链霉素生产工艺及结构改造

2.3 无机磷的反馈抑制 正常生长所需的无机磷浓度抑制链霉素的形成。磷酸盐与链霉素的生物合成过程有 密切关系，在链霉素生物合成中有几步磷酸酯酶所催化的去磷酸化反应。过量的磷 酸盐会产生反馈抑制，阻抑这几步的一个或多个磷酸酯酶的活性或形成，因而抑制 链霉素的合成，因此磷酸酯酶的活力与链霉素的形成有密切关系。此外磷酸盐还能 调节链霉胍合成的关键酶——脒基转移酶的形成，高浓度磷酸盐严重阻遏该酶的形成。
2.1 发酵阶段的转变 催化链霉胍的2个转脒基反应的酶，在合成阶段开始时的突然出现是由于新的蛋白 质的合成，而不是蛋白质的激活。
2.2 分解代谢产物的调节 在发酵过程中，除形成链霉素外，还形成一种支路产物—甘露糖链霉素(又叫链霉素 B)。对大多数微生物来说，甘露糖链霉素的生物活性只有链霉素的20%-25%。直到 发酵后期才产生水解甘露糖链霉素的α-D-甘露糖苷酶，能迅速把甘露糖链霉素水解 成链霉素和甘露糖，反应如下： 甘露糖苷酶 链霉素-甘露糖 链霉素+甘露糖
链霉素（Streptomycin）是瓦克斯曼〔Waksman S.A.)于 1944 年从灰色链霉 菌 （Streptomyces,griseus）培养液中分离出来的一种碱性抗生素。链霉素是一种 相 当强的有机碱，也是一种多糖类化合物。其分子结构是由链霉肌、链霉糖和 N-甲 基-L-葡萄糖胺三部分以苷键相联结而成的。链霉素碱稳定性特别差，工业 产品主 要是其硫酸盐形式， 即硫酸链霉素(Streptomycin Sulfate)。
然而链霉素发酵液中绝大部分是菌丝体和未用完的培养基，以及各种各样的代谢产 物，如：蛋白质、多肽、色素和Ca2＋、Mg2＋离子等等，链霉素浓度远较各种杂质的低， 仅为5000单位/毫升左右。大量蛋白、多肽和高价离子(Ca2＋、Mg2＋)的存在对离子交换 吸附影响很大。 在离子交换处理前，一般采用蒸汽加热（70～75℃）方法使蛋白质凝固变性。添加 磷酸或一些络合剂如三聚磷酸等使高价离子草酸、磷酸生成不溶性沉淀物，然后通过板 框过滤或离心分离将这些沉淀物除去。这一预处理将导致10％以上的链霉素所添加的草 酸、磷酸或络合剂，既增加了链霉素提炼成本，又会降低产品纯度、污染环境。 同时所得的发酵滤液中仍存在许多蛋白、多肽和其它各种杂质，将会减少树脂的吸 附容量或污染树脂，造成树脂的沉降和堵塞，进而缩短树脂的寿命，增加 抗生素提炼的 成本。 此外采用离子交换法提炼链霉素，总收率不高，只达72％。同时需大量解吸液。解 吸液中链霉素浓度低，各种杂质如色素、金属离子等含量较高，造成下游工艺处理困难 ， 产品纯度不高。
链霉糖
系统名为3-C－甲酰基－L-5－ 脱氧来苏呋喃糖。它是微生 物代谢中发现的第一个支链 糖，是链霉素的一个组成成 分。由于它对酸碱不稳定,至 今尚未离析出来。
L－双氢链霉糖
链霉素经催化氢化反应制得 双氢链霉素,水解后得到L－双 氢链霉糖，其熔点135～ 140℃，比旋光度【α】D70°。
双氢链霉素
Flow-Cel超滤组件适于处理高粘度的流体并达到较高的浓缩倍数，使含菌 丝/蛋白 及其他大分子物质的浓缩液呈浆糊状，其固体充填密度可达到95％以上。且几乎 不含任何链霉素组分，从而使链霉素预处理的收率达到99％的水平。而且浓缩液 中的菌 丝/蛋白由于未受助滤及絮凝剂的污染而可直接用作动物饲料，既增加了收 入，又减少了 污物处置的费用，因此，受到环保当局的特别推崇。
Flow-Cel超滤技术替代传统的板框压滤/鼓式真空过滤方法。 其最大的特点是在不需 要加入助滤剂、絮凝沉淀剂及其他任何化学试剂的情况下，不仅可把菌丝体及其他 固体杂质完全分离，而且可以把99％以上的蛋白(包括溶解性的蛋白) 与菌丝体一起 剔除。
Flow-Cel超滤技术实质是把传统工艺中剔除蛋白(絮凝沉淀)、菌丝分离（板框压滤/ 鼓式真空过滤），去除乳化(破乳剂的使用)等多种传统的提炼与纯化工艺用FlowCel超滤技术加以替代，既减少了设备的投资，及原辅材料(如助滤剂、絮凝剂、破 乳剂等) 的消耗，还大大提高了链霉素预处理的收率，使得传统意义上板框压滤/ 鼓式真空过滤 工艺中10～15％的链霉素损失下降到1％的水平。
双氢链霉素 由灰色链霉菌产生的广谱抗生素，分子由链霉胍、链霉糖和N－甲基-L-葡萄糖胺组 成。链霉素分子中链霉糖部分的醛基被还原成伯醇基后，就成为双氢链霉素，其 抗菌效能与链霉素大致相同，但对听觉神经的毒性比链霉素大。
硫酸链霉素
07年上半年硫酸链霉素市场浅析
