1、抗生素工業(yè)生產(chǎn)抗生素工業(yè)生產(chǎn)第二部分第二部分菌種優(yōu)化菌種優(yōu)化抗生素發(fā)酵及抗生素發(fā)酵及提取精制提取精制工業(yè)生產(chǎn)方法工業(yè)生產(chǎn)方法及總的工藝及總的工藝抗生素生產(chǎn)菌抗生素生產(chǎn)菌的菌種的菌種菌種來(lái)源菌種來(lái)源抗生素的工業(yè)生產(chǎn)方法抗生素的工業(yè)生產(chǎn)方法及工藝介紹及工藝介紹第一節(jié)第一節(jié)教學(xué)目的教學(xué)目的工業(yè)生產(chǎn)方法工業(yè)生產(chǎn)方法 生物合成法生物合成法全化學(xué)合成法全化學(xué)合成法半化學(xué)合成法半化學(xué)合成法一、抗生素的工業(yè)生產(chǎn)方法一、抗生素的工業(yè)生產(chǎn)方法1、生物合、生物合成成法法生物合成法（生物合成法（即微生物發(fā)酵法即微生物發(fā)酵法）：是利用）：是利用特定的微生物，在一定的條件下（特定的微生物，在一定的條件下（培養(yǎng)基、培養(yǎng)基、

2、溫度、溫度、ph、通氣、攪拌、通氣、攪拌等）使之生長(zhǎng)繁殖，等）使之生長(zhǎng)繁殖，并在代謝過(guò)程中產(chǎn)生抗生素。然后選用適當(dāng)并在代謝過(guò)程中產(chǎn)生抗生素。然后選用適當(dāng)化學(xué)手段將抗生素從發(fā)酵液中提取、精制，化學(xué)手段將抗生素從發(fā)酵液中提取、精制，最后獲得符合藥典規(guī)定的各種抗生素成品。最后獲得符合藥典規(guī)定的各種抗生素成品。目前目前dna重組技術(shù)已廣泛用于紅霉素、鏈霉素等重組技術(shù)已廣泛用于紅霉素、鏈霉素等20多種抗生素的育種工作，可以預(yù)見(jiàn)不久將來(lái)會(huì)有更多多種抗生素的育種工作，可以預(yù)見(jiàn)不久將來(lái)會(huì)有更多的新型抗生素問(wèn)世。的新型抗生素問(wèn)世。 返回2、全、全化學(xué)化學(xué)合成合成法法 氯霉素分子結(jié)構(gòu)圖氯霉素分子結(jié)構(gòu)圖o2nch3

3、oc6h5clo2nch2obrc6h5clo2nch2obr.c2h5ohhcl,h2obr2(ch2)6n4(ch2)6n4o2nch2onh2.hclaconao2nch2onhcoch3hchoo2nchonhcoch3ohac2oo2nchohnhcoch3ohthreo()hclh2oo2nchohnh2.hclohthreo()naoho2nchohnh2ohthreo()aloch(ch3)23(ch3)2chohresolutionch2oho2nhhohnh2d-(-)-threoch3ohch2oho2nhhohnhcochcl2cl2chcooch3合成路徑合成路徑o2

4、ncoch3為起始原料為起始原料溴代溴代 成鹽成鹽水解成胺水解成胺酯化酯化羥醛縮合羥醛縮合選擇性還原選擇性還原（）蘇阿糖）蘇阿糖型型酯水解酯水解酸堿中和酸堿中和拆分拆分d d（- -）蘇阿糖型）蘇阿糖型成酰胺成酰胺全化學(xué)合成法的優(yōu)缺點(diǎn)全化學(xué)合成法的優(yōu)缺點(diǎn)效率較高，受效率較高，受影響因素少，影響因素少，克服了發(fā)酵法克服了發(fā)酵法生產(chǎn)的缺點(diǎn)。生產(chǎn)的缺點(diǎn)。導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。境污染問(wèn)題。 返回3、半、半化學(xué)化學(xué)合成合成法法即半合即半合成法，成法，將生物合成法制得的抗生將生物合成法制得的抗生素用化學(xué)或生化方法引入特定的功能基團(tuán)素用化學(xué)或生化方法引入特定的功能基團(tuán),進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改造而獲得的

