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1、第四章 抗生素类药物的生产,第一节 抗生素类药物概述 第二节 -内酰胺抗生素的生产 第三节 大环内酯类抗生素的生产 第四节 四环素类抗生素的生产 第五节 氨基糖苷类抗生素的生产,第二节 -内酰胺抗生素的生产,一、-内酰胺类抗生素特性和分类 二、-内酰胺类抗生素的性质 三、青霉素的特性 四、青霉素的生产工艺,一、-内酰胺类抗生素特性和分类,1、结构特性 含有一个-内酰胺四元环，并通过氮原子和相邻的碳原子与另一个杂环相稠合，这个杂环可以是五元环也可以是六元环。,2、常用-内酰胺类抗生素 青霉素、头孢菌素、头霉素、硫霉素、克拉维酸等。,青霉素钠,头孢菌素,头霉素,3、作用机制 抑制细胞壁合成。 通过
2、抑制肽聚糖转肽酶及丙氨酸羧肽酶的活性而抑制肽聚糖合成，干扰细菌细胞壁的合成。 人及动物细胞没有细胞壁，植物等虽有细胞壁，但没有肽聚糖，所以没有任何影响。,4、分类（母体化学结构的差异）,青霉素类,头孢菌素类,天然青霉素类,半合成青霉素类,天然青霉素类,天然头孢菌素类,半合成头孢菌素类,青霉素G、X、F、K、V，双氢青霉素F,苯氧青霉素、苯唑青霉素、氯唑青霉素、氨苄西林、羧苄西林、美西林,头孢菌素C,头孢力行、头孢克洛、头孢唑林、头孢西丁、头孢他啶,5、命名 青霉烷类（西林）：盘尼西林、氨苄西林、羧苄西林 头孢烯类（头孢）：头孢菌素C、头孢克洛、头孢西丁 青霉烯类（配能） 氧头孢烯类（氧头孢）
3、碳头孢烯类（碳头孢） 单环内酰胺类（喃） -内酰胺酶抑制剂类 复合-内酰胺抗生素,二、-内酰胺类抗生素的性质,1、物理性质 白色或黄色无定形或结晶性固体。 熔点不明显，温度升高时分解。 具有旋光性，含有三个不对称碳原子。 羧基有相当强的酸性，成盐易溶于水，游离酸易溶于有机溶剂可用溶剂法提取此类抗生素。 -内酰胺环内羰基（C7=O）的红外光谱有较高的伸缩振动频率17701815cm1可用于此类抗生素的鉴别。,2、化学性质 活泼，与-内酰胺环有关。头孢菌素比青霉素稳定。,三、青霉素特性,1、青霉素的性质 （1）稳定性 干燥纯净的青霉素盐很稳定，一般有效期都在三年以上。 青霉素的水溶液则不稳定，受p
4、H值和温度的影响很大。 -内酰胺环易水解失效。 应用：通常制成粉针，注射前用灭菌注射用水现配现用。 最稳定的pH值为66.5。,（2）溶解度 青霉素游离酸在水中溶解度小，易溶于有机溶剂。 青霉素成盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇。 （3）降解反应 很不稳定，遇酸、碱或加热都易分解而失活。 青霉素碱性降解产物青霉噻唑酸能和4分子碘作用碘量法（用于测定青霉素含量）。,（4）紫外吸收光谱 青霉素G钠盐： 在252nm、257nm、262nm有弱的吸收峰（苯乙酰基）。 在320nm有吸收峰（分解的青霉稀酸）。 在280nm有吸收峰（降解产物青霉噻唑酸的同分异构体青霉胺缩醛酸）。,（5）毒副反应 青霉素的毒
5、性很低，其钾盐大量静注易引起高血钾症。肌内注射局部疼痛。 赫氏反应，治疗螺旋体病出现症状加重，与内毒素释放有关。 最常见的为过敏反应。 临床应用青霉素类时，较多出现过敏反应，包括皮疹、药物热、血管神经性水肿、血清病型反应、过敏性休克等，统称为青霉素类过敏反应，其中以过敏性休克最为严重。过敏性休克多在注射后数分钟内发生，症状为呼吸困难、紫绀、血压下降、昏迷、肢体强直，最后惊厥，可在短时间内死亡。,为防止各种过敏反应，应详细询问病史，并进行青霉素皮肤过敏实验。对无青霉素过敏史者，成人7日内未用过青霉素者，小儿3日内未用过者应进行皮肤过敏试验。 曾有青霉素过敏史或皮试强阳性者，10年内不宜再做皮试，
6、十年后也应谨慎。 即使是皮试阴性病人，在用药过程中还有可能发生过敏反应。,青霉素过敏的抢救肾上腺素 一旦发生过敏性休克，应立即肌肉或皮下注射0.1%肾上腺素0.51 mL（小儿酌减），必要时可重复注射或静脉注射，并根据需要进行输液、给氧、滴注肾上腺皮质激素等。 注射给药后应严密观察，病人20分钟无反应方可离去，如遇任何类型的过敏反应或病人主诉不适，应停药进行适当处理。,肽聚糖,肾上腺素,激动支气管平滑肌的2受体，引起支气管平滑肌松弛，并能抑制肥大细胞释放过敏物质如组胺等。此外本品还可收缩支气管粘膜血管而降低毛细血管的通透性，有利于消除支气管粘膜水肿。,肾上腺素是一种激素和神经传送体。肾上腺素的
