青霉素的生产工艺及设备60页PPT
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青霉素的提取工艺
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巳氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4S· HCl 分子量：384.5 青霉素它丌能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所 产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐丌仅丌能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。
[10] Ren Z Q, Zhang W D, Li H S, et al. Mass transfer characteristics of citric acid extraction by hollow fiber renewal liquid membrane[J].Chem Eng J, 2009, 146: 220-226
[8]朱澄云, 莫凤奎, 朱金良，等. 乳状液膜法从发酵液中提取青霉素癿研究[J]. 膜科学不技 术, 2000, 20 (6): 55-57.
.
参考文献：
[9]张卫东, 李爱民, 李雪梅, 等. 液膜技术原理及中空纤维更新液膜[J]. 现代化工, 2005, 25(4): 66-68.
中空纤维更新液膜提取工艺流程图：
采用中空纤维更新 液膜实现了从发酵滤 液中同步分离和富集 青霉素的新型提取工 艺 以碳酸钾溶液作为 接收相，DOA（二辛 胺）+异辛醇+煤油作 为有机相，在常温条 件下提取模拟发酵滤 液中的青霉素
如图所示，采用中空纤维更新液膜技术 提取青霉素G，由于中空纤维更新液膜的传 质强化作用，可在实验进行到90min时实现 液膜过程的逆浓度梯度传递，传质速率较快， 实验结果所用时间较长是为了避免壳程非理 想流动等情况的影响，所用膜器的尺寸较小， 填装因子较低，传质面积较小，仅为 5.48˟ ² ，若采用长1m，内径0.1m的商 10̄ m² 用中空纤维膜器，传质面积可高达60m² ，则 可极大地提高处理速率。
青霉素的发酵生产过程
（2）球状菌二级发酵工艺流程 冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天） → 亲米（25°C，孢 子培养，8~10天）→ 生产米（28°C，孢子培养， 56~60h,1:1.5vvm） → 种子培养液（26~25-24°C，发酵， 7天，1：0.8vvm） → 发酵液。
7.1.1 菌种
目前国内青霉素生产菌按其在深层培养中 菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，根据丝状 菌产生孢子的颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子 丝状菌，常用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉 素。
7.1.3青霉菌的生长过程
分生孢子发芽期
菌丝繁殖期 脂肪粒形成期 菌丝生长期
脂肪粒减少，小空孢
大空孢 自溶 青霉素分泌期
菌丝自溶期
(1)菌体生长阶段：
发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的 适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。
(2)青霉素合成阶段：
这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大， 并一直维持到青霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量 有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。
7.1.2 培养基
碳源：青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。 目前采用淀粉水解糖，糖化液进行流加。 氮源：可采用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸皮粉 等有机氮源，及氯化氨、硫酸氨、硝酸氨等无机氮源。 前体：为生物合成含有苄基基团的青霉素G，需要在发酵 中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它们对青霉菌有一定毒 性，故一次加入量不能大于0.1%，并采用多次加入方式。 无机盐：包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子对青霉 菌有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含量在30ug/mL以下。
