抗生素生产工艺

抗生素生产工艺
抗生素的作用机制
• 抑制细胞壁合成：青霉素、头孢菌素 • 影响细胞膜功能：多烯类抗生素 • 抑制病原菌蛋白质合成：四环素 • 抑制核酸合成：丝裂霉素C • 抑制生物能作用：抗霉素
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我国抗生素工业的发展
• 我国1953年设计制造了4个5吨发酵罐，建立上 海第三制药厂，开始生产青霉素
• 大环内酯类：红霉素、麦迪加霉素，含有一个大环内 酯作配糖体，以苷键和1-3个分子的糖相连
• 四环类：四环素、土霉素，以四并苯为母核 • 多肽类：多粘菌素、杆菌肽，含有多种氨基酸，经肽
键缩合成线状、环状或带侧链的环状多肽
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抗生素的作用
• 广谱抗生素：氨苄青霉素 • 抗革兰氏阳性菌抗生素：青霉素 • 抗革兰氏阴性菌抗生素：链霉素 • 抗真菌抗生素：制霉菌素 • 抗病毒抗生素：四环类抗生素 • 抗癌抗生素：阿霉素
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无机盐和微量元素 • 同其他微生物
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前体
• 菌体利用其构成抗生素分子中的一部分 而其本身没有显著改变的物质
• 一定条件下控制菌体合成抗生素的方向 并增加抗生素的产量
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发酵
目的是使微生物大量分泌抗生素 • 接种10% • 通气 • 搅拌 • 控制罐温 • 消泡 • 控制pH • 定时采样进行生化分析、镜检，测定菌体浓度、
物（糖、脂肪酸）结合
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与青霉素合成相关的氨基酸
• 赖氨酸 • 半胱氨酸 • 缬氨酸
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抗生素生产的工艺过程
菌种 孢子制备 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品包装
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菌种
• 来源于自然界，获得能产生抗生素的微生物， 经分离、选育和纯化后即称为菌种
• 菌种的保藏：冷冻干燥、超低温冷冻、砂土管、 液体石蜡、斜面低温保藏
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孢子制备
• 将保藏的处于休眠状态的孢子，接种至固体斜 面培养基，在一定温度下培养5-7或7日以上
• 进一步用扁瓶在固体培养基上扩大培养
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种子制备
目的使孢子发芽、繁殖以获得足够数 量的菌丝，并接种到发酵罐中 • 摇瓶或直接将孢子接入种子罐逐级放大 培养 • 种子培养定时取样作无菌试验，观察菌 丝形态，测定种子液中发酵单位和进行 生化分析 • 种子级数
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• 抗生素是青霉素、链霉素、红霉素等一类化学 物质的总称
• 是生物在生产活动过程中产生的，在低微浓度 下有选择性地抑制或杀灭其他种生物机能的有 机物质，具有抗菌、抗肿瘤、杀虫除草、抑制 生物体中某些酶类的作用，有些还具有某些药 理活性，如强力霉素——镇咳；新霉素——降 胆固醇
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残糖量、抗生素含量等
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发酵液的过滤和预处理
• 分离菌丝、去除杂质 • 预处理：去除高价无机离子和蛋白质 • 过滤：去除固形物及菌体
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发酵液的预处理
• 草酸及磷酸去除高价离子钙、镁，还能 促使蛋白质凝固
使用剂量不足，达不到抑菌能力，使用剂量过高， 会产生毒副作用，且引起病原菌的耐药性。
故常用效价单位作为衡量抗生素的一尺度。
• 一个青霉素效价单位——在50ml肉汤培养基中 完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株发育的最小 青霉素剂量
• 一个链霉素效价单位——1ml肉汤培养基中完 全抑制E.Coli标准菌株发育的最小链霉素剂量
抗生素的生产方法
生产主要采用微生物发酵法，属于次 级代谢产物，少数如氯霉素、磷霉素亦 可用化学合成法生产
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半合成抗生素
将生物合成法制得的抗生素用化学或生化 方法引入特定的功能基团进行分子结构改造而 制成各种衍生物 • 增强抗菌力 • 扩大抗菌谱 • 对耐药菌有效 • 便于口服 • 减低毒副作用 • 改善药理性质、提高生物有效性
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抗生素的生物来源
• 放线菌：链霉菌、诺卡氏菌属、小单孢菌属 • 真菌：青霉菌属、头孢菌属、担子菌 • 细菌：多粘杆菌、枯草杆菌、芽孢杆菌 • 植物或动物：蒜蒜素；动物脏器鱼素
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抗生素化学结构的分类
• -内酰胺类：青霉素类、头孢菌素类，包含一个四元 内酰胺环
• 氨基糖苷类：链霉素、庆大霉素，既含有氨基糖苷， 也含有氨基环醇
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抗生素的应用
• 医用抗生素，青霉素钾、钠等可控制金 黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等引起的严 重感染（败血症、肺炎、脑膜炎等）， 半合成青霉素和头孢菌素用于对付耐药 性金黄色葡萄球菌，链霉素——抗G-和 结核杆菌
• 农用抗生素，作用强、剂量小，且不易 引起环境污染
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抗生素剂量表示法
• 1957年建立华北制药厂 • 经40多年来发展，国外有的基本抗生素品种我
国都有生产，并已研制出国外没有的抗生素— —创新霉素等 • 截止1996年上半年，总计127个品种生产，总 产量近几年3万吨，约占世界抗生素产量的1/4。 • 农用抗生素研究生产也获得了可喜的成绩，灭 瘟素、春日霉素和有效霉素等。
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培养基的配制
• 碳源 • 氮源 • 无机盐类 • 前体
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碳源
• 供给菌种生命活动所需能量，构成菌体 细胞及代谢产物
• 参与抗生素的生物合成 • 常用碳源：淀粉、葡萄糖及油脂
抗生素生产工艺氮源Fra bibliotek• 构成菌体细胞物质和含氮代谢物 • 参与含氮抗生素合成 • 有机氮源 • 无机氮源
• 将养分吸收到细胞内，并把它转化为主 干代谢途径的中间体
• 经过初级代谢途径的几步以后歧向专门 抗生素合成的途径
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与抗生素合成有关的初级代谢
• 脂肪酸代谢 • 氨基酸代谢 • 糖代谢 • 嘌呤和嘧啶代谢 • 芳香族化合物的生物合成 • 从C1库来的甲基
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抗生素的组成
许多抗生素利用氨基酸作为建材 • 有些抗生素纯粹以氨基酸为组份 • 一些抗生素既有氨基酸，又与其他代谢
• 一个制霉霉素效价单位——1ml肉汤培养基中 完全抑制某种酵母标准菌株发育的最小制霉霉 素剂量
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抗生素-次级代谢产物
• 抗生素是最典型、最著名的次级代谢产 物
• 次级代谢产物又叫做分化代谢物，是在 分批培养的分化期（生产期）形成的， 只在产生菌的比生长速率降低时才合成
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抗生素的生物合成