第三章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。
发酵工程抗生素发酵生产技术概述
严格控制环境卫生、定期灭菌、使用一次性塑料薄膜和胶管、种子 培养物严格筛选等。
控制方法
定期取样检查，一旦发现污染，立即采取措施，如加入抗菌素或重 新灭菌。
发酵异常现象及其处理
1 2
异常现象
菌体生长缓慢、产物形成少、发酵液泡沫多、 pH 值异常等。
处理方法
根据具体情况调整培养条件，如温度、湿度、通 风、pH 值、培养基组成和浓度等。
提取
发酵结束后，通过离心、过滤等方法将菌体与发酵液分离， 得到粗制抗生素。
精制
通过重结晶、萃取、吸附等方法进一步纯化抗生素，提高其 纯度和结晶收率。
03
发酵工程中抗生素发酵的工艺 优化
菌种选育与改良
菌种选育
通过自然突变、诱变、基因重组等技 术，筛选具有高产抗生素特性的菌株 ，提高抗生素产量。
菌种改良
特性
具有高度选择性，对不同微生物的作 用效果不同；对细胞的生长和分化具 有调节作用；通常对敏感菌具有杀菌 作用，对耐药菌无效。
抗生素的种类与用途
种类
β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、四环素类、氯霉素类、林可胺类、糖 肽类、噁唑烷酮类、磺胺类等。
用途
治疗各种由细菌引起的感染性疾病，如肺炎、肠道感染、尿路感染等；预防细 菌感染；用于食品和农业中的防腐和保鲜。
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抗生素发酵生产的历史与现状
历史
自20世纪40年代青霉素的发现以来，抗生素的研发和应用经历了60多年的发展历程。目前，抗生素已成为医疗 、食品和农业领域中不可或缺的重要物质。
现状
随着抗生素的广泛应用，耐药菌株的出现和传播已成为全球性的问题。因此，新型抗生素的研发和生产技术不断 改进，以应对日益严重的耐药性问题。同时，各国政府和国际组织也在加强抗生素使用的监管和管理，以减少不 必要的抗生素使用和防止耐药性的传播。
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发酵工程是一种利用微生物、酶和发酵介质（常见的如糖）来生产有用化合物的技术。
在这个过程中，微生物通过代谢物质的转化来生成目标产品。
抗生素发酵生产技术是发酵工程的一个重要应用领域，在制药、医疗等领域中起到重要作用。
本文将就抗生素发酵生产技术进行一些概述。
抗生素是一类能够抑制或杀死细菌或其他微生物的药物，广泛应用于医疗、养殖和农业等领域。
然而，抗生素的生产过程并不容易。
抗生素分子具有复杂的结构，不同的抗生素有不同的生产方式和工艺。
一般来说，抗生素的生产过程可以分为以下几个步骤：获得产生抗生素的微生物菌种；培养产生抗生素的微生物菌种；提取和纯化抗生素产物；加工和包装抗生素产物。
在抗生素发酵生产技术中，首先需要获得产生抗生素的微生物菌种。
这些微生物可以从自然环境或已知产生抗生素的菌株中分离得到，也可以通过基因工程技术进行修改得到。
随后，需要对这些微生物进行培养。
培养条件的选择对于微生物的生长和抗生素产量有重要的影响。
常见的培养条件包括培养基的组成、温度、pH值、氧气供应等。
通过调节这些条件，可以提高菌株的生长速度和产生抗生素的能力。
在培养过程中，需要不断监测微生物菌种的生长情况和抗生素产量。
常用的监测方法包括测定菌株密度、测定发酵液的抗生素浓度等。
通过监测，可以对微生物的生长状态进行控制和调节，以及对抗生素产量进行评估和优化。
当培养达到一定程度后，需要对发酵液进行产品的提取和纯化。
传统的提取方法包括萃取、蒸馏、结晶等。
这些方法可以将抗生素从发酵液中分离出来，并去除其他杂质。
随后，抗生素产品需要经过纯化过程，获得高纯度的抗生素。
纯化方法包括过滤、层析、电泳等。
这些方法可以去除抗生素中的杂质，提高纯度。
最后，经过提取和纯化的抗生素产品需要进行加工和包装，以便后续的药物制剂或应用。
加工包括液体制剂的调整和固体制剂的制备。
包装过程需要严格控制产品的质量和卫生条件，以确保最终产品的安全性和稳定性。
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。