5、新抗生素品種進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改造而獲得的新抗生素品種或制成各種衍生物或制成各種衍生物。此種方法一般分兩個(gè)階段進(jìn)行：此種方法一般分兩個(gè)階段進(jìn)行： 增強(qiáng)抗菌力；增強(qiáng)抗菌力；12對(duì)耐藥菌有效；對(duì)耐藥菌有效；34 降低毒副作用或提高生物有效性。降低毒副作用或提高生物有效性。5 擴(kuò)大抗菌譜；擴(kuò)大抗菌譜；便于口服；便于口服；生物合成法生物合成法生產(chǎn)抗生素生產(chǎn)抗生素的的工藝過(guò)程工藝過(guò)程抗生素總的生產(chǎn)工藝過(guò)程抗生素總的生產(chǎn)工藝過(guò)程菌種菌種孢子制備孢子制備種子制備種子制備 發(fā)酵發(fā)酵精制過(guò)程精制過(guò)程成品檢驗(yàn)成品檢驗(yàn)提取過(guò)程提取過(guò)程成品包裝成品包裝發(fā)酵液發(fā)酵液預(yù)處理及過(guò)預(yù)處理及過(guò)濾濾出廠(chǎng)檢驗(yàn)出廠(chǎng)檢驗(yàn)微生物合成抗生素微生

6、物合成抗生素上游：上游：菌種保存、選育、孢子及種子制備菌種保存、選育、孢子及種子制備發(fā)酵發(fā)酵適宜的培養(yǎng)基適宜的培養(yǎng)基碳源碳源 氮源氮源 無(wú)機(jī)鹽（微量元素）無(wú)機(jī)鹽（微量元素）前體前體下游：下游：提取提取 預(yù)處理預(yù)處理 過(guò)濾過(guò)濾 進(jìn)一步提取進(jìn)一步提取結(jié)晶干燥結(jié)晶干燥純品純品成品成品:制劑工作制劑工作1、產(chǎn)生菌種、產(chǎn)生菌種菌種：菌種：來(lái)源于自然界，得到能產(chǎn)生抗生素的微生物，來(lái)源于自然界，得到能產(chǎn)生抗生素的微生物，經(jīng)分離、選育和純化后的物質(zhì)；經(jīng)分離、選育和純化后的物質(zhì)； 保藏：保藏：冷凍干燥法制備后，以超低溫，即在液氮冰冷凍干燥法制備后，以超低溫，即在液氮冰箱箱(-190-196)內(nèi)保藏；內(nèi)保藏； 復(fù)

7、壯：復(fù)壯：一般生產(chǎn)用菌株經(jīng)多次移植往往會(huì)發(fā)生變異一般生產(chǎn)用菌株經(jīng)多次移植往往會(huì)發(fā)生變異而退化，故必須經(jīng)常進(jìn)行菌種選育和純化以提高其生而退化，故必須經(jīng)常進(jìn)行菌種選育和純化以提高其生產(chǎn)能力。產(chǎn)能力。 條條 件：件：生產(chǎn)用的菌株須經(jīng)純化和生產(chǎn)能力的檢生產(chǎn)用的菌株須經(jīng)純化和生產(chǎn)能力的檢驗(yàn)，若符合規(guī)定，才能用來(lái)制備種子；驗(yàn)，若符合規(guī)定，才能用來(lái)制備種子； 孢子制備：孢子制備：將保藏的處于休眠狀態(tài)的孢子，在嚴(yán)格將保藏的處于休眠狀態(tài)的孢子，在嚴(yán)格的無(wú)菌條件下，將其接種到經(jīng)滅菌過(guò)的固體斜面培養(yǎng)的無(wú)菌條件下，將其接種到經(jīng)滅菌過(guò)的固體斜面培養(yǎng)基上，在一定溫度下培養(yǎng)基上，在一定溫度下培養(yǎng)5-7日或日或7日以上，這樣

