1、宜賓職業技術學院宜賓職業技術學院 畢業論文 抗生素之青霉素生產工藝抗生素之青霉素生產工藝 系系 部部 生物與化工工程系 專專 業業 名名 稱稱 白 酒 釀 造 班班 級級 釀 酒 1 1 1 0 2 班 姓姓 名名 謝濤 顧攘 唐敏 學學 號號 201112817 指指 導導 教教 師師 蘭 小 艷 小組分工情況 謝濤：抗生素青霉素工藝生產資料尋找 討論 總結 唐敏：抗生素青霉素工藝生產資料整理 討論 總結 顧攘：匯總 討論 總結 對論文的修改 抗生素的生產工藝抗生素的生產工藝 摘要 發酵工程藥物中最主要的就是抗生素，抗生素是臨床上日常應用量最大的 抗感染藥物、它是生物，包括微生物、植物和動物

2、在內，在其生命活動過程中 所產生的，能在低微濃度下有選擇地抑制或影響他種生物功能的有機物質。 關鍵詞：抗生素，青霉素，生產工藝 moulds contain pieces of optimization tutor:xiaoyan nan professional biological 2008 no：201112817 name:tao xie summary: fermented project medicine a main one antibiotic, antibiotic daily resisting infection medicining most heavy of empl

3、oying etc. at being clinical, it living beings, including microorganism, plant and animal, produced in its life activity, can inhibit or influence his organic matter of one kind of biological functions under the humble density selectively. keyword: antibiotic, penicillin, production technology 目錄目錄

4、前言 .1 一抗生素的認識 1抗生素的定義.1 2抗生素的發展.1 3抗生素的應用.1 4抗生素的生產工藝.2 二青霉素 1青霉素的定義.2 2青霉素菌種.3 3青霉素培養基.3 4青霉素發酵條件控制.4 5青霉素分離和純化.4 6青霉素工藝控制要點.4 討論.5 結論.5 致謝.7 參考文獻.8 0 前 言 生素是生物體在生命活動中產生的一種次級代謝產物。目前人們在生物體 內發現的 6000 多種抗生素中，約 60%來自放線菌，抗生素主要用微生物發酵法 生產，少數抗生素也可用化學方法合成，人們還對天然得到的抗生素進行生化 或化學方法改造，使其具有更優越的性能。抗生素不僅廣泛用于臨床醫療，而

5、且已經用于農業、畜牧及環保等領域中。 青霉素是最早發現并用于臨床的一種 抗生素，1928 年為英國人弗萊明發現，40 年代投入工業生產，在二戰期間立刻 大顯身手，它能有效控制傷口的細菌感染，挽救了數百萬戰爭中受傷者的性命。 一 抗生素 （一） 抗生素的定義 抗生素又稱抗菌素，指某些微生物在代謝過程中所產生的，對于其他微生物具 有抑制生長或殺滅作用的化學物質，是制藥工業中一類重要原料藥。某些抗生素對 一部分較大的濾過性病毒也有抑制作用；或有刺激動植物生長的作用；或具有抗惡 性腫瘤、抗輻射等作用。有些天然抗生素，經用化學方法進行分子結構改造后，可 得到療效更高的半合成抗生素。少數天然抗生素可用化學

6、方法進行大量生產，成為 合成抗生素。 （二） 抗生素的發展 最早具有臨床實用價值的抗生素是 1928 年英國細菌學家 a.弗萊明發現的青霉 素，是由點青霉菌或產黃青霉菌產生。1944 年，俄國出生的 s.a.瓦克斯曼發現了 由灰色鏈霉菌產生的鏈霉素。19461956 年先后從土壤中尋找到由放線菌產生的 氯霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素、紅霉素及絲裂霉素 c 等。6070 年代,半合 成抗生素迅速發展,獲得了具有顯著療效的新型抗生素,如半合成青霉素和頭孢菌素 類，具有耐青霉素酶、耐酸和抗菌譜廣等特點，為抗生素的臨床應用開辟了新的領 域。 1 （三） 抗生素的應用 抗生素在臨床治療中占有重要的地位

7、。如青霉素鉀鹽、普魯卡因鹽用于臨床已 有 40 年之久，是控制敏感金黃色葡萄球菌及肺炎雙球菌引起的敗血癥和肺炎等病 的有效藥物。紅霉素和頭孢菌素類用于治療對青霉素耐藥的金黃色葡萄球菌引起的 疾病。制霉菌素、灰黃霉素用于治療真菌性疾病。林可霉素可用于治療敗血癥，呼 吸道感染，骨、關節感染，對骨髓炎療效更好。絲裂霉素 c、博萊霉素、柔毛霉素 等分別對肺癌,惡性葡萄胎等有一定療效。各種抗生素在臨床上均有程度不同的副 作用，如過敏、聽覺受阻等。抗生素在農業防治作物病害方面的應用也占有一定的 地位。 （四） 抗生素的生產工藝 發酵法生產抗生素的主要工藝步驟包括菌種的制備、種子擴大培養、發酵、發 酵液的預

