抗生素發酵生產技術2022/12/18抗生素發酵生產技術抗生素發酵生產技術2022/12/13抗生素發酵生產技術1概述生產前期研究生產菌改良生產工藝過程發酵條件的控制提取和精制IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation&purification抗生素發酵生產技術AntibioticsFermentationProduction抗生素發酵生產技術2概述Introduction抗生素發酵生產技抗生素是生物在其生產活動過程中所產生，并能在低微濃度下有選擇性地抑制或殺滅其他微生物或腫瘤細胞的有機物。

Antibiotics

Anyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthe

growthofothermicroorganismsorofdestroyingthem.1.概述Introduction抗生素發酵生產技術3抗生素Antibiotics1.概述Introd歷史1929年，英國弗萊明發現青霉素二戰期間，大規模發酵生產世界上最早用于臨床的抗菌素History

PenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929.WorldWarII,fermentedinlarge-scale

Thefirstmajorantibiotictobecommercialized1.概述Introduction抗生素發酵生產技術4歷史History1.概述Introducti根據抗生素的作用機制分類(ModesofActionofAntibiotics)

抑制細胞壁合成(CellWallSynthesis)

：青霉素抑制細胞膜功能(CellMembraneDamage)

：多烯類抗生素抑制蛋白質合成(ProteinSynthesis)

：四環素抑制核酸合成(NucleicAcidSynthesis)

：絲裂霉素

分類Classification1.概述Introduction抗生素發酵生產技術5根據抗生素的作用機制分類(ModesofAction復制翻譯轉錄抗生素發酵生產技術6復制翻譯轉錄抗生素發酵生產技術6根據抗生素的化學結構分類β-內酰胺類(β-lactam)：青霉素類(penicillins)

頭孢菌素類(cephalosporins)氨基糖苷類(aminoglycosides)：鏈霉素、慶大霉素大環內酯類(macrolides)：紅霉素、麥迪加霉素四環類(tetracyclines)：四環素、土霉素多肽類(polymyxin)：多粘菌素

分類Classification1.概述Introduction抗生素發酵生產技術7根據抗生素的化學結構分類分類Classific

HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamringβ-內酰胺環RnaturalpenicillinR=CH2-CO-抗生素發酵生產技術8HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamrinβ-內酰胺環抗生素發酵生產技術9β-內酰胺環抗生素發酵生產技術9兩性霉素Antibioticsare

socomplextheycanonlybesynthesized

inalivingsystem抗生素發酵生產技術10兩性霉素Antibioticsaresocomplex產生菌的篩選抗菌性試驗提取、精制、鑒定毒性試驗藥理和臨床試驗ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation,purificationandidentificationToxicologicaltrial

Medicinal&clinicaltrial

2．生產前期研究ResearchinLab抗生素發酵生產技術11產生菌的篩選Screeningofastrain2．

Agardiffusionassayagarplate瓊脂培養基lawnoftestbacteria測試菌苔filterpaperssoakedwithtestcompounds含藥物濾紙zonesofinhibition(nogrowth)抑菌圈抗生素發酵生產技術12Agardiffusionassayagarplat分析儀器Analyticalinstruments現代分析儀器：核磁共振毛細管電泳氣相色譜高效液相色譜質譜Modernanalyticalinstruments:Nuclearmagneticresonance(NMR)Capillaryelectrophoresis(CE)Gaschromatography(GC)Highperformanceliquidchromatography(HPLC)Massspectroscopy(MS)

AutomationSensitivityAccuracy

自動靈敏準確抗生素發酵生產技術13分析儀器現代分析儀器：Modernanalytica人工誘變法：紫外線、X-線、r-線照射亞硝基胍、亞硝酸、秋水仙素、氮芥等誘變劑處理ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg.UltravioletRadiationChemicalmutageneg.Nitrosoguanidine(NTG)Improvedstraincanbeselectedempirically3.抗生素生產菌改良StrainImprovement抗生素發酵生產技術14人工誘變法：Conventionalstrainsele基因工程GeneticEngineering

