第17讲 抗生素发酵生产工艺学
抗生素发酵生产工艺
抗生素发酵生产工艺抗生素发酵生产工艺抗生素是一类具有杀菌或抑菌作用的药物，对人类和动植物疾病的治疗起到至关重要的作用。
抗生素的生产主要依赖于微生物发酵技术。
在抗生素发酵生产工艺中，常用的微生物包括青霉素、链霉素和阿奇霉素等。
抗生素的发酵过程主要分为菌种体系培养、种母液培养和发酵液培养三个步骤。
首先，我们需要培养菌种体系。
菌种培养一般分为筛选和种植两个步骤。
筛选菌种是为了选出具有高产量和优良品质的菌株，种植菌种是为了通过大规模培养来获取足够的菌量。
筛选菌种的方法主要有传统的混合培养方法和现代的分离培养方法。
种植菌种则需要提供适宜的培养基，包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
菌种体系的培养需要在合适的温度、PH值和搅拌速度下进行，以保证菌株的健康生长。
接下来是种母液培养。
在种母液培养过程中，需要通过喂养和连续培养来提高菌中抗生素的产量。
喂养是指给菌株提供充足的营养物质，通过控制喂养时间和喂养速度来调节菌株的生长速度和抗生素产量。
连续培养是指在一定的培养条件下，通过不断的增加培养基的流速，实现菌株的连续培养和抗生素的连续产量。
种母液培养需要控制好菌株的温度、PH值、搅拌速度和氧气的供应等，以提高抗生素的产量和质量。
最后是发酵液培养。
发酵液培养是将种母液转移到发酵罐中进行大规模培养的过程。
发酵罐除了具备种母液培养的基本要求外，还需要考虑更多的因素，如气体供应、温度控制、搅拌速度和反应器设计等。
发酵液培养的目标是达到最大的菌株数量和抗生素产量。
为了保证抗生素的纯度和稳定性，还需要对发酵液进行适当的提纯和分离。
这样，最终得到的抗生素就可以应用于医药领域，对各种细菌感染进行治疗。
总之，抗生素的发酵生产工艺是一项复杂而关键的过程。
通过合理的菌种培养、种母液培养和发酵液培养，可以获得高产量和优质的抗生素。
随着生物技术的不断发展和进步，抗生素的发酵生产工艺也在不断完善和优化，为人类健康事业做出了重要贡献。
抗生素发酵工艺
一、名词解释1、分批发酵：在发酵中，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出外，与外部没有物料交换。
2、补料分批发酵：又称半连续发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统不加一定物料的培养技术。
3、前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。
4、接种量：移入种子的体积接种量＝—————————接种后培养液的体积5、次级代谢产物：是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程，这一过程的产物，即为次级代谢产物。
6、实罐灭菌：实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。
7、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。
这些纯种培养物称为种子。
8、倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。
二、填空题1、微生物发酵培养（过程）方法主要有分批培养、补料分批培养、连续培养、半连续培养四种。
2、发酵过程工艺控制的只要化学参数溶解氧、PH、核酸量等.3、发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。
4、微生物的培养基根据生产用途只要分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。
5、常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌6、发酵过程工艺控制的代谢参数中物理参数温度、压力、搅拌转速、功率输入、流加数率和质量等7、染菌原因：发酵工艺流程中的各环节漏洞和发酵过程管理不善两个方面。
8、发酵产物整个分离提取路线可分为：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工加工等五个主要过程。
抗生素的发酵生产工艺.doc
抗生素的发酵生产工艺.doc抗生素是一类广泛应用于医疗和兽医领域的药物，用于预防或治疗细菌感染。
不同的抗生素有不同的化学结构，生产抗生素的方法也因此各不相同。
本文将重点介绍抗生素的发酵生产工艺。
一、抗生素发酵生产的基本流程1. 培养菌抗生素的生产主要依靠微生物，因此首先需要筛选出具有生产该抗生素能力的微生物。
筛选后的微生物将在培养基上进行大规模培养，以提供充足的细胞质和代谢产物。