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。
抗生素的发酵生产工艺
抗生素的发酵生产工艺镇专业生物科学专业年级2012级1抗生素定义（别名：抗细菌剂）抗细菌药（英语：antibacterial）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。
在不引起歧义的情况下，抗细菌药也可简称为“抗菌药”。
抗细菌剂与抗生素并不是相同的概念，抗生素实际上仅为抗细菌剂下的一类。
抗细菌药除了包括青霉素类、四环素类等抗生素，还包括抗真菌药以及磺胺类、喹诺酮类等药物。
2基本简介抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代产物或人工合成的类似物。
20世纪90年代以后，科学家们将抗生素的围扩大，统称为生物药物素。
主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。
2011年10月18日，中国卫生部表示，在中国，患者抗生素的使用率达到70%，是欧美国家的两倍，但真正需要使用的不到20%。
预防性使用抗生素是典型的滥用抗生素。
3抗生素的分类糖的衍生物：主要由氨基己糖的衍生物组成。
多肽类抗生素：主要或全部由氨基酸组成，有多肽或蛋白质的某些特性。
多烯类抗生素：分子结构中有多个双键。
大环酯抗生素：由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香酯化合物。
四环类抗生素：都具有四个缩合苯环。
嘌呤类抗生素：都含有嘌呤环。
4抗生素的作用机理①阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡。
哺乳动物的细胞没有细胞壁，不受这类药物的影响。
喹诺酮类抗生素三大不良反喹诺酮类抗生素三大不良反②与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。
③与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。
④阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。
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。
第三章 抗生素概述
（4）四环类抗生素
四环素、金霉素、土霉素
（5）多肽类抗生素
多粘菌素、放线菌素、杆菌肽
（6）多烯类抗生素 两性霉素、曲古霉素、制霉菌素
（7）蒽环类抗生素
柔红霉素、阿霉素（多柔比星）、正定霉素
（8）苯羟基胺类抗生素 氯霉素、甲砜氯霉素 （9）环桥类抗生素 利福霉素
（10）其他抗生素 磷霉素、创新霉素
新中国成立前，我国抗生素药物完全依靠进口
1949年以后北京、上海等地建立了抗生素研究室 1953年5月1日青霉素在上海第三制药厂正式投入生产， 开创了中国抗生素工业。 1958年6月3日，我国最大的抗生素联合企业华北制药厂 建成投产。 随后氯霉素、红霉素、卡那霉素、新霉素、杆菌肽等60 多个品种研制成功。
细菌感染的疾病 脑膜炎 真菌感染 头藓、手足癣等 抗肿瘤 肺癌、胃癌 抗病毒方面等 调节人体生理功能 免疫抑制剂
、肺炎、鼠疫及结核病
2、抗菌药物的不良反应
抗菌药物长期而广泛的使用，尤以不合理 滥用，诱使致病菌出现耐药性菌株，而且日渐 增多，造成了一些临床上“难治”的感染疾病 各类抗菌药结构改造的品种，对付“难治” 感染，效果较好。对免疫功能低下状态并发的 深部内脏真菌感染，目前还没有理想的药物。
④植物及动物产生：蒜素、黄连素、 鱼素
2.根据抗生素的化学结构分类：
（1）β-内酰胺类抗生素 青霉素、头孢菌素、硫霉素、头霉素
O
N
R O N
S
CH3 CH3
R1 O N
S R2 CO O H
CO O H
（2）氨基糖苷类抗生素
链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素