补氮：硫酸铵、氨、尿素，使发酵液氨氮量控制在 0.01%~0.05%。前体：发酵液中残存乙酰胺浓度为 0.05%~0.08%。 （3）pH控制。6.6~6.4。 （4）温度。前期25℃ ~26℃ ，后期23℃ 。以减少后期发酵液 中青霉素的降解破坏。 （5）溶解氧。不低于饱和溶解氧的30%。
7.1.1 菌种
目前国内青霉素生产菌按其在深层培养中 菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，根据丝状 菌产生孢子的颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子 丝状菌，常用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉 素。
7.1.3青霉菌的生长过程
分生孢子发芽期
菌丝繁殖期 脂肪粒形成期 菌丝生长期
脂肪粒减少，小空孢
大空孢 自溶 青霉素分泌期
菌丝自溶期
(1)菌体生长阶段：
发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的 适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。
(2)青霉素合成阶段：
这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大， 并一直维持到青霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量 有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。
7.1.2 培养基
碳源：青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。 目前采用淀粉水解糖，糖化液进行流加。 氮源：可采用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸皮粉 等有机氮源，及氯化氨、硫酸氨、硝酸氨等无机氮源。 前体：为生物合成含有苄基基团的青霉素G，需要在发酵 中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它们对青霉菌有一定毒 性，故一次加入量不能大于0.1%，并采用多次加入方式。 无机盐：包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子对青霉 菌有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含量在30ug/mL以下。
补氮：硫酸铵、氨、尿素，使发酵液氨氮量控制在 0.01%~0.05%。前体：发酵液中残存乙酰胺浓度为 0.05%~0.08%。 （3）pH控制。6.6~6.4。 （4）温度。前期25℃ ~26℃ ，后期23℃ 。以减少后期发酵液 中青霉素的降解破坏。 （5）溶解氧。不低于饱和溶解氧的30%。
青霉素的生产工艺PPT
三、青霉素发酵过程
• 青霉素发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、PH、 温度和通气搅拌等发酵条件下进行生长并合成青霉素。 • 发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、 前体和无机盐等）必须先经过灭菌，后接入种子。 • 在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐 温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂，假如酸 碱控制发酵液的PH，还需要间歇或连续的加入葡萄糖 及铵盐等化合物以补充碳源及氮源，或补进其他料液 和前体等以促进青霉素的生产。
可以用青霉素的疾病
• • • • • • • • • 1．流行性脑脊髓膜炎 2．放线菌病 3．淋病 4．奋森咽峡炎 5．莱姆病 6．多杀巴斯德菌感染 7．鼠咬热 8．李斯特菌感染 9．除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染
青霉素生产工艺过程
菌种→孢子制备→种子→发酵→提取→ 精制→成品检验→包装→分装→（应用 →跟踪→质量分析） 1．菌种的选育技术： （1）杂交育种（2）原生质体融合 （3）基因工程（4）新抗生素产生菌获得 2．菌种保藏： （1）定期移植保存法 （2）液体石蜡封藏法 （3）真空冷冻干燥保藏法 （4）液氮超低温保藏法 （5）沙土管保藏法 （6）麦皮保藏法
•
四、生产原理
（1）发酵过程的工艺控制
•
•
基质浓度：在分批发酵中，常常因为前 期基质量浓度过高，后期基质浓度低， 对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长 产生抑制。为了避免这一现象,在青霉 素发酵中通常采用补料分批操作法,即 对容易产生抑制和限制作用的基质维持 一定的最适浓度。 温度：青霉素发酵的最适温度一般认为 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。
• 6.发酵过程控制：
青霉素的生产
提取纯化难度
青霉素的提取和纯化过程复杂，需要高精度的技术和设备，这也是 技术挑战之一。
高能耗与高污染
青霉素生产过程中的高能耗和高污染问题，需要研发更环保、节能 的生产工艺来解决。
