《抗生素生产工艺》PPT课件.ppt

抗生素生产工艺,抗生素是青霉素、链霉素、红霉素等一类化学物质的总称是生物在生产活动过程中产生的，在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他种生物机能的有机物质，具有抗菌、抗肿瘤、杀虫除草、抑制生物体中某些酶类的作用，有些还具有某些药理活性，如强力霉素镇咳；新霉素降胆固醇,抗生素的生产方法,生产主要采用微生物发酵法，属于次级代谢产物，少数如氯霉素、磷霉素亦可用化学合成法生产,半合成抗生素,将生物合成法制得的抗生素用化学或生化方法引入特定的功能基团进行分子结构改造而制成各种衍生物增强抗菌力扩大抗菌谱对耐药菌有效便于口服减低毒副作用改善药理性质、提高生物有效性,抗生素的生物来源,放线菌：链霉菌、诺卡氏菌属、小单孢菌属真菌：青霉菌属、头孢菌属、担子菌细菌：多粘杆菌、枯草杆菌、芽孢杆菌植物或动物：蒜蒜素；动物脏器鱼素,抗生素化学结构的分类,-内酰胺类：青霉素类、头孢菌素类，包含一个四元内酰胺环氨基糖苷类：链霉素、庆大霉素，既含有氨基糖苷，也含有氨基环醇大环内酯类：红霉素、麦迪加霉素，含有一个大环内酯作配糖体，以苷键和1-3个分子的糖相连四环类：四环素、土霉素，以四并苯为母核多肽类：多粘菌素、杆菌肽，含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带侧链的环状多肽,抗生素的作用,广谱抗生素：氨苄青霉素抗革兰氏阳性菌抗生素：青霉素抗革兰氏阴性菌抗生素：链霉素抗真菌抗生素：制霉菌素抗病毒抗生素：四环类抗生素抗癌抗生素：阿霉素,抗生素的作用机制,抑制细胞壁合成：青霉素、头孢菌素影响细胞膜功能：多烯类抗生素抑制病原菌蛋白质合成：四环素抑制核酸合成：丝裂霉素C抑制生物能作用：抗霉素,我国抗生素工业的发展,我国1953年设计制造了4个5吨发酵罐，建立上海第三制药厂，开始生产青霉素1957年建立华北制药厂经40多年来发展，国外有的基本抗生素品种我国都有生产，并已研制出国外没有的抗生素创新霉素等截止1996年上半年，总计127个品种生产，总产量近几年3万吨，约占世界抗生素产量的1/4。农用抗生素研究生产也获得了可喜的成绩，灭瘟素、春日霉素和有效霉素等。,抗生素的应用,医用抗生素，青霉素钾、钠等可控制金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌等引起的严重感染（败血症、肺炎、脑膜炎等），半合成青霉素和头孢菌素用于对付耐药性金黄色葡萄球菌，链霉素抗G-和结核杆菌农用抗生素，作用强、剂量小，且不易引起环境污染,抗生素剂量表示法,使用剂量不足，达不到抑菌能力，使用剂量过高，会产生毒副作用，且引起病原菌的耐药性。故常用效价单位作为衡量抗生素的一尺度。一个青霉素效价单位在50ml肉汤培养基中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株发育的最小青霉素剂量一个链霉素效价单位1ml肉汤培养基中完全抑制E.Coli标准菌株发育的最小链霉素剂量一个制霉霉素效价单位1ml肉汤培养基中完全抑制某种酵母标准菌株发育的最小制霉霉素剂量,抗生素-次级代谢产物,抗生素是最典型、最著名的次级代谢产物次级代谢产物又叫做分化代谢物，是在分批培养的分化期（生产期）形成的，只在产生菌的比生长速率降低时才合成,抗生素的生物合成,将养分吸收到细胞内，并把它转化为主干代谢途径的中间体经过初级代谢途径的几步以后歧向专门抗生素合成的途径,与抗生素合成有关的初级代谢,脂肪酸代谢氨基酸代谢糖代谢嘌呤和嘧啶代谢芳香族化合物的生物合成从C1库来的甲基,抗生素的组成,许多抗生素利用氨基酸作为建材有些抗生素纯粹以氨基酸为组份一些抗生素既有氨基酸，又与其他代谢物（糖、脂肪酸）结合,与青霉素合成相关的氨基酸,赖氨酸半胱氨酸缬氨酸,抗生素生产的工艺过程,菌种 孢子制备 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品包装,菌 种,来源于自然界，获得能产生抗生素的微生物，经分离、选育和纯化后即称为菌种菌种的保藏：冷冻干燥、超低温冷冻、砂土管、液体石蜡、斜面低温保藏,孢子制备,将保藏的处于休眠状态的孢子，接种至固体斜面培养基，在一定温度下培养5-7或7日以上进一步用扁瓶在固体培养基上扩大培养,种子制备,目的使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中摇瓶或直接将孢子接入种子罐逐级放大培养种子培养定时取样作无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位和进行生化分析种子级数,培养基的配制,碳源氮源无机盐类前体,碳 