（3）大环内酯类抗生素 红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素
1.寻找新的微生物资源 稀有放线菌 极端微生物 海洋微生物
第3章抗生素发酵生产工艺-2.1
2’’ 3’’
CHO ★ NH OH
ChemPastCeHr3
CH3
R2
C R3 O O NH2
HO
OH NHCH3
OH
O
NH2
O
CH3
NH2
链霉胍 streptidine
链霉糖 streptose
N-甲基-L-葡萄糖胺 N-methyl-L-glucosamine
链霉双糖胺
stroptobiosamine
异帕卡星、阿贝卡星
【抗菌谱】
对G-杆菌有强大的杀灭作用 １、G-菌
对G-球菌效差 耐药金葡菌：有效 2、 G+菌 链球菌：无效 3、结核杆菌：链霉素、卡那霉素、阿米卡星 4、肠球菌、厌氧菌：无效
（一）抗菌作用及其机制
广谱，对需氧G-菌有强大杀灭作用，对某些G+ 菌亦有杀菌作用，对厌氧菌几乎无抗菌作用。 对静止期细菌的杀菌力较强。在碱性环境中，其 抗菌作用显著增强。 与青霉素或头孢菌素合用，有协同作用。 有抗生素的后续效应（post antibiotic effect)。
菌种退化后，菌落变成光秃型或 半光秃型，气生菌丝减少，颜色 改变 。
防止菌种变异，常采取的措施：
①菌种采用冷冻干燥法或砂土管法保存。 ②严格掌握保存生产菌种的条件，所有生产用菌种或斜
面都要保存在冰箱或冷库中（0~4℃），原始斜面的使 用期限不超过5d，生产斜面不超过3d。 ③严格控制生产菌落在琼脂斜面上的传代次数，一般以3 次为限，并采用单菌落传代和新鲜斜面。 ④定期进行纯化筛选，淘汰低单位的退化菌落。 ⑤不断选育出高单位的新菌种，保证稳产高产。
抗生素后效应（PAE）指细菌与抗生素短暂接触， 当药物浓度下降，低于最低抑菌浓度（MIC）或 清除后，细菌的生长仍受到持续抑制的效应。
抗生素发酵的过程
现代抗生素工业生产过程如下：菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装一、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。
二、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。
三、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。
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
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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
抗生素的发酵生产—链霉素的发酵生产
2.吸附和解吸
• 目前生产上都用羧酸树脂的钠型来提取链霉素。 其交换吸附和洗脱的反应可用下列方程式表示：
• 生产上常用的树脂 1 弱酸101×4 2 弱酸110×3
3.精制
• 主要杂质：链霉胍、二链霉胍、杂质1号 • 精制方法： 1. 高交联度树脂精制 2. 浓缩和活性炭脱色精制
• 将所得的精制液用硫酸或氢氧化钡调pH值至4.3～5.0 ，并按精制液透光度的不同加入不同量的活性炭， 进行常温脱色，得透光度在95％以上的滤出液。
等杂质分开，可用于提纯精制链霉素。
3.链霉素的抗菌作用和应用范围
• 链霉素的抗菌范围较广，抗菌效果不是很强，但 对结核杆菌具有很强的敏感性，因此现在仍然是 临床上治疗结核杆菌感染的首选药物。
• 链霉素对革兰阴性菌的抗菌作用，可以补充青霉 素对革兰阴性菌作用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ明显的缺点。链霉素和青 霉素在临床上联合使用，呈现协同现象，能增加 对方的抗菌效果。
（二）种子制备
2.摇瓶种子培养
• 生产斜面的菌落接种到摇瓶培养基中，经过培养即 得摇瓶种子。摇瓶种子（母瓶）可以直接接种子罐 ，也可以先扩大培养，用培养所得的子瓶接种。
• 摇瓶培养基的成分为黄豆饼粉，葡萄糖，硫酸铵， 碳酸钙等
