红霉素发酵工艺设计教学内容
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重最大，各种碳源的效果大小的顺序为：蔗糖>葡萄糖>淀粉>糊精。蔗糖效果比葡萄 糖好的原因可能是蔗糖的分解速率正适合菌体对糖的利用速率，不会因单独使用葡 萄糖而积累中间产物或使pH值下降。生产上采用葡萄糖（约占80%）和淀粉（约占 20%）的混合碳源，其效果与使用蔗糖相似。
• 氮源：常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米 蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、尿素等。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。 铵盐中的氮可被菌体直接利用。硝酸盐中的氮必须还原为氨才可利用。无机氮源可 以作为主要氮源或辅助氮源，氨盐比硝酸盐更快被利用。
285
二、流程设计及操作分析
工艺流程设计：
• 菌种选择与培育 • 培养基的确定 • 本设计的工艺原则和流程的确定
菌种选择与培育
• 菌种选择：红霉素工业生产菌红色糖多孢菌S.erythraea HL3168 E3 • 菌种培育： (1)制备母液斜面孢子:
将保存在2-6 ℃冰箱中的砂土孢子，无菌接种于已灭菌的斜Βιβλιοθήκη Baidu培养基上，于37 ℃培养7-10天, 保存备用
大罐 3% 2.5% 3% 0.30% 0.1% 0.05% 0.60% 0.02% 0.60% 0.15%
(2)制备子瓶斜面孢子:
将生长好且在冰箱存放一周以上的母液取出，制成菌悬液接种于子瓶斜面上，于 37 ℃恒温培养7-10天,保存备用
(3)制备孢悬液 :
取子瓶斜面制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入一级种子罐内。
培养基的确定
培养基选择的一般原则：
1.生物学原则：根据不同微生物的营养和反应需求，设计培养基。营养物质组成 较丰富，浓度适当，满足菌体生长和合成产物的需求。各种成分之间比例恰当， 特别是有机氮和无机氮源，C/N比。红霉素培养液中一般C/N比为20∶1。一定条 件下，各种原材料之间不能产生化学反应。具有适宜的pH和渗透压。
• 生长因子：生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物，包括氨基酸、维生素 、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，无需添加。但对于营养缺陷型（氨基 酸、核苷酸）菌株，必需添加。
• 前体与促进剂：前体是加入到发酵培养基中的某些化合物，能被直接参与产物的生 物合成，组成产物分子的一部分，而自身的结构没有发生多大的变化。前体明显提 高产品产量和质量，一定条件下还能控制菌体合成代谢产物的方向。前体不仅有毒 性，而且被菌体分解，因此多次少量流加工艺。在抗生素等次级代谢产物的发酵中 ，经常添加前体和促进剂，以提高产量。前体可以是产物的中间体，也可以是其中 的一部。
红霉素的发现与分类
• 红霉素为大环内酯类抗生素，是在1952年由红色链丝菌产生的抗生素。主要成 分C的活性较弱，只为A的1/5，而毒性则为A的5倍，B不仅活性低且毒性大。通 常所说的红霉素即指红霉素A，而其他两个组分视为杂质。
抗生素 红霉素A
分子式 C37H67O13N
相对分子质量 733.91
熔点/℃ 135—140
[ａ]25D
pKa
－73.5°（甲醇） 8.6
λmax 280
红霉素B
C37H67O12N
717.91
198
－78°
8.5
289
红霉素C
C36H65O13N
719.88
121—125
—
8.6
292
红霉素D 红霉素E
C36H65O12N C37H65O14N
703.45 735.88
—
—
—
—
160—165 －49.7°（甲醇）
• 水：菌体细胞的主要成分，营养传递的介质。良好导体，调节细胞生长。
本设计中培养基的具体比例：
成分 葡萄糖 淀粉 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 氯化钠 碳酸钙 磷酸二氢钾 丙醇 豆油
小罐 3% 4% 2.5% 0.2% 0.5% 0.4% 0.6% 0.6% -