市场挑战
价格竞争激烈
随着青霉素生产技术的 普及，市场上的竞争越 来越激烈，价格战成为 不可避免的现象。
需求波动大
全球抗生素市场的需求 波动较大，对青霉素的 生产和销售带来很大的 不确定性。
青霉素的抗菌原理
青霉素通过抑制细菌细胞壁的合成， 破坏细菌的细胞壁，导致细菌细胞壁 缺损，水分由外环境不断渗入高渗的 菌体内，致细菌膨胀，变形死亡。
青霉素的用途
抗菌治疗
青霉素是抗菌治疗中的重要药物，尤其在治疗由敏感菌引起的各种感染，如肺 炎、淋病、脑膜炎、扁桃体炎等有显著疗效。
预防感染
在某些手术或注射操作前，使用青霉素可以预防术后感染或注射部位的细菌感 染。
定期对员工进行安全培训，提高员工的安全意识 和应急处理能力。
穿戴防护用品
员工在生产过程中必须穿戴防护服、手套、口罩 等防护用品，以减少与有害物质的接触。
环保要求
减少废弃物排放
优化生产工艺，减少废弃物的产生，降低对环境的污染。
废水处理
对生产过程中产生的废水进行严格处理，确保达标排放。
废气处理
对生产过程中产生的废气进行除尘、脱硫等处理，减少对空气的 污染。
发酵过程控制
发酵过程中需要控制温度、pH值、溶氧量等参 数，以确保微生物正常生长和青霉素的产量。
提取与纯化技术
提取
发酵液中的青霉素需要经过提取过程，通常采用有机溶剂如乙酸乙酯进行提取。
纯化
提取液经过纯化过程，去除杂质，提高青霉素的纯度。常用的纯化方法包括结晶 、离子交换、吸附等。
青霉素的提取和纯化过程复杂，需要高精度的技术和设备，这也是 技术挑战之一。
高能耗与高污染
青霉素生产过程中的高能耗和高污染问题，需要研发更环保、节能 的生产工艺来解决。
市场挑战
价格竞争激烈
随着青霉素生产技术的 普及，市场上的竞争越 来越激烈，价格战成为 不可避免的现象。
需求波动大
全球抗生素市场的需求 波动较大，对青霉素的 生产和销售带来很大的 不确定性。
青霉素的抗菌原理
青霉素通过抑制细菌细胞壁的合成， 破坏细菌的细胞壁，导致细菌细胞壁 缺损，水分由外环境不断渗入高渗的 菌体内，致细菌膨胀，变形死亡。
青霉素的用途
抗菌治疗
青霉素是抗菌治疗中的重要药物，尤其在治疗由敏感菌引起的各种感染，如肺 炎、淋病、脑膜炎、扁桃体炎等有显著疗效。
预防感染
在某些手术或注射操作前，使用青霉素可以预防术后感染或注射部位的细菌感 染。
定期对员工进行安全培训，提高员工的安全意识 和应急处理能力。
穿戴防护用品
员工在生产过程中必须穿戴防护服、手套、口罩 等防护用品，以减少与有害物质的接触。
环保要求
减少废弃物排放
优化生产工艺，减少废弃物的产生，降低对环境的污染。
废水处理
对生产过程中产生的废水进行严格处理，确保达标排放。
废气处理
对生产过程中产生的废气进行除尘、脱硫等处理，减少对空气的 污染。
发酵过程控制
发酵过程中需要控制温度、pH值、溶氧量等参 数，以确保微生物正常生长和青霉素的产量。
提取与纯化技术
提取
发酵液中的青霉素需要经过提取过程，通常采用有机溶剂如乙酸乙酯进行提取。
纯化
提取液经过纯化过程，去除杂质，提高青霉素的纯度。常用的纯化方法包括结晶 、离子交换、吸附等。
青霉素的生产工艺及设备
• 3培养基种类：（1）固体培养基（2）液体培 养基
• 4影响培养液的因素：（1）原材料质量的影响 (2)水质的影响 (3)灭菌操作 (4)培养基粘度的
影响 • 5发酵设备灭菌： (1)实罐灭菌：{1．预热（80～90℃）2．直热（
蒸汽）（120℃、30min）（全进全出原则） 3．待空气压力高于罐内压力时，通入空气
对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体、梭状芽孢杆菌、 放线菌以及部分拟杆菌有抗菌作用。
青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青霉 素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作 用，淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、炭疽芽孢杆 菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、李斯特菌、钩端螺旋体和梅 毒螺旋体对本品敏感。本品对流感嗜血杆菌和百日咳鲍特氏菌 亦具一定抗菌活性，其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏 感性差.本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌以及产黑 色素拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。 青霉素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结合而阻 碍细胞壁合成而发挥杀菌作用。对革兰阳性菌有效，由于革兰 阴性菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。
(3)发酵液预处理方法:
A.菌体和蛋白质处理{1．等电点沉淀 2．变性沉
淀（热变性沉淀）3．加各种沉淀剂沉淀：重金属离
