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1、青霉素发酵生产工艺青霉素发酵生产工艺生技生技081 徐娜徐娜1发酵工程青霉素的制备青霉素简介青霉素简介 发现发现 化学结构化学结构 理化性质理化性质 抗菌作用和临床应用抗菌作用和临床应用青霉素合成及调控青霉素合成及调控 生物合成生物合成 生物合成的调控生物合成的调控青霉素发酵生产工艺青霉素发酵生产工艺 菌种菌种 发酵工艺流程发酵工艺流程 培养基培养基 发酵培养控制发酵培养控制 下游操作下游操作 2发酵工程青霉素的制备青霉素简介青霉素简介3发酵工程青霉素的制备青霉素的发现青霉素的发现 19291929年英国学者年英国学者弗莱明首先在抗弗莱明首先在抗生素中发现了青生素中发现了青霉素，英国谢菲霉素，
2、英国谢菲尔德大学病理学尔德大学病理学家弗洛里实现对家弗洛里实现对青霉素的分离与青霉素的分离与纯化。纯化。4发酵工程青霉素的制备青霉素的化学结构青霉素的化学结构 青霉素是含有青霉素母核的多种化青霉素是含有青霉素母核的多种化合物的总称，青霉素发酵液中至少含有合物的总称，青霉素发酵液中至少含有5 5种以上的不同的青霉素：青霉素种以上的不同的青霉素：青霉素F F、青、青霉素霉素X X、青霉素、青霉素K K及二氢青霉素及二氢青霉素F F等。等。青霉素分子结构球棍模型青霉素分子结构球棍模型5发酵工程青霉素的制备噻唑环噻唑环-内酰胺环内酰胺环6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸6发酵工程青霉素的制备青霉素的理化性质
3、青霉素的理化性质青霉素本身为一元酸，可与钾、钠、镁、钙、铝和青霉素本身为一元酸，可与钾、钠、镁、钙、铝和铵等化合成盐类。铵等化合成盐类。易溶于水，游离酸易溶于醇、酮、醚、酯等一般有易溶于水，游离酸易溶于醇、酮、醚、酯等一般有机溶剂。机溶剂。游离酸或盐类的水溶液均不稳定，极易失去抗菌效游离酸或盐类的水溶液均不稳定，极易失去抗菌效力。力。不耐热，一般保存于冰箱中，但青霉素盐的结晶纯不耐热，一般保存于冰箱中，但青霉素盐的结晶纯品，在干燥条件下可于室温保存数年。品，在干燥条件下可于室温保存数年。青霉素的抗菌效力与其分子中的青霉素的抗菌效力与其分子中的- -内酰胺环有关。内酰胺环有关。7发酵工程青霉素的
4、制备抗菌作用和临床应用抗菌作用和临床应用青霉素主要抑制革兰氏阳性细菌，但对某些青霉素主要抑制革兰氏阳性细菌，但对某些革兰氏阴性细菌，螺旋体及放线菌也有强革兰氏阴性细菌，螺旋体及放线菌也有强大的抗菌作用，青霉素的抗菌作用与抑制大的抗菌作用，青霉素的抗菌作用与抑制细胞壁的合成有关。细胞壁的合成有关。青霉素临床上用于治疗葡萄球菌传染症如脑青霉素临床上用于治疗葡萄球菌传染症如脑膜炎、化脓炎、骨髓炎等，溶血性链球菌膜炎、化脓炎、骨髓炎等，溶血性链球菌传染症如腹膜炎、产褥热，以及肺炎、淋传染症如腹膜炎、产褥热，以及肺炎、淋病、梅毒和炭疽等。病、梅毒和炭疽等。8发酵工程青霉素的制备青霉素合成及调控青霉素合成
5、及调控9发酵工程青霉素的制备青青霉霉素素的的生生物物合合成成10发酵工程青霉素的制备青霉素合成的调控青霉素合成的调控11发酵工程青霉素的制备青霉素的生物合成与赖氨酸的反馈调节青霉素的生物合成与赖氨酸的反馈调节 用产黄霉菌生产青霉素要受到赖氨酸的阻用产黄霉菌生产青霉素要受到赖氨酸的阻遏，这是由于其赖氨酸生物合成途径的初始酶遏，这是由于其赖氨酸生物合成途径的初始酶高柠檬酸合成酶受到了赖氨酸反馈阻遏。高柠檬酸合成酶受到了赖氨酸反馈阻遏。 在赖氨酸生物合成途径中，从氨基己二酸在赖氨酸生物合成途径中，从氨基己二酸分支而产生青霉素，这种赖氨酸阻遏是初级代分支而产生青霉素，这种赖氨酸阻遏是初级代谢调节的效果
6、用到次级代谢上的最好的例子。谢调节的效果用到次级代谢上的最好的例子。12发酵工程青霉素的制备青霉素的生物合成与糖分解代谢的青霉素的生物合成与糖分解代谢的关系关系 青霉素的生物合成受糖分解代谢产物的青霉素的生物合成受糖分解代谢产物的阻遏，如合成青霉素的酰基转移酶就会被阻遏，如合成青霉素的酰基转移酶就会被阻遏。在青霉素发酵过程中，发现能被青阻遏。在青霉素发酵过程中，发现能被青霉素迅速利用的葡萄糖有利于菌体生长，霉素迅速利用的葡萄糖有利于菌体生长，但抑制青霉素的合成，而被缓慢利用的乳但抑制青霉素的合成，而被缓慢利用的乳糖，却是生产青霉素的最好碳源。糖，却是生产青霉素的最好碳源。13发酵工程青霉素的制