中罐 3% 3% 2.2% 0.8% 0.1% % 0.6% -
2.工艺原则：不影响通气和搅拌，又不影响产物的分离精制和废物处理，过程容 易控制。
3.低成本原则：原材料要因地制宜，来源方便，丰富，质量稳定，质优价廉，成 本低。
4.高效经济原则：生产安全，环境保护，高质量，最高得率，最小副产物。
培养基中各组分功能
• 碳源：红霉素生产最适合碳源是蔗糖，在蔗糖浓度为7.0%时，红霉素产量和菌丝干
红霉素发酵工艺设计
2020/4/15
汇报内容有以下几个方面
一、本设计的任务要求及基本资料 二、流程设计及操作工艺分析 三、设计计算及结果分析 四、工艺流程图与设备布置设计
五、设计问题总结与评价、建议
任务及要求
• 设计项目建设规模和产品方案： 建设规模：年产20吨红霉素碱。 产品方案：发酵液浓度为5000u/mL，产品纯度为98.5%以上红霉素
根据氨盐利用后，残留物质的性质，把无机氮源可分为生理酸性物质和生理碱性物 质。生理酸性物质是代谢后能产生酸性物质，如（NH4）2SO4利用后，产生硫酸。生 理碱性物质是代谢后能产生碱性物质，如硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。生产中常 常加入无机氮源来调节pH值，一举两得。
培养基的确定
• 无机盐和微量元素: 无机盐和微量元素是生理活性物质的组成成分或具有生理调节 作用，磷（核酸）、硫、铁（细胞色素）、镁、钙（调节细胞膜透性）、锰、铜、 锌（辅酶或激活剂）、钴、钾、钠（调节渗透压）、氯。一般低浓度起促进作用， 高浓度起抑制作用。
• 具体设计的任务和要求如下： a. 设计出一条最优生产性工艺路线 b.完成生产工艺路线的物料和热量平衡的设计计算 c.完成工艺路线中所涉及设备的计算和选型或设备的主体结构设计 d.作出带控制点的工艺流程图，设备平面布置图和设备立面布置图 e.在上述设计工作的基础上，编写出项目设计报告
红霉素的简介
红霉素（Erythromycin）分子：C37H67O13N 分子量：733.94 g/mol
结构：红霉素是由红霉内酯与去氧氨基己糖
和红霉糖缩合而成的碱性苷。红霉内酯环含
有13个碳原子，内酯环的C-3通过氧原子与红 霉糖相联结，C-5通过氧原子与去氧氨基己糖相连接。
红霉素结构式
成分：由链霉素Streptomycin elytrous所产生，是一种碱性抗生素。其游 离碱供口服用，乳糖酸盐供注射用。此外，尚有其琥珀酸乙酯（琥乙红霉 素）、丙酸酯的十二烷基硫酸盐（依托红霉素）供药用。
• 氮源：常用有机氮源有黄豆饼粉（最常用）、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、玉米 蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、尿素等。常用无机氮源有铵盐、氨水和硝酸盐。 铵盐中的氮可被菌体直接利用。硝酸盐中的氮必须还原为氨才可利用。无机氮源可 以作为主要氮源或辅助氮源，氨盐比硝酸盐更快被利用。
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二、流程设计及操作分析
工艺流程设计：
• 菌种选择与培育 • 培养基的确定 • 本设计的工艺原则和流程的确定
菌种选择与培育
• 菌种选择：红霉素工业生产菌红色糖多孢菌S.erythraea HL3168 E3 • 菌种培育： (1)制备母液斜面孢子:
将保存在2-6 ℃冰箱中的砂土孢子，无菌接种于已灭菌的斜Βιβλιοθήκη Baidu培养基上，于37 ℃培养7-10天, 保存备用
大罐 3% 2.5% 3% 0.30% 0.1% 0.05% 0.60% 0.02% 0.60% 0.15%
(2)制备子瓶斜面孢子:
将生长好且在冰箱存放一周以上的母液取出，制成菌悬液接种于子瓶斜面上，于 37 ℃恒温培养7-10天,保存备用
(3)制备孢悬液 :
取子瓶斜面制备成孢悬液，以压差法将孢悬液接入一级种子罐内。
培养基的确定
培养基选择的一般原则：
1.生物学原则：根据不同微生物的营养和反应需求，设计培养基。营养物质组成 较丰富，浓度适当，满足菌体生长和合成产物的需求。各种成分之间比例恰当， 特别是有机氮和无机氮源，C/N比。红霉素培养液中一般C/N比为20∶1。一定条 件下，各种原材料之间不能产生化学反应。具有适宜的pH和渗透压。
