青霉素的生产工艺

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1、青 霉 素 生 产 工 艺摘要：青霉素是一种重要的抗生素，在目 前 的 制 药 工 业 中 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 ， 生 产 规 模 非常 大 。 通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病，增强了人类治疗传染性疾病的能力。研究和优化其生产工艺对人类健康有重要意义。关键词;青霉素；生产工艺抗 生 素 在 目 前 的 制 药 工 业 中 仍 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 ， 尤 其 是 下 游 半 合 成 抗 生 素 的 发 展 ， 进 一步 刺 激 了 上 游 的 工 业 发 酵 。 一 些 抗 生 素 的 工 业 生

2、 产 规 模 非 常 大 ， 如 -内 酰 胺 类 的 青 霉 素 、头 孢 菌 素 C， 大 环 内 酯 类 的 红 霉 素 、 利 福 霉 素 ， 氨 基 环 醇 类 的 链 霉 素 、 庆 大 霉 素 。 其 它 的 一 些 抗生 素 ， 如 林 可 霉 素 、 四 环 素 、 金 霉 素 、 万 古 霉 素 等 ， 单 个 发 酵 罐 容 积 越 来 越 大 ， 100 m3 的发 酵 罐 被 普 遍 采 用 ， 200 m3 甚 至 更 大 容 积 的 发 酵 罐 经 常 可 见 报 道 。抗 生 素 的 工 业 生 产 包 括 发 酵 和 提 取 两 部 分 。 工 艺 流 程 大

3、 致 如 下 ： 菌 种 的 保 藏 、 孢 子 制 备 、 种子 制 备 、 发 酵 、 提 取 和 精 制 。 种 子 和 发 酵 培 养 基 的 常 用 碳 源 有 ： 葡 萄 糖 、 淀 粉 、 蔗 糖 、 油 脂 、 有机 酸 等 ， 主 要 为 菌 体 生 长 代 谢 提 供 能 源 ， 为 合 成 菌 体 细 胞 和 目 的 产 物 提 供 碳 元 素 。 有 机 氮 源 多 用玉 米 浆 、 黄 豆 饼 粉 、 麸 质 粉 、 蛋 白 胨 、 酵 母 粉 、 鱼 粉 等 ， 硫 酸 铵 、 尿 素 、 氨 水 、 硝 酸 钠 、 硝 酸 铵则 是 常 用 的 无 机 氮 源 。

4、 另 外 ， 培 养 基 中 还 得 添 加 无 机 盐 、 微 量 元 素 以 及 消 沫 剂 ， 部 分 抗 生 素 还 得加 入 特 殊 前 体 ， 如 青 霉 素 的 前 体 是 苯 乙 酸 ， 大 环 内 酯 类 抗 生 素 的 前 体 是 丙 酸 盐 。 发 酵 过 程 普 遍 补加 一 种 碳 源 、 氮 源 物 质 ， 如 葡 萄 糖 和 硫 酸 铵 。 pH 值 通 过 流 加 氨 水 进 行 调 节 ， 很 多 抗 生 素 在 发酵 中 后 期 流 加 前 体 ， 对 提 高 产 量 非 常 有 益 。 抗 生 素 发 酵 绝 大 多 数 为 好 氧 培 养 ， 必 须 连

5、 续 通 入 大 量无 菌 空 气 ， 全 过 程 大 功 率 搅 拌 。 发 酵 液 的 预 处 理 ， 一 般 加 絮 凝 剂 沉 淀 蛋 白 ， 过 滤 去 除 菌 丝 体 ， 发酵 滤 液 的 提 取 常 用 溶 媒 萃 取 法 、 离 子 交 换 树 脂 法 、 沉 淀 法 、 吸 附 法 等 提 纯 浓 缩 ， 然 后 结 晶 干 燥 得纯 品 。 现 在 来 介 绍 一 下 青 霉 素 的 生 产 工 艺 。一 、 青 霉 素 概 述青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类

6、疾病的抗生素。青霉素类抗生素是 -内酰胺类中一大类抗生素的总称。但它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。最 初 青 霉 素 的 生 产 菌 是 音 符 型 青 霉 菌 ， 生 产 能 力 只 有几 十 个 单 位 ， 不 能 满 足 工 业 需 要 。 随 后 找 到 了 适 合 于 深 层 培 养 的 橄 榄 型 青 霉 菌 ， 即 产 黄 青 霉（ P. chrosogenum） ， 生 产 能 力 为 100U/ml。 经 过 X、 紫 外 线 诱 变 ， 生 产 能 力 达 到1000 1500U/ml。 随 后 经 过 诱 变

