青霉素生产工艺(PPT37页)

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菌种
青霉素最初生产菌为音符型青霉菌，生产 能力仅为几十个单位，不能满足工业生产 需要。后来发现适合深层培养的新菌种— —产黄青霉，生产能力100U/ml，经不断 诱变选育，目前平均生产能力6600070000U/ml，国际最高生产能力已超 100000U/ml。
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青霉素产生菌的生长过程
分生孢子发芽期
目前普遍采用淀粉的酶水解产物，葡萄糖化液流 加，以降低成本。
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发酵工艺控制
• B.氮源： 主要有机氮源为玉米浆、棉籽饼粉、
花生饼粉、酵母粉、蛋白胨等。
玉米浆为较理想的氮源，含固体量少，有利 于通气及氧的传递，因而利用率较高。
有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体 生长。无机氮如硝酸盐、尿素、硫酸铵等可适量 使用。青霉素发酵生Fra bibliotek工艺1
➢青霉素发酵生产工艺 菌种 发酵工艺流程 培养基 发酵培养控制 提取精制
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青霉素类抗生素
• 青霉素(Penicillin)又称盘尼西林，是人类发现的 第一种抗生素，也是目前全球销量最大的抗生素。
• 青霉素是β-内酰胺类抗生素中的一类，是分子中 含有青霉烷、能破坏细菌细胞壁并在细菌细胞的 系列生长期起杀菌作用的一类抗生素。
前体要在发酵开始20h后加入，并在整个发酵过程中 控制在50µg/ml左右。前体用量大于0.1%时，青霉素的生 物合成均下降。所以一般发酵液中前体浓度以始终维持在 0.1%为宜。
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发酵工艺控制
3.温度 ：
青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可 能稍有差别 , 但一般认为应在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。对菌丝 生长和青霉素合成来说 , 最适温度不是一样的, 一 般前者略高于后者, 故有的发酵过程在菌丝生长阶 段采用较高的温度，以缩短生长时间, 到达生产阶 段后便适当降低温度 , 以利于青霉素的合成。
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发酵工艺控制
• C.无机盐：
碳酸钙用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵 液的pH值
为菌体提供营养的无机磷源一般采用磷酸二氢钾。 另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所 需的硫。 铁离子对青霉素有毒害作用，应严格控制发酵液中铁 含量在30ug/mL以下。现在还有一些工厂采用铁罐发酵， 在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液；发酵时间愈长， 则铁离子愈多。铁离子在50µg/ml以上便会影响青霉素的 合成。所以青霉素的发酵罐采用不锈钢制造为宜。
所以， 在青霉素发酵中通常采用补料分批操 作法 ，以维持一定的最适浓度 。
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发酵工艺控制
2.培养基成分的控制 :
A.碳源： 发酵中常用乳酸或葡萄糖。
乳糖最为便宜，但因货源较少，很多国家采用 葡萄糖代替。但当葡萄糖浓度超过一定限度时，会 过分加速菌体的呼吸，以至培养基中的溶解氧不能 满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累 在菌体或培养基中，导致pH下降，影响某些酶的活 性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。
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
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1－4期为菌丝生长期，3期的菌体适宜为种 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。 在第六期到来之前结束发酵。
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青霉素发酵过程中的代谢变化分为菌体生长、青霉 素合成和菌体自溶三个阶段。
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发酵工艺控制
• D.前体： 前体的加入是青霉素发酵的关键问题之一。 添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借酰基转移的作用，
将苯乙酸转入青霉素分子，提高青霉素G的生产强度。 但苯乙酸对发酵有影响，一般以苯乙酰胺较好。 也有采用苯乙酸月桂醇酯，其优点是在发酵中月桂醇
酯水解，苯乙酸结合进青霉素成品。而月桂酸作为细菌营 养剂及发酵液消沫剂，且其毒性比苯乙酸小，但价格较贵。
• 一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。 它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的 能力，带动了抗生素家族的诞生。
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青霉素的化学结构
青霉素是β-内酰胺类抗生素中的一类， 具有β-内酰胺环结构；是分子中含有 青霉素母核（青霉烷）的多种化合物的 总称。
β-内酰胺环
6-氨基青霉烷酸
分子结构球棍模4型
• 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。
• 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。
• 菌体自溶阶段：这个阶段菌体衰老，细胞开始 自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率 下降，氨基氮增加，PH上升。
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• 丝状菌三级发酵工艺流程 冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶 （25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C， 种子培养56h）——一级种子培养液（27°C，种 子培养，24h）——二级种子培养液（27~26°C, 发酵,7天）——发酵液。
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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。
青霉素发酵生产工艺
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青霉素制备的一般流程图
菌种
孢子制备 种子制备
发酵阶段
前体
发酵
发酵液预处理及种子加滤
提取及精制 成品检验 成品包装
提取精制
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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。
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青霉素的发酵
• 发酵工艺控制：
1.基质浓度
2.培养基成分的控制 3.温度 4. pH 值、溶氧 5.菌丝状态
6.泡沫的控制
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发酵工艺控制
1.基质浓度 ：
在发酵过程中，常常因为前期基质量浓度过 高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生 抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制 , 苯乙酸的生长抑 制）, 而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合 成。