7、备 乳糖比葡萄糖优越的主要原因乳糖比葡萄糖优越的主要原因是乳糖被是乳糖被水解成单糖的速度正好符合青霉素生产期水解成单糖的速度正好符合青霉素生产期合成青霉素的需要，而又不会产生高浓度合成青霉素的需要，而又不会产生高浓度的分解产物来抑制青霉素的合成，因此，的分解产物来抑制青霉素的合成，因此，碳源多用葡萄糖加乳糖或利用某些非糖原碳源多用葡萄糖加乳糖或利用某些非糖原料如植物油等。但由于乳糖价格较贵，成料如植物油等。但由于乳糖价格较贵，成本较高，故在生产实践中常通过间隙或滴本较高，故在生产实践中常通过间隙或滴加葡萄糖的方法控制培养液中糖的含量，加葡萄糖的方法控制培养液中糖的含量，以符合菌体生长和青霉素生
8、物合成的需要。以符合菌体生长和青霉素生物合成的需要。这样，可以降低成本，提高产量。这样，可以降低成本，提高产量。14发酵工程青霉素的制备青霉素发酵生产工艺青霉素发酵生产工艺15发酵工程青霉素的制备抗生素制备的一般流程图抗生素制备的一般流程图菌种菌种孢子制备孢子制备种子制备种子制备发酵发酵发酵液预处理及种子加滤发酵液预处理及种子加滤提取及精制提取及精制成品检验成品检验成品包装成品包装前体前体发酵阶段发酵阶段提取阶段提取阶段16发酵工程青霉素的制备菌种菌种 目前国内青霉素生产菌按其在深层培目前国内青霉素生产菌按其在深层培养中菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，养中菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种，根
9、据丝状菌产生孢子的颜色又分为黄孢子根据丝状菌产生孢子的颜色又分为黄孢子丝状菌和绿孢子丝状菌，常用菌种为绿孢丝状菌和绿孢子丝状菌，常用菌种为绿孢子丝状菌，如产黄青霉素。子丝状菌，如产黄青霉素。17发酵工程青霉素的制备发酵工艺流程发酵工艺流程18发酵工程青霉素的制备培养基培养基碳源青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄碳源青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖等。目前采用淀粉水解糖，糖化液进行流加。糖等。目前采用淀粉水解糖，糖化液进行流加。氮源可采用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或氮源可采用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸皮粉等有机氮源，及氯化氨、硫酸氨、硝酸氨麸皮粉等有机氮源，及氯化氨、硫酸
10、氨、硝酸氨等无机氮源。等无机氮源。前体为生物合成含有苄基基团的青霉素前体为生物合成含有苄基基团的青霉素G，需要，需要在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。由于它们对青霉素有一定毒性，故一次加入量不能大于们对青霉素有一定毒性，故一次加入量不能大于0.1%，并采用多次加入方式。，并采用多次加入方式。无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子对青霉素有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含对青霉素有毒害作用，应严格控制发酵液中铁含量在量在30ug/mL以下。以下。19发酵工程青霉素的制备发酵培养控制发酵培养控制菌体生长过程控
11、制。菌体生长过程控制。6 6个阶段个阶段加糖控制。残糖降至加糖控制。残糖降至0.6%0.6%，pHpH上升时加糖上升时加糖补氮及加前体。补氮：硫酸铵、氨、尿素，使发补氮及加前体。补氮：硫酸铵、氨、尿素，使发酵液氨氮量控制在酵液氨氮量控制在0.01%0.05%0.01%0.05%。前体：发酵液中。前体：发酵液中残存乙酰胺浓度为残存乙酰胺浓度为0.05%0.08%0.05%0.08%。pHpH控制。控制。6.66.46.66.4温度。前期温度。前期2525 2626 ，后期，后期2323 。溶解氧。不低于饱和溶解氧的溶解氧。不低于饱和溶解氧的30%30%。泡沫的控制。泡沫的控制。20发酵工程青霉素的制备青霉素产生菌的生长过程青霉素产生菌的生长过程分生孢子发芽期分生孢子发芽期菌丝繁殖期菌丝繁殖期脂肪粒形成期脂肪粒形成期脂肪粒减少，小空孢脂肪粒减少，小空孢大空孢大空孢自溶自溶菌丝生长期菌丝生长期青霉素分泌期青霉素分泌期菌丝自溶期菌丝自溶期21发酵工程青霉素的制备下游操作下游操作过滤过滤萃取萃取脱色脱色精制精制溶媒回收溶媒回收22发酵工程青霉素的制备谢谢谢谢！23发酵工程青霉素的制备