7、 ， 得 到 不 产 生 色 素 的 变 种 ， 目 前 生 产 能 力 可 达66000 70000U/ml。 青 霉 素 是 抗 生 素 工 业 的 首 要 产 品 。 中 国 为 青 霉 素 （ penicillin） 生 产大 国 ， 国 内 生 产 的 青 霉 素 ， 已 占 世 界 产 量 的 近 70%， 国 内 较 大 规 模 的 生 产 企 业 有 华 药 、 哈 医药 、 石 药 、 鲁 抗 ， 单 个 发 酵 罐 规 模 均 在 100 m3 以 上 ， 发 酵 单 位 在 70000 U/ml 左 右 ， 而 世界 青 霉 素 工 业 发 酵 水 平 达 100000

8、U/ml 以 上 。青 霉 素 应 用临 床 应 用 ： 40 多 年 ， 主 要 控 制 敏 感 金 黄 色 葡 糖 球 菌 、 链 球 菌 、 肺 炎 双 球 菌 、 淋 球 菌 、 脑 膜 炎双 球 菌 、 螺 旋 体 等 引 起 感 染 ， 对 大 多 数 革 兰 氏 阳 性 菌 （ 如 金 黄 色 葡 萄 球 菌 ） 和 某 些 革 兰 氏 阴 性 细菌 及 螺 旋 体 有 抗 菌 作 用 。二 、 发 酵 条 件 下 的 生 长 过 程第 1 期 ： 分 生 孢 子 萌 发 ， 形 成 芽 管 ， 原 生 质 未 分 化 ， 具 有 小 泡 。第 2 期 ： 菌 丝 繁 殖 ， 原

9、 生 质 体 具 有 嗜 碱 性 ， 类 脂 肪 小 颗 粒 。第 3 期 ： 形 成 脂 肪 包 涵 体 ， 机 理 贮 藏 物 ， 没 有 空 泡 ， 嗜 碱 性 很 强 。第 4 期 ： 脂 肪 包 涵 体 形 成 小 滴 并 减 少 ， 中 小 空 泡 ， 原 生 质 体 嗜 碱 性 减 弱 ， 开 始 产 生 抗 生 素 。第 5 期 ： 形 成 大 空 泡 ， 有 中 性 染 色 大 颗 粒 ， 菌 丝 呈 桶 状 ， 脂 肪 包 涵 体 消 失 ， 青 霉 素 产 量 最 高 。第 6 期 ： 出 现 个 别 自 溶 细 胞 ， 细 胞 内 无 颗 粒 ， 仍 然 桶 状 。 释

10、 放 游 离 氨 ， pH 上 升 。第 7 期 ： 菌 丝 完 全 自 溶 ， 仅 有 空 细 胞 壁 。镜 检 ： 规 定 时 间 取 样 ， 显 微 镜 观 察 7 个 时 期 的 形 态 变 化 ， 控 制 发 酵 。1 4 期 为 菌 丝 生 长 期 ， 3 期 的 菌 体 适 宜 为 种 子 。4 5 期 为 生 产 期 ， 生 产 能 力 最 强 ， 通 过 工 程 措 施 ， 延 长 此 期 ， 获 得 高 产 。在 第 六 期 到 来 之 前 结 束 发 酵 。三 、 青 霉 素 的 发 酵 工 艺 过 程青 霉 素 生 产 流 程 ：发 酵 工 艺 过 程（ 1） 生 产

11、孢 子 的 制 备将 砂 土 保 藏 的 孢 子 用 甘 油 、 葡 萄 糖 、 蛋 白 胨 组 成 的 培 养 基 进 行 斜 面 培 养 ， 经 传 代 活 化 。 最 适生 长 温 度 在 2526 ， 培 养 68 天 ， 得 单 菌 落 ， 再 传 斜 面 ， 培 养 7 天 ， 得 斜 面 孢 子 。移 植 到 优 质 小 米 或 大 米 固 体 培 养 基 上 ， 生 长 7 天 ， 25 ， 制 得 小 米 孢 子 。每 批 孢 子 必 需 进 行 严 格 摇 瓶 试 验 ， 测 定 效 价 及 杂 菌 情 况 。（ 2） 种 子 罐 和 发 酵 罐 培 养 工 艺种 子 培

