單元三抗生素類藥物的發酵生產項目四鏈霉素的發酵生產

任務一鏈霉素基本知識1.鏈霉素的結構鏈霉素是含有鏈霉胍的氨基糖苷類抗生素族中的主要成員，是由鏈霉胍、鏈霉糖、N-甲基-L-葡萄糖胺構成的糖苷。N－甲基－L－葡萄糖胺鏈霉胍鏈霉糖鏈霉素又稱鏈霉素A，其化學名為N-甲基-α-L-葡萄糖胺-（1→2）-a-L-鏈霉糖-（1→4）鏈霉胍。鏈霉素中鏈霉糖部分的醛基被還原成伯醇后，就成為雙氫鏈霉素，它的抗菌效能和鏈霉素大致相同，目前臨床上使用的是鏈霉素和雙氫鏈霉素的硫酸鹽。2.鏈霉素的主要理化性質物理性質穩定性溶解度光學性質鏈霉素鹽類的性質鏈霉素的降解反應氧化和還原反應醛基反應（1）物理性質鏈霉素游離堿為白色粉末。大多數鹽類也是白色粉末或結晶，無臭，味微苦。鏈霉素分子中有3個堿性基團，在水溶液中隨pH值不同可能有四種不同形式存在。當pH值很高時，鏈霉素成游離堿形式；當pH值降低時，可逐漸電離成一價正離子、二價正離子；在中性及酸性溶液中，成為三價正離子.鏈霉素在中性溶液中能以三價陽離子形式存在，可用離子交換法進行提取（2）穩定性鏈霉素比較穩定，空氣和陽光對干燥粉末的影響不大。但鏈霉素的游離堿或其鹽均易吸收空氣中的水分而潮解，潮解后，穩定性顯著下降。此外，成品中含有的雜質對鏈霉素的穩定性也有影響。鏈霉素的水溶液比較穩定，但其穩定性受PH值和溫度的影響較大。鏈霉素水溶液最穩定的pH值為4.0～4.5。酸與堿對鏈霉素都有破壞作用。溫度與鏈霉素水溶液的穩定性也有關。短時間加熱，如在70℃加熱30min，對活性無明顯影響。但在高溫時，短時間也會使鏈霉素的活性明顯降低鏈毒素水溶液的失活程度與pH值、溫度和時間有關。鏈霉素水溶液最穩定的pH值為4.0～4.5。酸與堿對鏈霉素都有破壞作用。圖3-20鏈霉素失活速率常數與溶液pH值和溫度的關系圖3-21鏈霉素失活速率常數與溶液放置時間和殘存百分率之間的關系由于鏈霉素有醛基，因此有些氧化劑和還原劑也可以減低鏈霉素的效力，其中氧化劑有高錳酸鉀（KMnO4）、硝酸、高碘酸鉀（KIO4）、過氧化氫等，還原劑有次亞磷酸二氫鈉（NaH2PO3）、亞硫酸氫鈉（NaHSO3）和硫代硫酸鈉等。（3）溶解度由于鏈霉素分子中含有很多親水性基團（羥基和氨基），故易溶于水，而難溶于有機溶劑中。鏈霉素鹽酸鹽易溶于甲醇，難溶于乙醇，而硫酸鹽即使在甲醇中也很難溶解，

鏈霉素硫酸鹽的溶解度（28℃）

（4）光學性質鏈霉素鹽等含有許多不對稱碳原子，都具有旋光性。（5）鏈霉素鹽類的性質鏈霉素是一種有機堿，可以和很多無機和有機酸形成鹽類,醫療上使用的是硫酸鹽。有些鹽類不溶于水，如鏈霉素和一些磺酸、羧酸、磷酸酯等形成

的鹽類。不溶于水，可溶于有機溶劑中。利用此性質可用溶劑萃取法提取鏈霉素，所用的溶劑有：對甲苯磺酸、月桂酸、硬脂酸、二異辛基磷酸酯等。也可利用此性質，將鏈霉素從發酵液中直接沉淀出來。可用的沉淀試劑有二號橙、對-α-羥基萘基偶氮、苯磺酸鈉、甲基橙、萘酚藍黑等。不純的鏈霉素通過形成某些鹽類，在適當條件下再將鹽分解，就能得到高純度的鏈霉素。可用于沉淀的酸有：磷鎢酸、苦味酸，甲基橙、雷納克酸等。磷烏酸與鏈霉素形成白色沉淀的反應，在生產上，可用于定性鑒別試驗。鏈霉素還能和某些鹽類形成復鹽，可用于精制反應。str?3HCl氯化鈣甲醇溶液C21H39O12N7?3HCl?1/2CaCl2）陰離子交換樹脂復鹽轉變為硫酸鹽（6）鏈霉素的降解反應H+，H2ONaOH麥芽酚遇氯化高鐵溶液顯紫色，可測定鏈霉素效價鏈霉胍+N-甲基-L-葡萄糖胺+麥芽酚鏈霉素鏈霉素鏈霉胍+鏈霉二糖胺N－甲基－L－葡萄糖胺鏈霉胍鏈霉糖所含的醛基受某些氧化劑或還原劑的作用，容易發生反應。

鏈霉素被溴水氧化后形成鏈霉素酸鏈霉糖中的醛基被還原生成雙氫鏈霉素1.直接還原法：以活性鎳鉛合金或氧化鎘為催化劑，在高壓下通入氫氣，對硫酸鏈霉素進行氫化，即可制得雙氫鏈霉素。2.電解還原法：將鏈霉素溶液放在電解陰極槽中，通入適量電流，就可達到還原作用。3.化學還原法；即利用某些能生成活性氫的化合物，將鏈霉素還原成雙氫鏈霉素。工業上常采用鉀硼氫（KBH4）或鈉硼氫（NaBH4）作為還原劑。（7）氧化和還原反應（8）醛基反應可與伯胺（R-NH2）、羥胺（NH2OH）、NH3或NH4+作用。與伯胺（如苯甲胺）反應形成希夫堿沉淀。希夫堿在水中不易分解，可與不含醛基的鏈霉胍、雜質1號（由鏈霉胍和雙氫鏈霉糖兩部分所組成的糖苷）等雜質分開，可用于提純精制鏈霉素。Str-CHO+H2NRH2O,H+Str-CHO+H2NRStr-CH=N—RH2O,OH-席夫堿3.鏈霉素的抗菌作用和應用范圍鏈霉素的抗菌范圍較廣，抗菌效果不是很強，但對結核桿菌具有很強的敏感性，因此現在仍然是臨床上治療結核桿菌感染的首選藥物。鏈霉素對革蘭陰性菌的抗菌作用，可以補充青霉素對革蘭陰性菌作用不明顯的缺點。鏈霉素和青霉素在臨床上聯合使用，呈現協同現象，能增加對方的抗菌效果。4.生產菌種灰色鏈霉菌(S.griseus)

灰色鏈霉菌的孢子柄直而短，不呈螺旋形，孢子量很多，呈橢圓球形。氣生菌絲和孢子呈白色。常用誘變劑物理誘變劑

紫外線，γ射線，快中子，激光化學誘變劑

氮芥，乙烯亞胺，亞硝酸，硫酸二乙酯等防止菌種變異采取的措施灰色鏈霉菌容易產生變異，退化后，合成鏈霉素的能力下降，生長能力退化，菌落變成光禿型