生产企业 东北制药集团公司沈阳第一制药厂、张家口市制药集团公司、乐山三九长征 药业股份有限公司、四川长征制药股份有限公司、河南省信阳豫南制药厂、 武汉久安药业有限公司、山东瑞阳制药有限公司、山东济宁市第一制药厂、 山东鲁抗医药集团有限公司、安庆健臣制药有限公司、国药集团国瑞药业有 限公司、上海四药股份有限公司科发药厂、上海市第四制药股份有限公司、 山东鲁抗动植物生物药品事业部、大连制药厂、大连美罗药业有限公司、山 西省太原制药厂、河北圣雪康华制药有限责任公司、石家庄市二药企业集团、 华北制药集团有限责任公司、河北圣雪公司
其他的还有 甘露糖苷链霉素等
双氢链霉素
链霉素
硫酸链霉素
5-(2,4-diguanidino-3,5,6-trihydroxy-cyclohexoxy)- 4-[4,5-dihydroxy-6(hydroxymethyl)-3-methylamino-tetrahydropyran-2-yl] oxy-3-hydroxy-2methyl-tetrahydrofuran-3-carbaldehyde
离子交换法提取和精致链霉素
原理 链霉素是一种有机碱，其盐类在中性及酸性水溶液中可解离成三价阳离子、故可用阳 离子交换树脂提取。 链霉素在pH4~7时稳定，所以链霉素的吸附只能在中性条件下进行。氢型羧酸型树脂 在酸性条件下电离度都很小，交换容量很低，只有在碱性条件下才能起交换作用，而链 霉素在碱性条件下很不稳定。因此应将其转成钠型并选择在中性条件下进行吸附。 链霉素是高价离子，配制较稀的溶液有利于链霉素的吸附而不利于杂质的吸附，从而 得到某种程度的提纯。羧酸型树脂对氢离子的亲和力大，用酸洗脱能使链霉素洗脱完全。 链霉素离子交换吸附和洗脱可用下列方程式表示: 吸附： 3RCOONa+St+3 ↔ (RCOO)3Str+3Na 洗脱： (RCOO)3Str+3H+ ↔ 3RCOOH+Str+3 链霉素经过离子交换树脂处理后，体积缩小十分之一，得以浓缩，而且纯度也有所提 高。
经Flow-Cel超滤技术处理的发酵滤液，清辙透明，不含蛋白，可用专利性的Nano －flo 纳滤技术进一步浓缩到所需的浓度。Nano－flo 纳滤技术与传统意义上的反渗透 技术 亦有很大区别。它既可以使链霉素完全截流，又允许无机盐透析，减少渗透压，从 而有利于浓缩过程的进行，并使链霉素浓度达到相当高的水平，进而减少了后续工 艺中 有机溶媒的用量，在节省成本、增加收率的同时，减少了产品在母液及其他废 液中的损失，有利环境保护。
作用机理 链霉素和其他的氨基糖苷类药物一样是通过干扰细菌蛋白质合成而发挥抗菌作用的。 链霉素结合了细菌核糖体的30S亚基上的16S rRNA，干扰formyl-methionyl-tRNA 与 30SrRNA的连接，阻断细菌蛋白质的合成。人类与细菌的核糖体结构不同, 从而使链霉 素选择性地抑制细菌繁殖。 链霉素一般作肌肉注射；口服不易吸收，只适用于肠道感染。 副作用及毒性 链霉素常见的毒副作用是耳毒性，因为链霉素会在耳内蓄积，损害前庭神经和 耳蜗神经。链霉素可导致永久性听力丧失。 链霉素会在肾脏蓄积而损害肾脏，有明显的肾毒性。 链霉素在某些病人会有过敏反应。 由于链霉素这些毒性，使其应用受到一定限制。 治疗用途 抗菌范围广，对结核杆菌有显著的抑菌和杀菌作用。 治疗结核病，但易复发，复发后结核菌有抗药性，无法再予链霉素治疗；所 以为减少抗药性的产生，常与其他抗结核药如氨水杨酸或异烟肼合用。 鼠疫，链霉素，氯霉素和四环素可用于治疗鼠疫； 阴沟肠杆菌所致的心内膜炎。
由灰色链霉菌产生的广谱抗生素，分子由链 霉胍、链霉糖和N－甲基-L-葡萄糖胺组成。 链霉素分子中链霉糖部分的醛基被还原成伯 醇基后，就成为双氢链霉素，其抗菌效能与 链霉素大致相同，但对过去曾有双 氢链霉素，因为较多病人出现永久性的失聪 （耳聋），所以现在双氢链霉素已被国家医 药管理局淘汰，不再生产和使用。
新的工艺方法
三达新工艺 膜法工艺取代链霉素生产中的薄膜蒸发工艺，使这一问题得到了很好的解决。膜分 离是一种无相变的纯物理手段，能在任何膜能承受的温度下对料液进行分子水平的分 离。清洁，环保，占地少，另外它的一大优势是运行成本低，去除一吨水的成本比普 通的三效蒸发器低，有效地控制产品，提高了产品的质量。
传统工艺 链霉素早期的提取方法采用活性炭吸附法、带溶法、沉淀法、离子交换法。 目前国内外多采用离子交换法提取链霉素，其工艺流程如下图
发酵工艺流程图：
链霉素生物合成的途径及代谢调节机制
1 链霉素的生物合成途径 由D-葡萄糖和NH3合成 链霉素的大致途径如右图所示
2 链霉素生物合成的调节机制 在链霉素生物合成中的调节机制主要有发酵阶段的转变、分解产物的调节以及无机 磷的反馈抑制等方面。