。
抗绿脓杆菌的广谱青霉素：如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、 呋苄青霉素等。
据统计，次级代谢产物的国 际市场估计年产值高达500多亿美 元以上。
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造福人类的青霉素
青霉素G
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青霉素V
青霉素是指分子中含有青霉烷，能破坏细菌的细 胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。
青霉素又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、 配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青 霉素钾。
异青霉素N酰基转移酶
HN
o
o
酰基辅酶A 、苯乙酸
S
CH3
N
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COOH
CH3
（青霉素G）
选育青霉素生产菌
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1、出发菌株的选择 青霉素产生菌主要是产黄青霉。开始生长时，孢子先胀大，长出芽管并急
速伸长，形成隔膜，繁殖成菌丝，然后产生复杂的分支，交织为网状而成菌落。 菌落外观有的平坦，有的褶皱很多，一般都是圆形的。在发育过程中从气生菌 丝形成大梗和小梗，于小梗上着生分生孢子，排列成链状，形状似毛笔。分生 孢子有椭圆形、圆柱形、圆形，每种菌种的孢子均具有一定的形状，多次传代 后也不改变。
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次级代谢产物的类型：
（1）抗感染抗生素 （2）抗肿瘤抗生素 （3）免疫抑制剂 （4）降胆固醇剂 （5）杀寄生虫剂 （6）植物生长激素 （7）杀真菌抗生素 （8）生物杀生剂
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微生物次级代谢产物抗 生素的研制中Β-内酰胺抗生 素已成为主要产品
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次级代谢产物的经济效益是巨大的
过滤，先后用少量丁醇和乙酸乙酯各洗涤晶体两次
湿晶体
在>0.095MPa的真空及50 ℃下干燥
青霉素工业盐
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操作变量
工艺控制点 操作变量 工艺控制点
发酵罐容积
150~200m3
发酵温度
约25℃
装料率
约80%
发酵液pH
约6.5
搅拌输入功率
3~4kW/m3
初始菌体浓度
1.5~1.8kg(干重)/m3
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pH
青霉素发酵的最适 pH 值一般认为在 6. 5 左右 , 有时也可以略高或略低一些 , 但应尽量 避免 pH 值超过7.0。
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溶氧 在青霉素发酵过程中，溶氧有个限值，在此值
之下，青霉素的产量会越来越低，直到青霉素不在产出为 止。我们称这一点为临界点。大多数情况下高粘度发酵液 控制溶氧值为30%，低粘度发酵液控制溶氧值为20%。通 过电极插入罐中发酵液来测量溶氧值，并且匀速搅拌，即 使假设发酵罐中每一点的搅拌都是相同的（这实际上是不 可能实现的），因为发酵液中每一点的生物量都不同，所 以所测的值不是真实的值。如果仅仅是不同的压力的影响， 罐底部的溶氧实际上要比电极测的要高。而表面溶氧值要 比电极在表面所测的溶氧值要低。
H 2N
CH3
cooH
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前青 体霉
素 生 物 合 成
H 2N cooH
H 2N cooH
H 2N cooH
cooH
H 2N
SH
cooH
三肽合成酶
H 2N
CH3 CH3
cooH
HN
o
o
HN
SH
CH3 CH3
（LLD—ACV）
cooH
HN
o
o
异青霉素N合成酶
S N
CH3
（异青霉素N）
CH3
COOH
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菌丝形态 在长期的菌株改良中 , 青霉素 产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状 生长和结球生长两种形态。前者由于所 有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及 氧接触, 故一般比生产速率较高； 后者则 由于发酵液黏度显著降低, 使气-液两相间 氧的传递速率大大提高, 从而允许更多的 菌丝生长 (即临界菌体浓度较高), 发酵罐 体积产率甚至高于前者。
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青霉素的基本结构（活性母核）：
H H3
COOH
6—氨基青霉烷酸 （6—APA）
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噻唑烷环和β—内酰胺环融合
H 2N
S
NH
O
β—内酰胺环
N
噻唑烷环
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① L-α-氨基己二酸
H 2N
cooH
cooH
② L- 半胱氨酸
H 2N
SH
cooH
③ L-缬氨酸
CH3
2、切断支路代谢 （1）当菌种的初级代谢和次级代谢处于分路途径时，初级代谢产物的营养缺陷 突变菌株常可使相应的次级代谢产物增产。 （2）青霉素的生物合成受赖氨酸的反馈抑制，这是由于赖氨酸可使高柠檬酸合 成酶受到抑制或阻遏，因此选育赖氨酸缺陷突变株，通过在培养基中限量添加赖 氨酸，可使青霉素产量明显提高。
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在青霉素发酵生产中,通常采用25℃ 恒温控制法。抗生素发酵一般不能在整个 发酵周期内只选一个最合适的培养温度, 因为适合于菌生长的温度不一定适合于抗 生素的合成,反之,适合于抗生素合成的温 度亦不一定适合于菌的生长。青霉菌的最 合适生长温度为30℃,而最适于青霉素合 成的温度是20℃左右。
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从菌体生化代谢角度来说，由于次级代谢产物 的化学结构是多种多样的，菌体合成抗生素的生化 代谢途径也是多样的。但许多抗生素的基本结构是 由少数几种初级代谢产物构成的。所以，次级代谢 产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代 谢产物合成途径并不是独立的，而是与初级代谢产 物合成途径有着密切的关系。
发酵罐 用种子罐按10%~15%体积接种，在25 ℃及通气、搅拌下补料 分批培养200~240h
发酵液
冷却至5 ℃左右，絮凝、过滤
发酵滤液
用15%硫酸调节pH2.0~2.2，按1：3.5~1：4.0体积比加入乙酸丁