• 种子质量检查指标：菌丝阶段特征，发酵单位，菌 丝粘度或浓度，糖氮代谢，种子液色泽和无杂菌检 查。
1.直接还原法：以活性镍铅合金或氧化镉为催化剂，在高压下
通入氢气，对硫酸链霉素进行氢化，即可制得双氢链霉素。
2.电解还原法：将链霉素溶液放在电解阴极槽中，通入适
量电流，就可达到还原作用。
； 3.化学还原法 即利用某些能生成活性氢的化合物，将链霉素
还原成双氢链霉素。工业上常采用钾硼氢（KBH4）或钠硼氢（NaBH4）作为还 原剂。
第三章抗生素发酵生产工艺PPT课件
我国的发展：
1953年5月1日，建立了第一个生产青霉素的抗 生素工厂（上海第三制药厂）； 1958年6月3日，最大的抗生素联合企业建成投 产（华北制药厂,石家庄），也是青霉素发酵总容积 居世界首位。 目前，多为原料药基地。但在半合成及成品药 的剂型方面与国外相比差距很大。
10
抗生素滥用的重灾区
生产方法： 1、生物合成法： ①传统方法 ② “工程菌”制造法 ③细胞融合技术法 2、化学合成法； 3、生物合成加化学合成法。
第三章抗生素发 酵生产工艺
知 识 回 顾
1.制药微生物生产菌种如何选 育？发酵过程中主要检测的 参数有哪些？ 2.发酵： （1）抗生素的定义 （2）抗生素的命名 （3）抗生素的分类
青霉素的发酵生产工艺：（重点） （1）青霉素的概述 （2）生产菌的生物学特性 （3）发酵工艺过程
15
3.4 根据作用机制分类
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）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。
中国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国：年产抗 生素原料大约21万吨，出口3万吨，其余自用（包括医 疗与农业使用 ) ，人均年消费量 138 克左右 ( 美国仅 13 克)。 2011年4月7日是世界卫生日，首届合理用药大会在这 一天召开，恰好契合了世界卫生日的主题——“抵御耐 药性：今天不采取行动，明天就无药可用”。
12
3 抗生素的分类
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（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。
3.2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 （3）抗真菌的抗生素：如制霉菌素 （4）抗病毒的抗生素：如四环类抗生素对立克次氏体及较大病毒 有一定作用。
(3)、生产罐培养工艺
三级罐：生产罐；接种量20％ 培养基：花生饼粉，葡萄糖，尿素，硝酸铵，
硫代硫酸钠，苯乙酰胺，CaCO3, 玉米油, 硅油. 参数条件：
通气量1：0.8-1.2；150-200r/min； 前60小时:pH6.4-6.6，26℃； 60小时后: pH6.7, 24℃。
6.3 发酵培养与过程控制
第1期：分生孢子萌发，具有小泡。 第2期：菌丝繁殖，嗜碱性，类脂肪小颗粒。 第3期：脂肪包涵体，贮藏物，嗜碱性很强。 第4期：空泡，嗜碱性减弱，开始产生抗生素。 第5期：大空泡，中性染色大颗粒，脂肪包涵体 消失，青霉素产量最高。
第6期：个别细胞自溶，胞内无颗粒，释放氨， pH上升。
第7期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。
28
5.1青霉素生产菌的特性
菌种：产黄青霉
生长发育分七个阶段：
点青霉
Ⅰ—Ⅳ期：菌丝生长期，适宜做种子；
Ⅳ—Ⅴ期：青霉素分泌期；
Ⅵ期：菌丝体自溶期。
29
青霉素产生菌的生长过程
分生孢子发芽期 菌丝繁殖期 脂肪粒形成期
脂肪粒减少，小空孢 大空孢 自溶
菌丝生长期
青ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素分泌期 菌丝自溶期
30
发酵培养下的生长过程及细胞学变化
米孢子：移植到小米或大米固体培养基 上，生长7天，25℃
注意：每批孢子必需进行严格摇瓶试 验，测定效价及杂菌情况。
(2)、种子罐培养工艺