2. 发酵过程发酵是抗生素生产的关键步骤。
一般采用批量、半连续和全连续三种发酵方式。
其中，批量发酵是最常用的方式。
批量发酵流程如下：①铺面：将培养基注入发酵罐中，通入空气以增氧。
②接种：将筛选得到的微生物接入发酵罐中。
③培养：培养12-24小时，以形成菌体。
④产生抗生素：开始产生目标抗生素，持续时间一般为3-5天。
⑤收获：收获抗生素后，将生产产物进行提纯和精制，以达到合格的药品标准。
1. 青霉素青霉素是一类广泛使用的β内酰胺类抗生素，由链霉素产生的放线菌筛选出，其发酵生产工艺如下：铺面罐：加入甜菜汁、植物硝酸盐和钙磷酸盐等培养基组分，保持pH值的恒定，通入空气以增氧。
发酵罐：将铺面罐的培养液移入发酵罐中，加入接菌液（含有链霉素菌丝的液态培养基），在恒温、恒湿的条件下进行底层搅拌式发酵，温度控制在18℃左右。
霉素沉积罐：将发酵获得的青霉素经过分离和提取，再通过沉淀、烘干、加工等步骤，得到制剂。
培养基：加入淀粉、麦芽粉、氨基酸等营养物质，以提供菌体生长所需的能量和物质。
分离纯化：通过分离、沉淀、过滤、萃取等多种方法，得到纯净的链霉素制剂。
3. 山梨酸钙山梨酸钙是一种广泛使用的防腐剂和保鲜剂，由发酵的亚铁酸菌（Gluconobacter oxydans）产生，其生产工艺如下：基础培养液：加入铵盐、硫酸铵、硫酸亚铁等组分，以满足微生物的基础营养需求。
预处理：将亚铁酸菌接入培养基中，培养24小时，产生菌体。
发酵罐：将预处理得到的菌体接种发酵罐中，发酵温度控制在30℃左右。
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二、培养基选择
1、液体培养基和固体培养基选择 液体培养基：种子培养及大规模发酵生产。 固体培养基：微生物菌种分离、纯化及保留、菌
落特征判定、活细胞数目测定
2.依据微生物营养特点选择培养基
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3、依据生产实践和科学试验要求选择培养基
4.考虑培养基成本 选择标准： ①产物或菌体得率大 ②降低产品分离提纯成本 ③生产能力最高 ④副产品生成最少 ⑤原料质量稳定，供给充分 ⑥工艺过程较易进行
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（2）诱变育种
➢物理或化学方法诱发突变 ➢物理诱变剂: 紫外线、X-射线、γ-射线等 ➢化学诱变剂: 氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等
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杂交育种: 借助有性重组，使不一样菌株遗传 物质得以交换
原生质体融合育种: 借助原生质融合技术实现 遗传物质交换
基因工程育种: DNA体外重组技术定向育种， 技术含量高，应用面广
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四、微生物发酵研究范围
微生物发酵制药是利用微生物进行药品研究、生 产和制剂综合性应用技术科学。研究内容包含微生物 制药用菌选育, 发酵以及产品分离和纯化工艺等。
主要讨论用于各类药品发酵微生物起源和改造、 微生物药品生物合成和调控机制、发酵工艺与主要参 数确实定、药品发酵过程优化控制、质量控制等。
生产利福霉素、蚊霉素等
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放线菌之小单胞菌属 (Micromonospora)
各种可产抗生素, 如棘孢小单胞菌(M. echinospora)产庆大霉素。
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抗生素发酵生产工艺
抗生素发酵生产工艺1. 引言抗生素是一类具有抑制或杀死细菌生长的药物，广泛用于医疗领域。
而抗生素的生产则主要通过发酵过程来实现。
本文将介绍抗生素发酵生产的工艺流程及相关要点。
2. 抗生素发酵生产工艺流程抗生素的发酵生产流程一般包括以下几个关键步骤：2.1. 选材与接种抗生素发酵的起点是菌种的选取与接种。
通常选用的是具有产生目标抗生素能力的细菌或真菌菌种。
接种时应注意保持菌种的纯度，并选择合适的培养基进行预培养。
2.2. 发酵罐配置与预处理发酵罐是抗生素生产的核心设备之一，其配置应根据具体抗生素的特性和工艺要求进行选择。
常见的发酵罐包括摇床发酵罐和搅拌发酵罐。
在进一步发酵前，需要进行罐体消毒和培养基的预处理工作。
2.3. 发酵过程控制发酵过程中，需要对发酵罐中的培养基进行控制和调节，以满足微生物的生长和抗生素的产生需求。