8、處理、代謝產物的分離純化、干燥，最后制得產品。圖示為抗生素生產的 一般工藝流程圖： 消沫劑 菌絲體綜合利用 冷凍干燥孢子瓊脂斜面孢子米孢子種子罐發酵罐過濾抗生素回收 補料（前體、氮源、碳源） 二 青霉素 青霉素的生產歷史最長，工藝最成熟。故以其生產工藝為例 （一） 青霉素的定義 青霉素是抗菌素抗菌素的一種，是指從青霉菌培養液中提制的分子中含有青霉烷、 能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是第一種能 2 夠治療人類疾病的抗生素。青霉素類抗生素是 -內酰胺類中一大類抗生素的總稱。 但它不能耐受耐藥菌株(如耐藥金葡)所產生的酶，易被其破壞，且其抗菌譜較窄， 主要對革蘭氏陽性

9、菌有效。青霉素 g 有鉀鹽、鈉鹽之分，鉀鹽不僅不能直接靜注， 靜脈滴注時，也要仔細計算鉀離子量，以免注入人體形成高血鉀而抑制心臟功能， 造成死亡。其生產工藝流程如圖 ： 產黃青霉 斜面孢子 米孢子 種子罐 發酵罐 發酵液 發酵 濾液 一次 ba 萃取液 一次水提液 二次 ba 萃取液 脫色液 結晶 混懸液 濕晶體 青霉素工業鹽 （二） 菌種 青霉素生產菌株一般為產黃青霉，根據深層培養中菌絲體的形態，分為球狀菌 和絲狀菌。在發酵過程中，產黃青霉的生長發育可分為 6 個階段： a、分生孢子的期； b、菌絲繁殖，原生質嗜堿性很強，有類脂肪小顆粒產生為期； c、原生質嗜堿性仍很強，形成脂肪粒，積累貯藏

10、物為期； d、原生質嗜堿性很弱，脂肪粒減少，形成中、小空泡為期； e、脂肪粒消失，形成大空泡為期； f、細胞內看不到顆粒，并有個別自溶細胞出現為期。 其中期稱為菌絲生長期，菌絲的濃度增加很多，但產生的青霉素較少， 處于該時期的菌絲體適于用做發酵的種子。期是青霉素的分泌期，此時菌絲 體生長減緩，并大量產生青霉素。期是菌絲體的自溶期。 （三） 培養基 青霉素生產的培養基包括碳源、氮源、前體、無機鹽等。青霉菌可以利用多種 碳源，如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。氮源常選用玉米漿、精制棉子餅粉或麩皮粉，并 補加無機氮源。前體可采用苯乙酸或苯乙酰胺，一次加量不大于 0.1%，以防止前 體對青霉菌的毒害。加入的無機

11、鹽包括 s、p、ca、mg、k 等，由于鐵離子對青 3 霉菌有毒害作用，必須嚴格控制鐵離子的濃度，一般控制在 30ug/ml 。 （四） 發酵條件控制 發酵過程的條件主要是通過補料來控制的，如根據發酵液中的殘糖量、ph、 排氣中的二氧化碳和氧氣的含量來控制加糖速率。一般殘糖降至 0.6%，ph 上升 時開始加糖。氮源主要補加硫酸銨、氨水和尿素，發酵液的氨氮控制在 0.05%。 前體是在發酵的適當時間添加，使苯乙酰胺等前體的濃度保持在一定范圍內。ph 控制在 6.46.6 之間，可以通過添加葡萄糖，加酸或加堿來調節。 溫度一般在發酵前期控制 25c26c，發酵后期控制在 23c。通氣比控制 在

12、1：0.8，攪拌轉速根據發酵不同階段的需要進行調整，使溶解氧不低于飽和溶 解氧濃度的 30% 。 通常采用豆油、玉米油或化學合成消沫劑如還氧丙烯環氧乙烯聚醚類進行消沫， 注意控制用量和加入方式。 （五） 青霉素分離和純化 青霉素發酵液可以通過各種過濾器過濾，濾液用醋酸丁酯進行溶媒萃取 23 次；醋酸丁酯萃取液按照 150200g/10 億單位的量加入活性炭脫色，過濾除去活 性炭；濾液采用蒸餾或直接結晶法結晶，晶體經過洗滌，烘干后，得到青霉素結晶 產品。 （六） 工藝控制要點 青霉素發酵，要特別注意嚴格操作防止污染雜菌。在接種前后，種子培養 過程及發酵過程中，應隨時進行無菌檢查，以便及時發現染菌

13、，并在染菌后進行必 要處理。因為它易被菌氧化而產生阻遏作用。加糖主要控制殘糖量，加入量決定于 耗 用葡萄糖作為碳源必須控制其加入的濃度，糖速度、ph 變化、菌絲量及 培養液體積，加糖率一般不大于 0.13%/h 。 嚴格控制培養基內前體的濃度，除在基礎培養基中加入 0.07%以外，應根 4 據發酵過程中合成青霉素的需要加入，其含量不應超過 0.1%。否則，對青霉素的 生長會產生毒性 。 青霉素發酵的最適 ph 為 6.5 左右。如果 ph 過高，可以通過補糖、加油、 加硫酸或無機氮源等方法調節；如果 ph 過低，可以采取加碳酸鈣、加堿或加尿素、 氨水等方法調節，但應盡量避免超過 7.0 。 討