3.抗生素生產菌改良StrainImprovementRecombinantDNATechnology（DNA重組技術）克隆抗生素發酵生產技術15基因工程3.抗生素生產菌改良RecombinanStrainImprovementScale-upStrain出發菌株Agarplate平板技術PrimaryshakeflaskEvaluation搖瓶培養Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二級搖瓶培養各種培養基

LabfermentorevaluationProductionCondition小型發酵罐模擬生產條件MastercellbankWorkingcellbankInoculumDevelopment菌種擴大培養PilotplantEvaluation中試生產ProductionEvaluation生產60003003031Possiblerecycle抗生素發酵生產技術16StrainImprovementScale-upStr抗生素發酵生產技術17抗生素發酵生產技術17Scale-up（比擬放大）modelsELGaddenJr<10dm3GoodproductGoodproductivity>200m3Sameproductivity?Limitations?模擬抗生素發酵生產技術18Scale-up（比擬放大）modelsELGadden搖瓶發酵Shake-flaskfermentation10-50mlin125-500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol:temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn-processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited:shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧抗生素發酵生產技術19搖瓶發酵10-50mlin125-500m攪拌罐發酵Stirredtankfermentation10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓10-100,000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol:pH,temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn-processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration,pressure抗生素發酵生產技術20攪拌罐發酵10-100,000升容量10-搖瓶發酵Shake-flask裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓攪拌罐發酵Stirredtank抗生素發酵生產技術21搖瓶發酵裝液量：10%(~250ml)10-10菌種

→種子制備

→發酵→發酵液預處理→提取及精制→成品包裝Strain

→Preparationofseed

→Fermentation→Treatmentofbroth→Isolation&purification→Packageofproduct4.抗生素生產工藝過程AntibioticsProductionProcessing抗生素發酵生產技術22菌種→種子制備Strain→PreparatAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction抗生素發酵生產技術23AschemeofthematerialflowAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction連消發酵罐緩沖罐種子罐抗生素發酵生產技術24Aschemeofthematerialflow發酵生產原料

MaterialsforFermentationCarbonsource:Beet&canemolassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanolGlycerolMaltosesyrup,cornsyrupCottonseedoil,peanutoil,soyoilLardoilMethyloleateTallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麥芽糖漿，玉米糖漿綿籽油，花生油，豆油豬油油酸甲酯油脂抗生素發酵生產技術25發酵生產原料MaterialsforF氮源:綿籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清魚粉酵母酵母膏肉粉和骨粉

Nitrogensource:CottonseedmealCornmeal&steepliquorSoybeanmeal&flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood,CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat&bonemeal

發酵生產原料MaterialsforFermentation抗生素發酵生產技術26氮源:Nitrogensource:發酵生產原料

培養基MediaforCellGrowth&FinalproductionComponentsRange%組成Glucose/sucrose3.0-5.0葡萄糖/蔗糖Starch淀粉3.0-5.0Cornsteepliquor3.0-5.0Calciumcarbonate0.5-1.0碳酸鈣Phosphate磷酸鹽0.1-0.5Ammoniumsulphate0.1-1.0硫酸胺Urea尿素0.1-0.5Oil油0.1-0.5Fermentation發酵培養基

ComponentsRange%組成Glucose0.5-1.0Starch

0.5-5.0Cornsteepliquor5.0-8.0玉米浸提液Soyflour1.0-5.0Phosphate0.1-1.0Ammoniumsulphate0.5-1.0andfedperiodicallyOil1.0andfedcontinuouslyCornsyrupfedcontinuously玉米糖漿連續加料Tankseed種子培養基抗生素發酵生產技術27培養基MediaforCellGrowthStirredtankFermentation攪拌發酵抗生素發酵生產技術28StirredtankFermentation5.發酵控制FermentationControl

SampleAnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContaminationPressureprobeLevelprobepHprobeTbeDOprobeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed抗生素發酵生產技術295.發酵控制FermentationControScaleWeightSignalPumpSpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer

FlowRateControl流量控制抗生素發酵生產技術30ScaleWeightSignalPumpSpeedAm發酵控制Fermentationcontrol抗生素發酵生產技術31發酵控制Fermentationcontrol菌種(strain)：產黃青霉菌(Penicilliumchrysogenum)孢子培養(sporecultivation)：25oC,6-7d種子培養(seedcultivation)：25oC，2-3d發酵培養(fermentation)：22-26oC,6-7d加糖控制(sugarfeeding)：殘糖降至0.6％青霉素發酵(1)PenicillinFermentation抗生素發酵生產技術32菌種(strain)：產黃青霉菌(Penicillium補氮(nitrogenfeeding)：氨控制在0.01-0.05％前體(precursor)：殘余苯乙酰胺0.05-0.08％溫度控制(temperature)：前期25-26oC后期23oC通氣與攪拌(aeration&stir)：1:0.8VVM泡沫(foam)：天然油脂,如豆油青霉素發酵(2)PenicillinFermentation抗生素發酵生產技術33補氮(nitrogenfeeding)：氨控制在0.0演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/12/18抗生素發酵生產技術演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew34抗生素發酵生產技術2022/12/18抗生素發酵生產技術抗生素發酵生產技術2022/12/13抗生素發酵生產技術35概述生產前期研究生產菌改良生產工藝過程發酵條件的控制提取和精制IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation&purification抗生素發酵生產技術AntibioticsFermentationProduction抗生素發酵生產技術36概述Introduction抗生素發酵生產技抗生素是生物在其生產活動過程中所產生，并能在低微濃度下有選擇性地抑制或殺滅其他微生物或腫瘤細胞的有機物。

Antibiotics

Anyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthe

growthofothermicroorganismsorofdestroyingthem.1.概述Introduction抗生素發酵生產技術37抗生素Antibiotics1.概述Introd歷史1929年，英國弗萊明發現青霉素二戰期間，大規模發酵生產世界上最早用于臨床的抗菌素History

PenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929.WorldWarII,fermentedinlarge-scale

Thefirstmajorantibiotictobecommercialized1.概述Introduction抗生素發酵生產技術38歷史History1.概述Introducti根據抗生素的作用機制分類(ModesofActionofAntibiotics)

抑制細胞壁合成(CellWallSynthesis)

：青霉素抑制細胞膜功能(CellMembraneDamage)

：多烯類抗生素抑制蛋白質合成(ProteinSynthesis)

：四環素抑制核酸合成(NucleicAcidSynthesis)

：絲裂霉素

分類Classification1.概述Introduction抗生素發酵生產技術39根據抗生素的作用機制分類(ModesofAction復制翻譯轉錄抗生素發酵生產技術40復制翻譯轉錄抗生素發酵生產技術6根據抗生素的化學結構分類β-內酰胺類(β-lactam)：青霉素類(penicillins)

頭孢菌素類(cephalosporins)氨基糖苷類(aminoglycosides)：鏈霉素、慶大霉素大環內酯類(macrolides)：紅霉素、麥迪加霉素四環類(tetracyclines)：四環素、土霉素多肽類(polymyxin)：多粘菌素

分類Classification1.概述Introduction抗生素發酵生產技術41根據抗生素的化學結構分類分類Classific

HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamringβ-內酰胺環RnaturalpenicillinR=CH2-CO-抗生素發酵生產技術42HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamrinβ-內酰胺環抗生素發酵生產技術43β-內酰胺環抗生素發酵生產技術9兩性霉素Antibioticsare

socomplextheycanonlybesynthesized

inalivingsystem抗生素發酵生產技術44兩性霉素Antibioticsaresocomplex產生菌的篩選抗菌性試驗提取、精制、鑒定毒性試驗藥理和臨床試驗ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation,purificationandidentificationToxicologicaltrial

Medicinal&clinicaltrial

2．生產前期研究ResearchinLab抗生素發酵生產技術45產生菌的篩選Screeningofastrain2．

Agardiffusionassayagarplate瓊脂培養基lawnoftestbacteria測試菌苔filterpaperssoakedwithtestcompounds含藥物濾紙zonesofinhibition(nogrowth)抑菌圈抗生素發酵生產技術46Agardiffusionassayagarplat分析儀器Analyticalinstruments現代分析儀器：核磁共振毛細管電泳氣相色譜高效液相色譜質譜Modernanalyticalinstruments:Nuclearmagneticresonance(NMR)Capillaryelectrophoresis(CE)Gaschromatography(GC)Highperformanceliquidchromatography(HPLC)Massspectroscopy(MS)