常见的控制参数包括pH值、温度、氧气供应和搅拌速度等。
此外，还需监测微生物的生长和抗生素的产量。
2.4. 抗生素提取与纯化发酵结束后，需要进行抗生素的提取与纯化工作。
常见的提取方法包括有机溶剂法和固相萃取法。
提取后的抗生素需经过一系列工艺步骤，如浓缩、结晶和干燥等，以获得高纯度的抗生素产品。
3. 抗生素发酵生产工艺的关键要点3.1. 培养基配方和优化培养基的配方直接影响着菌种的生长和抗生素的产生。
在选择培养基成分时，需根据目标抗生素的特性和菌种的需求进行优化。
常见的成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。
3.2. 发酵过程参数的控制与调节发酵过程中的参数控制对于抗生素的产量和品质具有重要影响。
pH值、温度、氧气供应和搅拌速度是常见的控制参数，需要根据具体菌种和抗生素的特性进行合理的调节和控制。
3.3. 发酵罐的选择与配置发酵罐的选择与配置应根据抗生素的需求和工艺要求进行。
摇床发酵罐适用于部分产生低分子量抗生素的菌种，而搅拌发酵罐适用于大规模生产。
同时，罐体的材质、内部结构和附件设置也需要考虑。
抗生素发酵生产技术
抗生素发酵生产技术引言抗生素作为一类重要的药物，在医疗领域起到了不可替代的作用。
它们能有效地抑制或杀死病原微生物，帮助人们治疗疾病。
抗生素的发酵生产技术在制药工业中占据重要地位，本文将详细介绍抗生素发酵生产技术的原理、过程和优化方法。
1. 抗生素发酵生产技术的原理抗生素的发酵生产技术是利用微生物代谢产物来合成药物的过程。
一般来说，抗生素是由细菌、真菌或放线菌等微生物通过发酵过程产生的，因此发酵生产技术对于抗生素的制备至关重要。
发酵生产技术的原理基于微生物的代谢特性。
在特定的培养基条件下，微生物可以通过代谢过程合成并分泌抗生素。
这些培养基通常包含碳源、氮源、矿物质和其他必需的营养物质。
通过控制培养基的成分和条件，可以调节微生物的代谢途径，从而提高抗生素的产量和纯度。
2. 抗生素发酵生产技术的过程抗生素发酵生产技术一般包括以下几个主要步骤：2.1 微生物的选育和培养首先需要选育和培养产生特定抗生素的微生物菌株。
一般来说，这些菌株需要具备以下特点：能够产生目标抗生素、生长速度快、代谢产物稳定等。
选育好的菌株需要在实验室中进行预培养，并通过稳定的培养条件进行扩大培养。
2.2 培养基的制备培养基的制备是抗生素发酵过程中的关键环节。
常见的培养基包括液体培养基和固体培养基。
液体培养基适用于大规模发酵生产，而固体培养基适用于筛选产生抗生素菌株。
制备培养基时，需要根据微生物的特点和需求选择合适的配方，并进行消毒处理。
2.3 发酵过程控制发酵过程控制是抗生素发酵生产技术的关键步骤之一。
通过调节发酵罐的温度、pH值、通气速率等条件，可以促进微生物的生长和抗生素的产生。
此外，需要对发酵过程进行监测和控制，确保微生物菌株的稳定生长和抗生素的高产。
2.4 分离和提取经过一段时间的发酵，微生物将产生大量抗生素。
分离和提取是将抗生素从发酵液中分离出来的过程。
常用的分离和提取方法包括离心、过滤、萃取等。
分离和提取的目的是提高抗生素的纯度和收率，为后续的药物制备和质量控制提供有力支持。
抗生素发酵工艺学知识要点
《抗生素发酵工艺学》知识要点（1）发酵工业的生产水平取决于三个要素，即生产菌种、生产工艺、生产设备。
（2）目前无菌检测的方法主要四种，即镜检法、肉汤培养法、平板划线培养和发酵过程异常现象观察法。
（3）发酵醪中菌体分离一般采用离心分离和过滤分离两种方法。
（4）在微生物培养过程中，引起培养基pH值改变的原因主要有营养成份的消耗和代谢物的累积等。
（5）发酵过程控制的目的就是得到最大的比生产率和最大的得率。
（6）发酵工业中常用灭菌方法：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌。
（7）常用工业微生物可分为细菌、酵母菌、霉菌、放线菌四大类。
（8）常用菌种保藏方法有斜面保藏法、沙土管保藏法、液体石蜡保藏法和真空冷冻保藏法等（9）发酵高产菌种选育方法包括自然选育、杂交育种、诱变育种、基因工程育种、原生质体融合（10）发酵产物整个分离提取路线可分为预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化和成品加工等五个主要过程。
（11）工业微生物菌种可以来自自然分离，也可以来自从微生物菌种保藏机构单位获取。
（12）环境无菌的检测方法有显微镜检查法、肉汤培养法、平板培养法、发酵过程的异常观察法等。
（13）发酵罐发酵过程中的物理检测参数有温度、转速、压力、搅拌转速和空气流量）。
（14）前体：是指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大提高的化合物。