8、培養(yǎng)日以上，這樣培養(yǎng)出來(lái)的孢子數(shù)量還是有限的出來(lái)的孢子數(shù)量還是有限的； 擴(kuò)大培養(yǎng)：擴(kuò)大培養(yǎng)：必要時(shí)可進(jìn)一步用扁瓶在固體培養(yǎng)基必要時(shí)可進(jìn)一步用扁瓶在固體培養(yǎng)基(如如小米、大米、玉米?；螓熎ば∶?、大米、玉米?；螓熎?上擴(kuò)大培養(yǎng)。上擴(kuò)大培養(yǎng)。 2、孢子制備、孢子制備目目 的：的：使孢子發(fā)芽、繁殖以獲得足夠數(shù)使孢子發(fā)芽、繁殖以獲得足夠數(shù)量的菌絲，并接種到發(fā)酵罐中；量的菌絲，并接種到發(fā)酵罐中； 方方 法：法：可用可用搖瓶培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)后再接入種子罐進(jìn)逐后再接入種子罐進(jìn)逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)或直接將孢子接入級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)或直接將孢子接入種子罐逐級(jí)放大種子罐逐級(jí)放大培養(yǎng)培養(yǎng)。 擴(kuò)大培養(yǎng)：擴(kuò)大培養(yǎng)：級(jí)數(shù)通常為二級(jí)。級(jí)數(shù)通常為

9、二級(jí)。 3、種子制備、種子制備1.砂土孢子砂土孢子 2.冷凍干燥孢子冷凍干燥孢子 3.斜面孢子斜面孢子 4.藥瓶液體培養(yǎng)藥瓶液體培養(yǎng) 5.茄子瓶斜面培養(yǎng)茄子瓶斜面培養(yǎng) 6.固體培養(yǎng)基培養(yǎng)固體培養(yǎng)基培養(yǎng) 7、8.種子罐培養(yǎng)種子罐培養(yǎng) 9.發(fā)酵罐發(fā)酵罐在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)中，由于各菌種的生理生化特性不一樣，采用的工藝不同，所需的培養(yǎng)基組成亦各異。即使同一菌種，在種子培養(yǎng)階段和不同發(fā)酵時(shí)期，其營(yíng)養(yǎng)要求也不完全一樣。培養(yǎng)基主要成分包括碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)(包括微量元素)和前體前體等。4、培養(yǎng)基的配制、培養(yǎng)基的配制(1)碳源碳源主要用以供給菌種生命活動(dòng)所需的能量，構(gòu)成菌體細(xì)胞及代謝產(chǎn)物。

10、有的碳源還參與抗生素的生物合成，是培養(yǎng)基中主要組成之一；常用碳源包括淀粉、葡萄糖和油脂類(lèi)。(2)氮源氮源主要用以構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)(包括氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸)和含氮代謝物，亦包括用以生物合成含氮抗生素。有機(jī)氮源：有機(jī)氮源：黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、蛋白胨、尿素、酵母粉、魚(yú)粉、蠶蛹粉和菌絲體等。無(wú)機(jī)氮源：無(wú)機(jī)氮源：氨水(氨水既作為氮源，也用以調(diào)節(jié)ph)，硫酸銨、硝酸鹽和磷酸氫二氨等。(3)無(wú)機(jī)鹽和微量元素?zé)o機(jī)鹽和微量元素 抗生素產(chǎn)生菌和其他微生物一樣，在生長(zhǎng)、繁殖和產(chǎn)生生物產(chǎn)品的過(guò)程中，需要某些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和微量元素。如硫、磷、鎂、鐵、鉀、鈉、鋅、銅、鈷、錳等，其濃度與菌種的生理活性有一定