酯（BA）及适量破乳剂，在5 ℃左右进行逆流萃取
一次BA萃取液
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一次BA萃取液
一次水提液
按1：4~1：5体积比加入1.5%NaHCO3缓冲液，在5 ℃左右 进行逆流反萃取
用15%硫酸调节pH2.0~2.2，按1：3.5~1：4.0体积比加入乙
酸丁酯（BA），在5 ℃左右进行逆流萃取
一次BA萃取液
加入粉末活性炭，搅拌15~20min脱色，然后过滤
脱色液 结晶混悬液
按脱色液中青霉素含量计算所需钾量的110%加入25%乙酸 钾丁醇溶液，在真空度>0.095MPa及45~48 ℃下共沸结晶
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在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适 当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关 键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持 适当大小和松紧 , 并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形 态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的 剪切强度及比生长速率密切相关。
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青霉素的工业生产
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丝 状 菌 发 酵 工 艺 流 程
补料： 葡萄糖 硫酸铵 氨水 苯乙酸 消沫剂
产黄青霉 真空冷冻干燥或液氮保藏孢子
斜面孢子 琼脂斜面培养基上25℃培养7~9天
米孢子 用斜面孢子悬浮液接种于大米或小米基质上25℃培养6~7天
种子罐 用孢子米粒或孢子悬浮液接种，26 ℃通气、搅拌培养60~68h
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青霉素的生物合成的调控
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生物合成的调控：
1、碳源调控
青霉素的生物合成在很大程度上受葡萄糖和蔗糖及在较 小程度上受麦芽糖、果糖、甘露糖等其他糖的调控，而不受 乳糖调控。研究表明，葡萄糖能被菌体迅速利用而有利于菌 体生长，但抑制青霉素合成，而被缓慢利用的乳糖，却是产 生青霉素的最好碳源。乳糖是有葡萄糖和半乳糖所组成的双 糖，并不是合成青霉素的特殊前体，所以乳糖比葡萄糖优越 的主要原因是乳糖被缓慢水解成单糖的速度正好符合产黄青 霉生产期合成青霉素的需要，而不会产生很高浓度的分解产 物来抑制青霉素的合成，因此，碳源的缓慢利用时大量合成 青霉素的关键。
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菌丝浓度 发酵过程中必须控制菌丝浓度不 超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧 消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉 素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小, 维持因数越大,呼吸 强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的 流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发 酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的 发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率 上升, 从而提高临界菌体浓度。
通气率
40~60Nm3/(m３＊h) 补料液中葡萄糖浓度 约450kg/m3
空气压力（表压）
0.2MPa
葡萄糖补加率
1.0~2.5kg/(m3*h）
发酵液上方空气压力（表压） 0.03~0.06MPa
发酵液中铵氮浓度 0.25~0.34kg/m3
液相氧体积传递系数（KLa） 200h-1
发酵液中溶氧浓度
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次级代谢产物
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两个概念 ：初级代谢产物，次级代谢产物
• 初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁 殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。
• 次级代谢产物：从初级代谢途径中形成分枝代 谢途径，并用初级代谢产物生成与菌体生长繁 殖无关的物质或功能还未明的化合物，这个过 程称次级代谢，产物称次级代谢产物，如抗生 素、毒素、色素。
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菌丝生长速度 用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限 制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生 长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时， 比生产速率与比生长速率成正比, 当比生长速率高于 O. 015h-1时, 比生产速率与比生长速率无关 D 因此, 要在发 酵过程中达到并维持最大比生产速率, 必须使比生长速率不 低0.015h-1 。这一比生长速率称为 临界比生长速率。对 于分批补料发酵的生产阶段来说, 维持0.015h斗的临界比 生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍, 这在实际工业生产中是很难实现的。事实上 , 青霉素工业 发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得 多, 却仍然能达到很高的比生产速率。这是由于工业上采用 的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶, 抵消了一部分生 长, 故虽然表观比生长速率低, 但真比生长速率却要高一些。
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在青霉素发酵前期0~50h把温度控制在 最适合青霉菌生长的30 ℃，可促进菌丝迅速 生长尽可能提前进人抗生素分泌期。在 51~160h 间，把温度控制在最适于青霉素合 成的20 ℃ ，可增加抗生素分泌量并维持较长 的分泌期，而160h后又升温培养，可刺激抗 生素的分泌 ，虽然这样会加速菌丝衰老，但 因已近放罐，无碍大局，这个温度控制在25 ℃较好，过高如30 ℃ 会使菌丝过快衰老，反 而不利于增长单位，而温度偏低 如 20℃ 则 起不到刺激后期抗生素分泌的作用，会使单 位偏低。