（15）发酵生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
（16）生理性酸性物质：经微生物代谢等作用后能形成酸性物质使培养基pH值下降的营养物质。
（17）限制性基质：微生物生长速率与底物浓度有一定的依赖关系，当底物浓度很小，微生物生长速率与底物浓度成正比，此时基质叫限制性基质。
（18）发酵热：所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
第17讲 抗生素发酵生产工艺学
疗上的抗生素以来，至今已找到1万种以上新抗生素
（1984）和合成了7万多种的半合成抗生素，但真正得
到临床应用的常用抗生素仅约五六十种。
9
1.3 抗生素的发展简史
历史
1929年，英国弗莱明发现青霉素
二战期间，大规模发酵生产 世界上最早用于临床的抗菌素
早期：一般认为来源于微生物，且主要作用于细 菌感染。故认为抗生素(antibiotics)是微生物在代谢过 程中产的，在低浓度下就能抑制它种微生物生长和活 动，甚至杀死他种微生物的化学物质。由于抗生素的
这种杀菌能力，我们曾经把这类物质叫做抗菌素。
4
现在：
来源：随着抗生素研究和生产的发展，新的抗生
素的来源正在扩大。可以是微生物、植物（如蒜素、
Pilot plant Evaluation 中试生产
Inoculum Development 32 菌种扩大培养
Scale-up（比拟放大）
models
< 10 dm3
模 拟
> 200 m3
• Same productivity ? • Limitations ?
EL Gadden 33 Jr
Good product Good productivity
摇 瓶 发 酵 Shake-flask fermentation
• • • • • • • • • • • • 装液量：10% (-250ml) 间歇培养 温控受限制 代谢碳水化合物慢 常压 缓冲液控制pH 在线取样难 容量减少 瓶壁上结垢 无需消泡 搅拌受限制 无法控制溶解氧
34
搅 拌 罐 发 酵 Stirred tank fermentation
抗生素发酵生产技术
11
lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
12
分析仪器 Analytical instruments
抗生素发酵生产技术 Antibiotics Fermentation Production
1
抗生素发酵生产技术 Antibiotics Fermentation Production
1. 概述 2. 生产前期研究 3. 生产菌改良 4. 生产工艺过程 5. 发酵条件的控制 6. 提取和精制 1. Introduction 2. Research in Lab 3. Strain improvement 4. Production processing 5. Fermentation control 6. Isolation & purification
现代分析仪器: 现代分析仪器: 核磁共振 毛细管电泳 气相色谱 高效液相色谱 质谱 Modern analytical instruments:
பைடு நூலகம் Nuclear magnetic resonance (NMR) Capillary electrophoresis (CE) Gas chromatography (GC) High performance liquid chromatography (HPLC) Mass spectroscopy (MS) Accuracy 准 确
4
1. 概 述
分 类
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
发酵工程抗生素发酵生产技术概述汇报人：2023-12-20•引言•发酵工程抗生素发酵生产技术原理目录•发酵工程抗生素发酵生产技术流程•发酵工程抗生素发酵生产技术影响因素•发酵工程抗生素发酵生产技术优化策略•发酵工程抗生素发酵生产技术发展趋势与展望目录01引言目的和背景了解抗生素发酵生产技术的原理、过程及影响因素，以提高抗生素生产的效率和品质。
背景抗生素是治疗细菌感染性疾病的重要药物，而发酵工程是抗生素生产的主要技术之一。
因此，对发酵工程抗生素发酵生产技术进行概述具有重要的现实意义。
0102抗生素的重要性抗生素在医疗、畜牧业和农业等领域应用广泛，对于保障全球公共卫生和促进经济发展具有不可替代的作用。
抗生素是治疗细菌感染性疾病的重要药物，对于保障人类健康和预防和治疗动物疾病具有重要作用。
02发酵工程抗生素发酵生产技术原理利用微生物在特定条件下进行代谢和繁殖，产生所需的产品或中间体。
微生物发酵选择适合微生物生长和代谢的培养基，包括碳源、氮源、无机盐等。