AutomationSensitivityAccuracy

自動靈敏準確抗生素發酵生產技術47分析儀器現代分析儀器：Modernanalytica人工誘變法：紫外線、X-線、r-線照射亞硝基胍、亞硝酸、秋水仙素、氮芥等誘變劑處理ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg.UltravioletRadiationChemicalmutageneg.Nitrosoguanidine(NTG)Improvedstraincanbeselectedempirically3.抗生素生產菌改良StrainImprovement抗生素發酵生產技術48人工誘變法：Conventionalstrainsele基因工程GeneticEngineering

3.抗生素生產菌改良StrainImprovementRecombinantDNATechnology（DNA重組技術）克隆抗生素發酵生產技術49基因工程3.抗生素生產菌改良RecombinanStrainImprovementScale-upStrain出發菌株Agarplate平板技術PrimaryshakeflaskEvaluation搖瓶培養Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二級搖瓶培養各種培養基

LabfermentorevaluationProductionCondition小型發酵罐模擬生產條件MastercellbankWorkingcellbankInoculumDevelopment菌種擴大培養PilotplantEvaluation中試生產ProductionEvaluation生產60003003031Possiblerecycle抗生素發酵生產技術50StrainImprovementScale-upStr抗生素發酵生產技術51抗生素發酵生產技術17Scale-up（比擬放大）modelsELGaddenJr<10dm3GoodproductGoodproductivity>200m3Sameproductivity?Limitations?模擬抗生素發酵生產技術52Scale-up（比擬放大）modelsELGadden搖瓶發酵Shake-flaskfermentation10-50mlin125-500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol:temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn-processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited:shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧抗生素發酵生產技術53搖瓶發酵10-50mlin125-500m攪拌罐發酵Stirredtankfermentation10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓10-100,000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol:pH,temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn-processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration,pressure抗生素發酵生產技術54攪拌罐發酵10-100,000升容量10-搖瓶發酵Shake-flask裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓攪拌罐發酵Stirredtank抗生素發酵生產技術55搖瓶發酵裝液量：10%(~250ml)10-10菌種

→種子制備

→發酵→發酵液預處理→提取及精制→成品包裝Strain

→Preparationofseed

→Fermentation→Treatmentofbroth→Isolation&purification→Packageofproduct4.抗生素生產工藝過程AntibioticsProductionProcessing抗生素發酵生產技術56菌種→種子制備Strain→PreparatAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction抗生素發酵生產技術57AschemeofthematerialflowAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction連消發酵罐緩沖罐種子罐抗生素發酵生產技術58Aschemeofthematerialflow發酵生產原料

MaterialsforFermentationCarbonsource:Beet&canemolassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanolGlycerolMaltosesyrup,cornsyrupCottonseedoil,peanutoil,soyoilLardoilMethyloleateTallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麥芽糖漿，玉米糖漿綿籽油，花生油，豆油豬油油酸甲酯油脂抗生素發酵生產技術59發酵生產原料MaterialsforF氮源:綿籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清魚粉酵母酵母膏肉粉和骨粉

Nitrogensource:CottonseedmealCornmeal&steepliquorSoybeanmeal&flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood,CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat&bonemeal

發酵生產原料MaterialsforFermentation抗生素發酵生產技術60氮源:Nitrogensource:發酵生產原料

培養基MediaforCellGrowth&FinalproductionComponentsRange%組成Glucose/sucrose3.0-5.0葡萄糖/蔗糖Starch淀粉3.0-5.0Cornsteepliquor3.0-5.0Calciumcarbonate0.5-1.0碳酸鈣Phosphate磷酸鹽0.1-0.5Ammoniumsulphate0.1-1.0硫酸胺Urea尿素0.1-0.5Oil油0.1-0.5Fermentation發酵培養基

ComponentsRange%組成Glucose0.5