一级种子发酵：发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。 培养基：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫 剂等。 空气流量1：3（体积比）；充分搅拌300-350rpm； pH自然，温度27±1℃, 40h 二级种子罐：繁殖罐，大量繁殖。接种量10％ 培养基：葡萄糖、玉米浆，玉米油，消沫剂等。 通气量1:1-1.5；搅拌250-280rpm；pH自然，25±1℃。 10-14h 质量：菌丝致密，菌丝粗壮，III期，倍增期6-8h
生产方法： 1、生物合成法： ①传统方法 ② “工程菌”制造法 ③细胞融合技术法 2、化学合成法； 3、生物合成加化学合成法。
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1、生物合成法：
①传统方法
大多数抗生素是由放线菌和霉菌产生的。菌种 是通过从土壤中分离、筛选获得，一般采用深层通风 搅拌发酵罐生产。
传统方法目前存在很多不足，因此，人们 采用基因工程和细胞融合技术，对抗生素产生菌进行 了改造和重新设计，不仅可以制造出许多高效低毒的 新型抗生素，还可改革工艺，使抗生素产量成倍地增 长。
氮源和苯乙酸等，维持一定的最适浓度。 半饥饿状态：延长合成期，提高产量。 碳源占成本12％以上，采用糖化液流加,降低成本。 糖与6APA结合形成糖基-6APA，影响青霉素产量。
镜检控制
规定时间取样，显微镜观察7 个时期的 态变化，控制发酵。 1 －4 期为菌丝生长期，3 期的菌体适宜 种子。 4－5期为生产期，生产能力最强，通过 工程措施，延长此期，获得高产。 第6期到来之前结束发酵。
6.青霉素发酵工艺过程
6.1青霉素生产流程
发 冷冻干燥孢子
琼脂斜面
酵 工 带放补料
培养基制备
艺
发酵罐
冷至15℃
无菌空气
提 炼
预处理罐
工
艺 工业盐
过滤器 结晶器
米孢子 种子罐 1和2 萃取器 蒸发器
6.2 青霉素发酵工艺过程
(1)、生产孢子制备
斜面种子：砂土孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的固 体培养基进行培养，最适温度25-26 ℃，培养6-8天，形 成单菌落。再传斜面，培养7天，形成绿色斜面孢子。
第十一章 抗生素发酵生产工艺
主讲教师：生科院洪军
1
知 识
1.制药微生物生产菌种如何选 育？发酵过程中主要检测的
回
参数有哪些？
顾 2.发酵工艺过程如何控制？
2
主要内容
抗生素的概述： （1）抗生素的定义 （2）抗生素的命名 （3）抗生素的分类
青霉素的发酵生产工艺：（重点） （1）青霉素的概述
9
2 抗生素的发展简史
2.1治疗和发展
我国的发展：
1953年5月1日，建立了第一个生产青霉素的抗 生素工厂（上海第三制药厂）；
1958年6月3日，最大的抗生素联合企业建成投 产（华北制药厂,石家庄），也是青霉素发酵总容积 居世界首位。
目前，多为原料药基地。但在半合成及成品药 的剂型方面与国外相比差距很大。
Cl
H
龟裂链霉菌
其它：纪念意义、产地、俗名如正定霉素、井冈霉
素、金霉素和土霉素等。
7
H
RN
H
O
S CH3
CH3
N
COO-
H
-lactam ring β-内酰胺 环
natural penicillin R =
CH2-CO-
8
β-内酰胺 环
氨 苄青霉素 苯氧甲基青霉素 羧苄青霉素 苯甲异噁唑青霉素
6
（2）抗生素的命名（一般分为三类）
按生物的来源：凡是在动、植物或微生物产生的，可按来源命 名。如青霉素、赤霉素、蒜素
按化学结构命名：化学结构性质清楚的，如四环素（含有四并苯 的基本母核），氯四环素（金霉素），氧四环素（土霉素）。
名称
R1
R2
微生物来源
四环素
H
H
金色链霉菌
金霉素
H
OH
金色链霉菌
土霉素
现在已能使用克隆了酰化酶基因的“工程菌”（大肠 杆菌）高效率的生产半合成抗生素。临床现在使用的贵重特效药 物先锋霉素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就是这类半合成抗生 素类药物。国外已有几十种这类药物在实验室研制成功。