培养基选择控制温度、pH值、溶氧量等发酵条件，以优化微生物的生长和代谢。
发酵条件控制发酵工程原理从自然界中筛选具有产生抗生素能力的菌株。
抗生素产生菌筛选发酵条件优化抗生素提取与纯化通过实验方法优化发酵条件，提高抗生素产量。
通过提取和纯化技术，从发酵液中获得高纯度的抗生素。
030201抗生素发酵生产技术原理用于生产抗生素药物，治疗各种细菌感染。
医药领域用于生产农用抗生素，防治植物病害。
农业领域用于生产工业用抗生素，如防腐剂、生物农药等。
工业领域发酵工程抗生素发酵生产技术应用03发酵工程抗生素发酵生产技术流程通过选择具有强抗性、高产量和稳定性的菌株，进行分离、诱变等手段获得所需菌种。
采用不同的培养基和条件，为菌种的生长繁殖提供最佳环境，提高菌体数量和抗生素产量。
菌种选育与培养菌种培养菌种选育发酵过程控制发酵参数监测实时监测发酵液的pH值、温度、压力、溶氧量等参数，确保发酵过程处于最佳状态。
抗生素发酵生产工艺
改进培养基：选择适合菌种生长的营养物质，优化培养基配方，提高 抗生素产量。
基因工程技术的应用：通过基因工程技术对菌种进行改造，提高抗生 素产量。
发酵工艺的优化：通过改进发酵工艺，如分批补料、连续发酵等，提 高抗生素产量。
新技术的不断涌现和应用 单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅
代谢工程的应用 单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅
抗生素发酵生产工艺的未来发展方 向
单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅
市场需求和竞争态势的预测 单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅
发酵液染菌异常：严格控 制灭菌时间和染菌防范措 施
发酵液酸化异常：调整pH 值、补加营养物质等方法 处理
发酵液噬菌体污染：采用 抗病毒药物或更换菌种等 方法处理
发酵液发酵水平低：调整 发酵罐压力、温度、搅拌 速度等参数
发酵液后处理困难：采用 离子交换、结晶、干燥等 方法处理
提高抗生素产量的方法和技术
提取与精制 工艺改进： 采用高效、 低成本的提 取与精制方 法，提高抗 生素纯度和 收率
节能减排与 环保：采用 绿色生产工 艺，降低能 耗和排放， 提高生产可 持续性
新技术应用和前景展望
基因工程技术的应用 单击此处输入(你的)智能图形项正文，文字是您思想 的提炼，请尽量言简意赅
蛋白质工程的应用 前景展望 前景展望
发酵生产工艺简介
发酵酵生产工艺特 点
抗生素发酵生产工艺流程
菌种选育与 改良：选择 具有高效表 达抗生素的 菌株，并进 行遗传改良
抗生素发酵工艺
原理：根据微生物的生理、生化特性，人工创造条件（如干燥、低温、缺氧、缺乏营养等）使微生物代谢活动处于不活泼状态，使其存活且得以延续。在进行保藏时最好是选用菌种的休眠体，如芽孢、孢子。通过保藏可以减少微生物的新陈代谢，降低菌种变异的几率。
典型菌种的优良纯种的休眠体；
01
创造有利于种子休眠的环境（低温、干燥、缺氧、避光、缺少营养）；
放线菌之游动放线菌属 （Actinoplanes） 典型代表：
济南游动放线菌 (Actinoplanes tsinanesisn)
产创新霉素(creatmycin；1964)
壹
贰
真菌之曲霉属(Aspergillus) 生产枸橼酸、葡萄糖酸、有机酸类、抗生素，进行甾体转化。
真菌之青霉属(Penicillum) 产黄青霉(Penicillum chrysogenum) 生产青霉素，也可用来生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸
2
操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离
4
安全性：非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素
3
稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，遗传性状稳定、不易变异退化
一、发酵菌种的选育要求
诱变育种
基因工程
从自然界中获得新菌种
杂交育种
原生质体融合
发酵菌种的选育方法
土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端环境等
培养基组成配比的影响
培养基原材料质量的影响
其他因素的影响
水质的影响
灭菌的影响
第四节 旺盛，PH值偏高，不利于代谢产物积累。
03
碳源过多：PH值偏低。
02
氮源不足：菌体繁殖量过少，影响产量。
04
碳源不足：易引起菌体衰老和自溶。