11、影響。(4) 前體前體(precursor)在抗生素生物合成中，菌體利用它以構(gòu)成抗生素分子中的一部分而其本身又沒(méi)有顯著改變的物質(zhì)。前體除直接參與抗生素生物合成外，在一定條件下還控制菌體合成抗生素的方向并增加抗生素的產(chǎn)量。前體的加入量應(yīng)當(dāng)適度。(5)培養(yǎng)基的質(zhì)量培養(yǎng)基的質(zhì)量1）在必要時(shí)作搖瓶試驗(yàn)以控制其質(zhì)量；2）培養(yǎng)基的儲(chǔ)存條件對(duì)培養(yǎng)基質(zhì)量的影響；3）培養(yǎng)基滅菌過(guò)程中溫度過(guò)高、受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)亦能引起培養(yǎng)基成分的降解或變質(zhì)；4）培養(yǎng)基初始ph亦要嚴(yán)格按規(guī)程執(zhí)行。定 義：利用為生物體的代謝作用，并借助于代謝過(guò)程的控制來(lái)獲得產(chǎn)品的過(guò)程。目 的：使微生物大量分泌抗生素。滅滅 菌：菌：在發(fā)酵開(kāi)始前，有關(guān)設(shè)備

12、和培養(yǎng)基也必須先經(jīng)過(guò)滅菌后再接入種子。接接 種：種：將活化的菌種轉(zhuǎn)移到無(wú)菌的培養(yǎng)基，將活化的菌種轉(zhuǎn)移到無(wú)菌的培養(yǎng)基，接種量一般為接種量一般為10%或或10%以上。以上。發(fā)酵控制發(fā)酵控制視抗生素品種和發(fā)酵工藝而定。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中，需不斷通無(wú)菌空氣 和攪拌，以維持一定罐壓或溶氧。在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持 一定罐溫。加泡沫劑以控制泡沫，必要時(shí)還加入酸、 堿以調(diào)節(jié)發(fā)酵液的ph。發(fā)酵控制發(fā)酵控制 定時(shí)取樣進(jìn)行生化分析、鏡檢和無(wú)菌試驗(yàn)。分析或控制的參數(shù)有菌絲形態(tài)和濃度、殘?zhí)橇?、氨基氮、抗生素含量、溶解氧、ph、通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速和液面控制等。對(duì)有的抗生素在發(fā)酵過(guò)程中還需加入葡萄對(duì)有的抗生素在發(fā)酵

13、過(guò)程中還需加入葡萄糖、銨鹽或前體，以促進(jìn)抗生素的產(chǎn)生。糖、銨鹽或前體，以促進(jìn)抗生素的產(chǎn)生。目目 的：的：分離菌絲、去除雜質(zhì)；分離菌絲、去除雜質(zhì)；多數(shù)抗生素品種在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)，多數(shù)抗生素品種在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)，抗生素存在于發(fā)酵液中；抗生素存在于發(fā)酵液中；個(gè)別品種當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)抗生素大量殘存在菌絲之個(gè)別品種當(dāng)發(fā)酵結(jié)束時(shí)抗生素大量殘存在菌絲之中，在此情況下，發(fā)酵液的預(yù)處理應(yīng)當(dāng)包括使抗中，在此情況下，發(fā)酵液的預(yù)處理應(yīng)當(dāng)包括使抗生素從菌絲中析出，使其轉(zhuǎn)入發(fā)酵液。生素從菌絲中析出，使其轉(zhuǎn)入發(fā)酵液。 從發(fā)酵液中制取高純度的符合藥典從發(fā)酵液中制取高純度的符合藥典規(guī)定的抗生素成品。規(guī)定的抗生素