7、一般使心脏收缩力上升，心脏、肝、和筋骨的血管扩张和皮肤、粘膜的血管缩小。,青霉素过敏反应,四、青霉素的生产工艺,孢子制备,种子培养,发酵生产,发酵液,预处理,发酵滤液,提取纯化,青霉素,（一）孢子制备,1、青霉素生产菌种 点青霉（Penicillium notatum）：产量低，表面培养只有几十单位，液体培养2U/ml。 产黄青霉菌（P. chrysogenum）：生产能力高，120U/ml。 诱变产生的WisQ176：生产能力更强，可达10001500U/ml。但它分泌黄色素，影响产品质量。后经继续诱变，得到不产生色素的变种51-20，成为生产菌种。 基因工程菌改良加之发酵工艺改进，当今产量
8、可达85000U/ml。,2、菌种保存 分生孢子，真空冷冻干燥。 3、孢子制备 25，7d。孢子成熟。采集，干燥，保存。,（二）种子培养,1、一级发酵 目的：让孢子萌发形成菌丝，制备大量种子。 2、二级发酵 目的：使青霉菌丝体继续大量繁殖，供发酵生产用。,（三）发酵生产,方式：分批发酵、补料-分批发酵、半连续发酵、连续发酵 目的：继续大量繁殖菌丝体，主要使生产青霉素。 过程控制 1、产黄青霉菌的生长代谢时期 2、培养基的影响及控制 3、培养条件的影响及控制 4、发酵时间,1、产黄青霉菌的生长代谢时期,（1）菌丝生长繁殖期 菌丝生长旺盛，几乎不分泌青霉素。 （2）青霉素分泌期产物合成 降低菌丝生
9、长速度，限制糖的供给。 （3）菌丝自溶期 细胞破裂溶解，内容物（包括青霉素）释放到发酵液中。,2、培养基的影响及控制,（1）C源 葡萄糖（葡萄糖母液、工业葡萄糖）、乳糖、蔗糖、阿拉伯糖、甘露糖、淀粉和天然油脂等。 乳糖较葡萄糖氧化缓慢，对青霉素的合成有利，但价格较高，普遍使用有困难。 （2）N源 花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆（这是青霉素发酵最好的氮源，含有多种氨基酸。但不稳定）,2、培养基的影响及控制,（3）无机盐（硫、磷、钙、镁、铁） 影响：铁离子对青霉素的合成有明显的影响 控制：铁离子浓度控制在3040g/ml 有时还要添加前体物质，如苯乙酸和苯乙酰胺等。因有毒，加入量不能大于0.1%。,3
10、、培养条件的影响及控制,（1）接种量 1015% （2）温度 菌丝生长：30 青霉素合成：20 变温控制法：26（前期） 24（后期）,3、培养条件的影响及控制,（3）pH pH 6.77.2（前60h） pH 6.7（后期） 控制：pH值过高，加糖、天然油脂 pH值较低，加CaCO3、氨水或提高通气量 （4）溶解氧： 产青霉菌是好氧菌，溶解氧不低于30%。 通气量：1:（0.81.2）m3/(m3min)（发酵液与空气体积比） 转速：150200r/min,3、培养条件的影响及控制,（5）补料： 葡萄糖、胺、前体（苯乙酸、苯乙酰胺等） 易产生抑制和毒性作用的基质。 控制：前体加入量不能大于0
11、.1%，加入硫代硫酸钠能减少它们的毒性。 （6）消泡剂 天然油脂（如豆油、玉米油等）、化学合成消泡剂（泡敌：聚醚树脂类消泡剂）,4、发酵时间,根据：a、产率最高 b、成本最低 c、发酵液质量最好,（四）发酵液的预处理,1、条件 低温（10以下）、快速、严格控制pH，对设备消毒 2、冷却 3、去蛋白质 酸性溶液：蛋白质能与一些阴离子形成沉淀，如：三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐等，可过滤除去； 碱性溶液：蛋白质能与阳离子形成沉淀，如：Ag、Cu2、Zn2、Fe3等，可过滤除去。,（五）提取和精制,1、原理：溶液萃取法 青霉素+碱金属盐类溶于水 青霉素游离酸溶于有机溶剂,2、流程,3、控制要
12、点 （1） 有机溶剂的选择 乙酸丁酯（BA）、戊酸丁酯 （2） pH值 青霉素在酸性条件下不稳定，越酸损失越大。 萃取：pH 1.82.2，青霉素在水中的溶解度较小，反萃取液中色素最小； 反萃取：pH 6.87.4，青霉素在水中的溶解度最大，色素较小。,（3）体积比和浓缩倍数 萃取：按1:（3.54）体积比加入乙酸丁酯，浓缩倍数为1.52.5； 反萃取：按1:（45）体积比加入缓冲液，浓缩倍数为35。 经二级逆流萃取后，浓缩倍数为10倍左右。,（4）结晶 二次萃取液青霉素纯度70%结晶98%以上 青霉素游离酸乙酸钠（钾）青霉素钠（钾）丁醇 （乙酸丁酯溶液）（丁醇溶液） （晶体） 为了减少过敏原，最好转化成青霉素普鲁卡因盐或重结晶。,思考题,1、简述有哪些-内酰胺类抗生素，它们的特性和作用机制。 2、简述青霉素发酵生产流程。 3、简述青霉素发酵过程中影响发酵产率的因素及控制？ 4、青霉素发酵过程中，如何控制温度为什么？ 5、青霉素提取和精制的原理与流程？,青霉菌,点青霉（Penicillium nototum）,产黄青霉菌（P. chrysogenum）,