12、养 要 求 产 生 大 量 健 壮 的 菌 丝 体 ， 因 此 ， 培 养 基 应 加 入 比 较 丰 富 的 易 利 用 的 碳 源 和 有 机氮 源 。 青 霉 素 采 用 三 级 发 酵一 级 种 子 发 酵 ： 发 芽 罐 .小 罐 ， 接 入 小 米 孢 子 后 ， 孢 子 萌 发 ， 形 成 菌 丝 。 培 养 基 成 分 ： 葡 萄 糖 ，蔗 糖 ， 乳 糖 ， 玉 米 浆 ， 碳 酸 钙 ， 玉 米 油 ， 消 沫 剂 等 。 通 无 菌 空 气 ， 空 气 流 量 1： 3（ 体 积 比 ）； 充 分 搅 拌 300 350r/min； 4050 小 时 ； pH 自 然 ，

13、 温 度 271 。二 级 发 酵 罐 ： 繁 殖 罐 .大 量 繁 殖 。 玉 米 浆 、 葡 萄 糖 等 。 1： 1 1.5； 250 280r/min； pH 自然 ， 251 ； 0 14h。三 级 发 酵 罐 ： 生 产 罐 。 花 生 饼 粉 （ 高 温 ） ， 麸 质 粉 、 玉 米 浆 、 葡 萄 糖 ， 尿 素 ， 硫 酸 铵 ， 硫 酸 钠 、硫 代 硫 酸 钠 ， 磷 酸 二 氢 钠 ， 苯 乙 酰 胺 及 消 泡 剂 ， CaCO3 等 。 接 种 量 为 1215%。 青 霉 素 的 发 酵对 溶 氧 要 求 极 高 ， 通 气 量 偏 大 ， 通 气 比 控 制

14、0.71.8； 150 200r/min； 要 求 高 功 率 搅 拌 ，100 m3 的 发 酵 罐 搅 拌 功 率 在 200300 Kw， 罐 压 控 制 0.040.05 MPa， 于 2526 下 培 养 ，发 酵 周 期 在 200h 左 右 。 前 60h， pH5.76.3， 后 6.36.6； 前 60h 为 26 ， 以 后 24 。四 、 发 酵 过 程 控 制反 复 分 批 式 发 酵 ， 100m3 发 酵 罐 ， 装 料 80m3， 带 放 6 10 次 ， 间 隔 24h。 带 放 量10 ， 发 酵 时 间 204h。 发 酵 过 程 需 连 续 流 加 补 入

15、 葡 萄 糖 、 硫 酸 铵 以 及 前 体 物 质 苯 乙 酸 盐 ， 补 糖率 是 最 关 键 的 控 制 指 标 ， 不 同 时 期 分 段 控 制 。在 青 霉 素 的 生 产 中 ， 让 培 养 基 中 的 主 要 营 养 物 只 够 维 持 青 霉 菌 在 前 40h 生 长 ， 而 在40h 后 ， 靠 低 速 连 续 补 加 葡 萄 糖 和 氮 源 等 ， 使 菌 半 饥 饿 ， 延 长 青 霉 素 的 合 成 期 ， 大 大 提 高 了 产 量 。所 需 营 养 物 限 量 的 补 加 常 用 来 控 制 营 养 缺 陷 型 突 变 菌 种 ， 使 代 谢 产 物 积 累 到

16、 最 大 。（ 1） 培 养 基青 霉 素 发 酵 中 采 用 补 料 分 批 操 作 法 ， 对 葡 萄 糖 、 铵 、 苯 乙 酸 进 行 缓 慢 流 加 ， 维 持 一 定 的 最 适浓 度 。 葡 萄 糖 的 流 加 ， 波 动 范 围 较 窄 ， 浓 度 过 低 使 抗 生 素 合 成 速 度 减 慢 或 停 止 ， 过 高 则 导 致 呼吸 活 性 下 降 ， 甚 至 引 起 自 溶 ， 葡 萄 糖 浓 度 调 节 是 根 据 pH， 溶 氧 或 CO2 释 放 率 予 以 调 节 。碳 源 的 选 择 ： 生 产 菌 能 利 用 多 种 碳 源 ， 乳 糖 ， 蔗 糖 ， 葡 萄 糖 ， 阿 拉 伯 糖 ， 甘 露 糖 ， 淀 粉 和 天然 油 脂 。 经 济 核 算 问 题 ， 生 产 成 本 中 碳 源 占 12 以 上 ， 对 工 艺 影 响 很 大 ； 糖 与 6-APA 结合 形 成 糖 基 -6-APA， 影 响 青 霉 素 的 产 量 。 葡 萄 糖 、 乳 糖 结