抗生素生产工艺
抗生素生产的工艺过程现代抗生素工业生产过程如下：菌种→孢子制各→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装A、菌种从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素的微生物，经过分离、选育和纯化后即称为菌种。
菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱(-190℃~-196℃)内保存。
所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和孢子混在一起，经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。
如条件不足时，则沿用砂土管在0℃冰箱内保存的老方法，但如需长期保存时不宜用此法。
一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产能力。
B、孢子制备生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验，若符合规定，才能用来制备种子。
制备孢子时，将保藏的处于休眠状态的孢子，通过严格的无菌手续，将其接种到经灭菌过的固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上，这样培养出来的孢子数量还是有限的。
为获得更多数量的孢子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩大培养。
C、种子制备其目的是使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中，种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养。
或直接将孢子接入种子罐后逐级放大培养。
种子扩大培养级数的多少，决定于菌种的性质、生产规模的大小和生产工艺的特点。
扩大培养级数通常为二级。
摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定数量的液体培养基，灭菌后以无菌操作接入孢子，放在摇床上恒温培养。
在种子罐中培养时，在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。
接种材料为孢子悬浮液或来自摇瓶的菌丝，以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。
接种量视需要而定。
如用菌丝，接种量一般相当于0.1%—2%(接种量的%，系对种子罐内的培养基而言，下同) 。
从一级种子罐接入二级种子罐接种量一般为5%—20%，培养温度一般在25—30℃。
如菌种系细菌，则在32—37℃培养。
在罐内培养过程中，需要搅拌和通入无菌空气。
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核磁共振
毛细管电泳 气相色谱 高效液相色谱 质谱
Automation 自 动
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3.
抗生素生产菌改良
人工诱变法： 紫外线、X-线、r-线
照射
亚硝基胍、亚硝酸、 秋水仙素、氮芥等 诱变剂处理
30
基因工程 Genetic Engineering
Recombinant DNA
Technology
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
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分 析 仪 器 Analytical instruments
现代分析仪器： Modern analytical instruments:
Nuclear magnetic resonance (NMR) Capillary electrophoresis (CE) Gas chromatography (GC) High performance liquid chromatography (HPLC) Mass spectroscopy (MS) Sensitivity Accuracy 灵 敏 准 确
Pilot plant Evaluation 中试生产
Inoculum Development 32 菌种扩大培养
Scale-up（比拟放大）
models
< 10 dm3
模 拟Biblioteka > 200 m3• Same productivity ? • Limitations ?