14、論 抗生素在目前的制藥工業中仍占有舉足輕重的地位，尤其是下游半合成抗 生素的發展，進一步刺激了上游的工業發酵。一些抗生素的工業生產規模非常 大，如 -內酰胺類的青霉素、頭孢菌素 c，大環內酯類的紅霉素、利福霉素， 氨基環醇類的鏈霉素、慶大霉素。其它的一些抗生素，如林可霉素、四環素、 金霉素、萬古霉素等，單個發酵罐容積越來越大，100 m3 的發酵罐被普遍采用， 200 m3 甚至更大容積的發酵罐經常可見報道。 抗生素的工業生產包括發 酵和提取兩部分。工藝流程大致如下：菌種的保藏、孢子制備、種子制備、發 酵、提取和精制。種子和發酵培養基的常用碳源有：葡萄糖、淀粉、蔗糖、油 脂、有機酸等，主要為菌

15、體生長代謝提供能源，為合成菌體細胞和目的產物提 供碳元素。有機氮源多用玉米漿、黃豆餅粉、麩質粉、蛋白胨、酵母粉、魚粉 等，硫酸銨、尿素、氨水、硝酸鈉、硝酸銨則是常用的無機氮源。另外，培養 基中還得添加無機鹽、微量元素以及消沫劑，部分抗生素還得加入特殊前體， 如青霉素的前體是苯乙酸，大環內酯類抗生素的前體是丙酸鹽。發酵過程普遍 補加一種碳源、氮源物質，如葡萄糖和硫酸銨。ph 值通過流加氨水進行調節， 很多抗生素在發酵中后期流加前體，對提高產量非常有益。抗生素發酵絕大多 數為好氧培養，必須連續通入大量無菌空氣，全過程大功率攪拌。發酵液的預 處理，一般加絮凝劑沉淀蛋白，過濾去除菌絲體，發酵濾液的提取

16、常用溶媒萃 取法、離子交換樹脂法品。 、沉淀法、吸附法等提純濃縮，然后結晶干燥得純。 總結 抗生素在我們的日常生活已經被廣泛使用，對我們的價值作用也是巨大的。隨 著新的抗生素的不斷出現，為了便于研究，有必要對抗生素進行適當的分類。可以 5 從各種不同角度對抗生素進行分類，如生物來源、作用、化學結構、作用機制、生 物合成途徑等方面。如下 分類方法抗生素種類產物舉例 根據抗生素的生物來源 分類 1、放線菌產生的抗生 素 2、真菌產生的抗生素 3、細菌產生的抗生素 4、植物或動物產生的 抗生素 鏈霉素、四環素等 青霉素、 頭孢霉素 d 等 多黏菌素 蒜素、魚素等 根據抗生素的作用分類1、光譜抗生素

17、2、抗革蘭氏陽性菌的 抗生素 3、抗革蘭氏陰性菌的 抗生素 4、抗真菌的抗生素 5、抗病毒抗生素 6、抗腫瘤抗生素 氨芐青霉素等 青霉素等 鏈霉素等 制霉菌素等 四環類抗生素等 阿霉素等 根據抗生素的化學結構 分類 1、-內酰胺類抗生素 2、氨基糖苷類抗生素 3、大環內脂類抗生素 4、四環類抗生素 5、多肽類抗生素 青霉素類、頭孢霉素類 等 鏈霉素、慶大霉素等 紅霉素、麥迪霉素等 四環素、土霉素等 多黏菌素、桿菌肽等 6 根據抗生素的作用機制 分類 1、抑制細胞壁合成的 抗生素 2、影響細胞膜功能的 抗生素 3、抑制病原菌蛋白質 合成抗生素 4、抑制核酸合成的抗 生素 5、抑制生物能作用的 抗

18、生素 青霉素類、頭孢霉素類 等 多烯類抗生素等 四環素等 絲裂霉素 c 等 抗霉素等 根據抗生素的合成途徑 分類 1、氨基酸、肽類衍生 物抗生素 2、糖類衍生物抗生素 3、乙酸、丙酸衍生物 抗生素 青霉素類、頭孢霉素類 等 鏈霉素糖苷類抗生素 紅霉素等丙酸衍生物 致謝 回首往事兮景幻多，感念吾師兮夢婆娑。真心感謝我的導師蘭小艷老 師對我學習的支持、勉勵。在寫作畢業論文階段，蘭老師便會放下繁忙的工作 不厭其煩地指點我，在我撰寫論文的過程中，蘭老師傾注了大量的心血和汗水， 使我得到了蘭老師悉心細致的教誨和無私的幫助。在此，謹向導師表示崇高的 敬意和衷心的感謝！在論文完成之際，我要特別老師們的熱情關懷和悉心指導。 特別是他們的廣博的學識、深厚的學術素養、嚴謹的治學精神和一絲不