• 生长因子：生长因子是指微生物生长不可缺少的微量有机物，包括氨基酸、维生素 、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，无需添加。但对于营养缺陷型（氨基 酸、核苷酸）菌株，必需添加。
• 前体与促进剂：前体是加入到发酵培养基中的某些化合物，能被直接参与产物的生 物合成，组成产物分子的一部分，而自身的结构没有发生多大的变化。前体明显提 高产品产量和质量，一定条件下还能控制菌体合成代谢产物的方向。前体不仅有毒 性，而且被菌体分解，因此多次少量流加工艺。在抗生素等次级代谢产物的发酵中 ，经常添加前体和促进剂，以提高产量。前体可以是产物的中间体，也可以是其中 的一部。
红霉素的发现与分类
• 红霉素为大环内酯类抗生素，是在1952年由红色链丝菌产生的抗生素。主要成 分C的活性较弱，只为A的1/5，而毒性则为A的5倍，B不仅活性低且毒性大。通 常所说的红霉素即指红霉素A，而其他两个组分视为杂质。
抗生素 红霉素A
分子式 C37H67O13N
相对分子质量 733.91
熔点/℃ 135—140
[ａ]25D
pKa
－73.5°（甲醇） 8.6
λmax 280
红霉素B
C37H67O12N
717.91
198
－78°
8.5
289
红霉素C
C36H65O13N
719.88
121—125
—
8.6
292
红霉素D 红霉素E
C36H65O12N C37H65O14N
703.45 735.88
—
—
—
—
160—165 －49.7°（甲醇）
• 水：菌体细胞的主要成分，营养传递的介质。良好导体，调节细胞生长。
本设计中培养基的具体比例：
成分 葡萄糖 淀粉 黄豆饼粉 玉米浆 硫酸铵 氯化钠 碳酸钙 磷酸二氢钾 丙醇 豆油
小罐 3% 4% 2.5% 0.2% 0.5% 0.4% 0.6% 0.6% -
中罐 3% 3% 2.2% 0.8% 0.1% % 0.6% -
2.工艺原则：不影响通气和搅拌，又不影响产物的分离精制和废物处理，过程容 易控制。
3.低成本原则：原材料要因地制宜，来源方便，丰富，质量稳定，质优价廉，成 本低。
4.高效经济原则：生产安全，环境保护，高质量，最高得率，最小副产物。
培养基中各组分功能
• 碳源：红霉素生产最适合碳源是蔗糖，在蔗糖浓度为7.0%时，红霉素产量和菌丝干
红霉素发酵工艺设计
2020/4/15
汇报内容有以下几个方面
一、本设计的任务要求及基本资料 二、流程设计及操作工艺分析 三、设计计算及结果分析 四、工艺流程图与设备布置设计
五、设计问题总结与评价、建议
任务及要求
• 设计项目建设规模和产品方案： 建设规模：年产20吨红霉素碱。 产品方案：发酵液浓度为5000u/mL，产品纯度为98.5%以上红霉素
根据氨盐利用后，残留物质的性质，把无机氮源可分为生理酸性物质和生理碱性物 质。生理酸性物质是代谢后能产生酸性物质，如（NH4）2SO4利用后，产生硫酸。生 理碱性物质是代谢后能产生碱性物质，如硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。生产中常 常加入无机氮源来调节pH值，一举两得。
培养基的确定
• 无机盐和微量元素: 无机盐和微量元素是生理活性物质的组成成分或具有生理调节 作用，磷（核酸）、硫、铁（细胞色素）、镁、钙（调节细胞膜透性）、锰、铜、 锌（辅酶或激活剂）、钴、钾、钠（调节渗透压）、氯。一般低浓度起促进作用， 高浓度起抑制作用。
• 具体设计的任务和要求如下： a. 设计出一条最优生产性工艺路线 b.完成生产工艺路线的物料和热量平衡的设计计算 c.完成工艺路线中所涉及设备的计算和选型或设备的主体结构设计 d.作出带控制点的工艺流程图，设备平面布置图和设备立面布置图 e.在上述设计工作的基础上，编写出项目设计报告
红霉素的简介
红霉素（Erythromycin）分子：C37H67O13N 分子量：733.94 g/mol
结构：红霉素是由红霉内酯与去氧氨基己糖
和红霉糖缩合而成的碱性苷。红霉内酯环含
有13个碳原子，内酯环的C-3通过氧原子与红 霉糖相联结，C-5通过氧原子与去氧氨基己糖相连接。
红霉素结构式
成分：由链霉素Streptomycin elytrous所产生，是一种碱性抗生素。其游 离碱供口服用，乳糖酸盐供注射用。此外，尚有其琥珀酸乙酯（琥乙红霉 素）、丙酸酯的十二烷基硫酸盐（依托红霉素）供药用。