EL Gadden 33 Jr
Good product Good productivity
早期：一般认为来源于微生物，且主要作用于细 菌感染。故认为抗生素(antibiotics)是微生物在代谢过 程中产的，在低浓度下就能抑制它种微生物生长和活 动，甚至杀死他种微生物的化学物质。由于抗生素的
这种杀菌能力，我们曾经把这类物质叫做抗菌素。
4
现在：
来源：随着抗生素研究和生产的发展，新的抗生
素的来源正在扩大。可以是微生物、植物（如蒜素、
科研人员因出发点不同有不同的分类体系。 可根据生物来源、作用对象、化学结构、作
用机制、生物合成途径等方面对抗生素进行分类。
12
1.4
抗生素的分类
1.4.1 根据抗生素的生物来源分类 (生物学家) （1）放线菌产生的抗生素：如链霉素、四环类
（如四环素）、大环内酯类（如红霉素）、多烯类
（如制霉菌素） 、放线菌素类（如放线菌素D）等。 （其中链霉菌属最多，诺卡氏菌属、小单孢菌次之） （2）真菌产生的抗生素：如青霉菌属和头孢菌属 等分别产生一些很重要的抗生素（青霉素、灰黄霉素、
CH2-CO17
β-内酰胺 环
18
两性霉素
Antibiotics are so complex they can only be synthesized in a living system
19
1.4.4 根据抗生素的作用机制分类
此种分类的优点：便于进行理论研究，有助于了
解抗生素影响病原体新陈代谢的哪些环节，从而找出 治疗的规律，使抗生素的使用更为合理。 （1）抑制细胞壁合成的抗生素：如青霉素。 （2）影响细胞膜功能的抗生素：多烯类抗生素。
（3）大环内脂类抗生素：如红霉素、麦迪加霉素；
（4）四环类抗生素：如四环素、土霉素； （5）多肽类抗生素：如多粘菌素、杆菌肽； （6）蒽环类抗生素：如阿霉素、柔红霉素； （7）喹诺酮类抗生素：如环丙沙星、诺氟沙星。
16
R
H N
S
CH3 CH3
H
O
N
H
COO-
-lactam ring β-内酰胺 环 natural penicillin R =
（3）抑制病原菌蛋白质合成的抗生素：四环素。
（4）抑制核酸合成的抗生素：如影响DNA结构和功能 的丝裂霉素C。 （5）抑制生物能作用的抗生素：如抑制电子转移的 抗霉素。
20
1.4.5 根据抗生素的合成途径分类
（1）氨基酸、肽类衍生物抗生素：如青霉素类、头
孢菌素等寡肽抗生素。
（2）糖类衍生物抗生素：如链霉素等糖苷类抗生素。 （3）以乙酸、丙酸为单位的衍生物抗生素：红霉素 等丙酸衍生物。
6
掌握狭义的抗生素这个概念，需要把握以下几点： A、低分子量
分子量一般不超过几千。如溶菌酶这类酶及其他
复杂的蛋白质分子虽然也具有抗菌活性，但由于它
们的分子量很大，因而在习惯上不将它们归入抗生
素一类。
7
B、天然代谢产物
只有微生物的天然代谢产物才能称为抗生素，通 过化学修饰的只能称为半合成抗生素，根据天然抗生 素的结构完全采用化学合成方法制造的则称为全合成 抗生素。
问题：一种抗生素可能有几种机制，机制非常清楚的
不多。
21
1.5 抗生素的剂量表示法及抗菌谱
1.5.1 抗生素的剂量表示法 抗生素应用时剂量小，因此除重量外，常用特
定的效价单位表示
（1）稀释单位：无法制得纯品，最初的表示方法，
一定基于稀释法定的基准单位。
一个青霉素的效价单位：为能在 50mL 肉汤培养 基中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株的发育的最
头孢菌素）。
13
（3）细菌产生的抗生素：如多粘杆菌、枯草杆菌、
芽孢杆菌等。如多粘菌素。
（4）植物或动物产生的抗生素：从被子植物蒜中
制得的蒜素；从动物脏器中制得的鱼素等。
14
1.4.2 根据抗生素的作用对象分类（医生、病理学家）
（1）广谱抗生素：如氨卞青霉素既抑制G+，又抑制 G（2）抗G+的抗生素：如青霉素， （3）抗G-的抗生素：如链霉素
25
1.7
医疗用抗生素应具备的条件
（1）抗生素在低浓度下对多种病原菌有