子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+酸、水杨酸、钨酸等） 4．加入凝聚剂：
Al2(SO4)3•18H2O、AlCl3•6H2O、FeCl3、ZnSO4、
衍生物
• 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 • 青霉素分子结构球棍模型 • 青霉素V类：(别名：苯氧甲基青霉素、6-苯氧乙酰
青霉素的提取工艺
发酵液中的杂质很多，其中对提取影响最 大的高价无机离子（钙，镁，铁离子等）和 蛋白质。因此要先除杂。
1.单级萃取：包括一个混合器和一个分离器。 料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡 后，用来分离得到的萃取液F和萃余液R。
青霉素的提取工艺及其设备
简介
青霉素
发现
化学结构
化学式
理化性质
抗菌作用和临床应用
中空纤维更新膜技术
青霉素G的提取实验
发酵过程的工艺控制
青霉素的生产工艺流程
发酵液的预处理
青霉素的提炼工艺过程
液膜技术
青霉素简介
简介
青霉素（Penicillin）又被称为青霉素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。青霉素是抗菌 素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分 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， 是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉 素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的 总称。
青霉素的化学结构
青霉素类包括天然青霉素和半合成青霉素。本类 基本结构均含有母核-6-氨基青霉烷酸（6-APA） 和侧链（CO-R）。母核由噻脞环（A）和β-内 酰胺环（B）拼合而成，为抗菌活性重要部分， β-内酰胺环破坏后抗菌活性消失。侧链则主要 与抗菌谱，耐酸，耐酶等药理特性有关。
青霉素分子结构球棍模型
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。
分子式：C16H18N3O4S·HCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所
产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死空纤维膜与有机相间的亲和力， 依靠在管程流体中预先加入分散的有机相小液滴与纤维 壁面的浸润性和界面张力，在纤维管内侧形成一层极薄 的有机相液膜，利用流体流动过程中形成的剪切力，形 成了管程流体内的有机相小液滴与所形成的液膜层的更 新融合过程，从而极大提高了过程的传质效率，并有效 解决了液膜过程缺乏长期稳定性的问题。
1.单级萃取：包括一个混合器和一个分离器。 料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡 后，用来分离得到的萃取液F和萃余液R。
青霉素的提取工艺及其设备
简介
青霉素
发现
化学结构
化学式
理化性质
抗菌作用和临床应用
中空纤维更新膜技术
青霉素G的提取实验
发酵过程的工艺控制
青霉素的生产工艺流程
发酵液的预处理
青霉素的提炼工艺过程
液膜技术
青霉素简介
简介
青霉素（Penicillin）又被称为青霉素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。青霉素是抗菌 素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分 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， 是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉 素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的 总称。
青霉素的化学结构
青霉素类包括天然青霉素和半合成青霉素。本类 基本结构均含有母核-6-氨基青霉烷酸（6-APA） 和侧链（CO-R）。母核由噻脞环（A）和β-内 酰胺环（B）拼合而成，为抗菌活性重要部分， β-内酰胺环破坏后抗菌活性消失。侧链则主要 与抗菌谱，耐酸，耐酶等药理特性有关。
青霉素分子结构球棍模型
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。
分子式：C16H18N3O4S·HCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所
产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死空纤维膜与有机相间的亲和力， 依靠在管程流体中预先加入分散的有机相小液滴与纤维 壁面的浸润性和界面张力，在纤维管内侧形成一层极薄 的有机相液膜，利用流体流动过程中形成的剪切力，形 成了管程流体内的有机相小液滴与所形成的液膜层的更 新融合过程，从而极大提高了过程的传质效率，并有效 解决了液膜过程缺乏长期稳定性的问题。