14、成品。1)時(shí)間短；時(shí)間短；2)溫度低；溫度低；3)ph宜選擇宜選擇對(duì)抗生素較穩(wěn)定的范圍；對(duì)抗生素較穩(wěn)定的范圍；4)勤清洗消毒勤清洗消毒(包括廠(chǎng)包括廠(chǎng)房、設(shè)備、管路并注意消滅死角房、設(shè)備、管路并注意消滅死角)。1)溶媒萃取法；溶媒萃取法； 2)離子交換法；離子交換法； 3)其他提取方法其他提取方法溶媒萃取法溶媒萃取法 利用抗生素在不同利用抗生素在不同ph條件下以不同的化學(xué)狀條件下以不同的化學(xué)狀態(tài)態(tài)(游離酸、堿或成鹽游離酸、堿或成鹽)存在時(shí)，在水及與水互不存在時(shí)，在水及與水互不相溶的溶媒中其溶解度不同的特性，使抗生素相溶的溶媒中其溶解度不同的特性，使抗生素從一種液相從一種液相(如發(fā)酵濾液如發(fā)酵濾液

15、)轉(zhuǎn)移到另一種液相轉(zhuǎn)移到另一種液相(如如有機(jī)溶媒有機(jī)溶媒)中去，以達(dá)到濃縮和提純的目的。中去，以達(dá)到濃縮和提純的目的。離子交換法離子交換法 利用某些抗生素能解離為陽(yáng)離子或陰離子利用某些抗生素能解離為陽(yáng)離子或陰離子的特性，使其與離子交換樹(shù)脂進(jìn)行交換，的特性，使其與離子交換樹(shù)脂進(jìn)行交換，將抗生素吸附在樹(shù)脂上，然后再以適當(dāng)?shù)膶⒖股匚皆跇?shù)脂上，然后再以適當(dāng)?shù)臈l件將抗生素從樹(shù)脂上洗脫下來(lái)。條件將抗生素從樹(shù)脂上洗脫下來(lái)。生產(chǎn)周生產(chǎn)周期長(zhǎng)，對(duì)某些產(chǎn)期長(zhǎng)，對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量不夠理想品質(zhì)量不夠理想優(yōu)點(diǎn)：成本優(yōu)點(diǎn)：成本低、設(shè)備簡(jiǎn)低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方單、操作方便便離子交換法離子交換法其他提取方法其他提取方法 由于近

16、年來(lái)許多抗生素發(fā)酵單位已大幅由于近年來(lái)許多抗生素發(fā)酵單位已大幅度提高，提取方法亦相應(yīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化。度提高，提取方法亦相應(yīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化。直接直接沉淀法沉淀法就是提取抗生素的方法中最簡(jiǎn)單的就是提取抗生素的方法中最簡(jiǎn)單的一種。一種。 例：四環(huán)素的提取例：四環(huán)素的提取 脫色和去熱原質(zhì)脫色和去熱原質(zhì)結(jié)品和重結(jié)晶結(jié)品和重結(jié)晶a. 改變溫度結(jié)晶改變溫度結(jié)晶. 利用等電點(diǎn)結(jié)晶利用等電點(diǎn)結(jié)晶 c. 加成鹽劑結(jié)晶加成鹽劑結(jié)晶 d. 加入不同溶劑結(jié)晶加入不同溶劑結(jié)晶其他精制方法其他精制方法脫色和去熱原質(zhì)脫色和去熱原質(zhì)結(jié)晶和重結(jié)晶結(jié)晶和重結(jié)晶a.改變溫度結(jié)晶改變溫度結(jié)晶 利用抗生素在溶劑中的溶解度隨溫度變利用抗生素在溶劑中的