效—高效 （2）难以使病原菌产生耐药性—交叉用药， 防止最重要 （3）较大的差异毒性——副作用小
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2．生产前期研究
产生菌的筛选； 抗菌性试验； 提取、精制、鉴定； 毒性试验； 药理和临床试验。
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lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
小青霉素剂量。
一个链霉素效价单位：能在1mL肉汤培养基中完 全抑制大肠杆菌（ATCC9637）发育的最小剂量。
22
（2）重量单位：以抗生素的有效成分（生 理活性成分）的重量作为抗生素的基准单位。
（大多数使用）
一般定义1mg=1400单位。对于各种酸、碱、 盐，指定其中的一个。如链霉素、氯霉素等以 游离碱计，又如金霉素、氯霉素以盐酸盐计。
第17讲 抗 生 素 发 酵 生 产 技 术 Antibiotics Fermentation Production
1
主要内容
1. 概述; 2. 生产前期研究;
3. 生产菌改良;
4. 生产工艺过程;
5. 发酵条件的控制;
6. 提取和精制.
2
1. 概
述
1.1 抗生素的生物起源
生存竞争说：共生与拮抗，抗生素是拮抗菌分泌 的用来与别的微生物战斗的武器。
Secondary Lab fermentor shake flask evaluation evaluation Production different media Condition 二级摇瓶培养 小型发酵罐 各种培养基 模拟生产条件
300 3 30
1
Production Evaluation 生产
23
1.6 抗生素的体外抗菌作用
判断药物有无抗菌作用及其抗菌作用的强弱，有体外和体 内两种试验方法。一般先进行体外抗菌试验，若发现药物有抗 菌作用，可再进行体内抗菌试验。 体外抗菌试验主要用于筛选抗菌药物或测定细菌对药物的 敏感性，所以也称为药敏试验，常用最低抑菌浓度（MIC）表示， 是指药物完全抑制某种微生物的最低浓度。 （1）抑菌、杀菌作用
样性，关于抗生素的定义在专家中一直存在着分歧。
目前，一个大多数专家所接受的定义是：抗生素 是由生物（包括某些微生物、植物和动物在内）在其 生命活动过程中产生的，能在低浓度下有选择地抑制 他种生物机能的低分子量的有机物质。
狭义的定义是：抗生素是低分子量的微生物代谢
产物，能在很低的浓度下抑制其他微生物的生长。
抑菌作用：抗生素存在时细菌的繁殖受到抑制，去除抗生 素后，对细菌的抑制作用消失。 杀菌作用：对细菌的不可逆损害，导致死亡。 （2）菌种的最低药物敏感度测定。
24
最小抑菌浓度（MIC）：培养24h以最低浓度无菌体生长者。 用来表示抗生素的抗菌活性作用，单位是µ g/mL。 最小杀菌浓度（ MBC）：次代继续孵化24h以最低浓度无菌 生长者。即当药物浓度在稍高于MIC值浓度下的抑菌作用是不可 逆的，称为杀菌作用。最低抑菌浓度与最低杀菌浓度可以相同， 也可以有所不同。 最低杀菌浓度的确定即依次将未见细菌生长的各管培养物 各吸取0.1mL涂布于合适的琼脂培养基平板上，在规定的温度下 培养18～24h，平板上的菌落数小于5个的最小稀释度的药物浓 度即为最低杀菌浓度。 （3）抗菌谱：某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围， 称之为该种抗生素的抗菌谱。
摇 瓶 发 酵 Shake-flask fermentation
• • • • • • • • • • • • 装液量：10% (-250ml) 间歇培养 温控受限制 代谢碳水化合物慢 常压 缓冲液控制pH 在线取样难 容量减少 瓶壁上结垢 无需消泡 搅拌受限制 无法控制溶解氧
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搅 拌 罐 发 酵 Stirred tank fermentation