24
抗生素制备的一般流程图
菌种
前体
孢子制备 种子制备
发酵
发酵阶段
发酵液预处理及种子加滤 提取及精制
如：氯霉素、磷霉素等。 经过化学合成方法和控制条件的不断
深入研究，越来越多的抗生素可用化学合成法生 产。
23
3、生物合成加化学合成法
许多细菌逐渐出现了抗药性，已经证实某些抗药性因 子位于细菌内的质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌 日益增多，抗生素疗效就越来越低。
为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行 了“整容手术”，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制 或杀死。
青霉素的抗菌效力与其分子中的β-内酰胺环有关。
27
抗菌作用和临床应用
青霉素主要抑制G+菌，但对某些G-菌，螺旋体及放线菌也 有强大的抗菌作用，青霉素的抗菌作用与抑制细胞壁的合 成有关。
青霉素临床上用于治疗葡萄球菌传染症如脑膜炎、化脓炎、 骨髓炎等，溶血性链球菌传染症如腹膜炎、产褥热，以及 肺炎、淋病、梅毒和炭疽等。
11
“后抗生素时代”
如果不再控制抗生素的滥用状态，二十一世纪 人类有可能失去抗生素这个有利的治疗武器， 重新回到没有抗生素的时代，所谓“后抗生素 时代”。
后抗生素时代是倒退，我们可能回到没有药物 可使用的状态，大量的传染性疾病将危害人类 的身体健康和生命。虽然这是一种悲观的想法， 但悲观的很有道理，细菌产生耐药速度比新药 物开发的速度快得多，这是一个确实的现象。
操作方式：反复分批式发酵 发酵罐： 100m3，装料80m3. 带放: 6-10次，带放量10％，间隔24h。 发酵周期：180-220h
发酵过程需连续流加葡萄糖、硫酸铵以及前 体物质苯乙酸盐，补糖率是最关键的控制指 标，不同时期分段控制。
过程控制——补料分批操作控制基质浓度
前40小时：培养基中的主要营养物 40小时后：低速连续补加葡萄糖、
（5）抗癌的抗生素：如阿霉素
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3.3根据抗生素的化学结构分类（化学家） 较复杂，目前已确定结构的抗生素习惯如下分类： （1）β-内酰胺类抗生素：包括青霉素类，头孢菌素类等 （2）氨基糖苷类抗生素：包括链霉素、庆大霉素等 （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
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抗生素滥用的重灾区
中国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国：年产抗 生素原料大约21万吨，出口3万吨，其余自用（包括医 疗与农业使用)，人均年消费量138克左右(美国仅13 克)。
2011年4月7日是世界卫生日，首届合理用药大会在这 一天召开，恰好契合了世界卫生日的主题——“抵御耐 药性：今天不采取行动，明天就无药可用”。
（5）抑制生物能作用的抗生素：如抑制电子转移的抗霉 素。
16
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3.5 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。
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4 抗生素的生产工艺
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② “工程菌”制造法
第一次由“工程菌”制造的全新抗生素—麦 迪紫红素A，是美国报道的。他们将产放线紫红素的部 分基因插入产麦迪霉素的放线菌中，构建的“工程菌” 产生了全新的抗生素。
我国新构建的生产丁胺卡那霉素的“工程 菌”，就是把酰化酶基因克隆到卡那霉素产生菌中获 得的。新的“工程菌” 生产的新抗生素毒副作用小， 对耐卡那霉素、庆大霉素致病菌临床疗效显著。