17、溶解度隨溫度變化而顯著變化的這一特性來(lái)進(jìn)行結(jié)晶?；@著變化的這一特性來(lái)進(jìn)行結(jié)晶。 例例:制霉菌素的濃縮液在制霉菌素的濃縮液在5條件下保持條件下保持4-6h后即結(jié)晶完全，分離掉母液、洗滌、干燥、磨后即結(jié)晶完全，分離掉母液、洗滌、干燥、磨粉后即得到制霉菌素成品。粉后即得到制霉菌素成品。 當(dāng)將某一抗生素溶液的當(dāng)將某一抗生素溶液的ph調(diào)到等電點(diǎn)調(diào)到等電點(diǎn)時(shí)，它在水溶液中溶解度最小，則沉淀時(shí)，它在水溶液中溶解度最小，則沉淀析出。析出。 例：例：6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-apa)水溶液當(dāng)水溶液當(dāng)ph調(diào)至等電點(diǎn)調(diào)至等電點(diǎn)(4.3)時(shí)，時(shí)，6-apa即從水溶液中沉即從水溶液中沉淀析出。淀析出。b.利

18、用等電點(diǎn)結(jié)晶利用等電點(diǎn)結(jié)晶c.加成鹽劑結(jié)晶加成鹽劑結(jié)晶 在抗生素溶液中加成鹽劑在抗生素溶液中加成鹽劑(酸、堿或鹽類(lèi)酸、堿或鹽類(lèi))使抗生素以鹽的形式從溶液中沉淀結(jié)晶。使抗生素以鹽的形式從溶液中沉淀結(jié)晶。 例：例：在青霉素在青霉素g或頭孢菌素或頭孢菌素c的濃縮濃中加入的濃縮濃中加入醋酸鉀、即生成鉀鹽析出。醋酸鉀、即生成鉀鹽析出。d. 加入不同溶劑結(jié)晶加入不同溶劑結(jié)晶 利用抗生素在不同溶劑中溶解度大小利用抗生素在不同溶劑中溶解度大小的不同，在抗生素某一溶劑的溶液中加入的不同，在抗生素某一溶劑的溶液中加入另一溶劑使抗生素析出另一溶劑使抗生素析出。 例：例：巴龍霉素具有易溶于水而不溶于乙醇的巴龍霉素具有

19、易溶于水而不溶于乙醇的性質(zhì)。在其濃縮液中加入性質(zhì)。在其濃縮液中加入10-12倍體積的倍體積的95%乙乙醇，并調(diào)醇，并調(diào)ph至至7.2-7.3使其結(jié)晶析出。使其結(jié)晶析出。其他精制方法其他精制方法(1)共沸蒸餾法共沸蒸餾法(2)柱層析法柱層析法(3)鹽析法鹽析法(4)中間鹽轉(zhuǎn)移法中間鹽轉(zhuǎn)移法(5)分子篩分子篩9、成品檢驗(yàn)成品檢驗(yàn)抗生素成品常規(guī)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目有：抗生素成品常規(guī)檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目有：10、成品的分包裝成品的分包裝 就是將大包裝原料藥進(jìn)行小包裝或加工成就是將大包裝原料藥進(jìn)行小包裝或加工成多種類(lèi)型的抗生素劑型，如果是注射用的多種類(lèi)型的抗生素劑型，如果是注射用的抗生素劑型，還必須在無(wú)菌條件下進(jìn)行?？股貏┬?，還必須在無(wú)菌條件下進(jìn)行?？股毓I(yè)抗生素工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)生產(chǎn)特點(diǎn)三、抗生素工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)三、抗生素工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)1 菌體的生長(zhǎng)菌體的生長(zhǎng)與與產(chǎn)物的形成不平行產(chǎn)物的形成不平行2 理論產(chǎn)量難理論產(chǎn)量難以用以用物料平衡來(lái)計(jì)算物料平衡來(lái)計(jì)算3 生產(chǎn)穩(wěn)定性差生產(chǎn)穩(wěn)定性差與一般制藥工業(yè)相與一般制藥工業(yè)相比較的比較的特殊問(wèn)題特殊問(wèn)題1、染菌問(wèn)題：、染