源,供给菌种生命活动所需能量，构成菌体细胞及代谢产物参与抗生素的生物合成常用碳源：淀粉、葡萄糖及油脂,氮 源,构成菌体细胞物质和含氮代谢物参与含氮抗生素合成有机氮源无机氮源,无机盐和微量元素,同其他微生物,前 体,菌体利用其构成抗生素分子中的一部分而其本身没有显著改变的物质一定条件下控制菌体合成抗生素的方向并增加抗生素的产量,发 酵,目的是使微生物大量分泌抗生素接种10%通气搅拌控制罐温消泡控制pH定时采样进行生化分析、镜检，测定菌体浓度、残糖量、抗生素含量等,发酵液的过滤和预处理,分离菌丝、去除杂质预处理：去除高价无机离子和蛋白质过滤：去除固形物及菌体,发酵液的预处理,草酸及磷酸去除高价离子钙、镁，还能促使蛋白质凝固黄血盐有利于去除铁离子硫酸锌有利于凝固蛋白质等电点法、加热法、絮凝法去除蛋白,发酵液的过滤,板框过滤机鼓式真空过滤机自动出渣离心机倾析器,抗生素的提取,溶媒萃取法离子交换法直接沉淀法,抗生素的精制,药品生产符合GMP规定脱色及去除热原质结晶和重结晶,脱 色,色素是发酵过程中产生的代谢产物，与菌种及发酵条件有关活性炭脱色,热原质,在生产过程中由于被污染后由杂菌所产生的一种内毒素，G-产生的热原反应高于G+，是多糖磷类脂质和蛋白质的结合体，引起恶寒高热，甚至休克活性炭吸附超滤去除,进一步精制,结晶与重结晶共沸蒸馏法柱层析法中间盐转移法分子筛,青霉素的生产工艺,菌种：产黄青霉素（Pen chrysogenum）生产能力达到30000-60000/mL,工艺流程,冷冻管 斜面母瓶 大米孢子 一级种子罐 二级种子罐 发酵罐 放罐 提炼,孢子培养,25C,6-7d,孢子培养,25C,6-7d,发 酵,25C,40-45d 1:2VVM,25C,40-45d 1:1.5VVM,种子培养,种子培养,22-26C,6-7d 1:1-0.8VVM,冷至15 C,培养基,碳源：利用多种碳源和乳糖、蔗糖、葡萄糖等。普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行流加氮源：可选用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸质粉，并补加无机氮源前体：为生物合成含有苄基基团的青霉素G，在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺，加入量不能大于0.1%，采用多次加入方式无机盐：硫、磷、钙、镁、钾等盐类,青霉素生产菌生长发育阶段,I期 分生孢子发芽II期 菌丝繁殖III期 形成脂肪粒，积累贮藏物IV期 脂肪粒减少，形成中、小空泡V期 形成大空泡，脂肪粒消失VI期 细胞内看不到颗粒，个别细胞出现自溶,青霉素生产菌生长发育阶段,I-IV期为菌丝生长期，产青霉素较少，菌丝浓度增加很多III期适于作种子IV-V期青霉素分泌期，菌丝生长趋势减弱，大量产生青霉素VI期菌丝自溶期,发酵工艺控制,温度控制：前期25-26C，后期23 CpH控制：一般为，加酸加碱及加葡萄糖控制通气：一般为1：0.8VVM搅拌：要求发酵液中溶解氧量不低于30%。泡沫与消沫：少量多次加入消沫剂，在发酵前期不宜多用,发酵工艺控制,加糖控制：根据残糖量与发酵过程中的pH来控制，也可根据排气中CO2与O2量来控制补氮：发酵液氨氮控制在0.01-0.05%加前体：残余苯乙酰胺浓度控制在0.05-0.08%,过 滤,鼓式真空过滤器,提 炼,溶媒萃取法：将发酵滤液酸化至pH2，后加相当于发酵滤液体积1/3的醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离；然后以1.3-1.9%NaHCO3在条件下将青霉素提取到缓冲液中，再调pH2，将青霉素从缓冲液转入到醋酸丁酯溶液中,脱 色,在提取液中加活性炭150-300g/10亿单位，进行脱 色、过滤,共沸蒸馏,将萃取液以0.5mol/LNaOH液萃取，调pH至，加3-4倍体积丁醇，在16-26C，5mmHgG下真空蒸馏，将水与丁醇共沸物蒸出，并随时补加丁醇。当浓缩到原来水浓缩液体积、蒸出馏分中含水达2-4%时，停止蒸馏，青霉素钠盐结晶析出，过滤，洗涤，干燥得成品。,土霉素生产,菌种:龟裂链霉菌（Streptomyces Rimosus）菌落灰白色，后期生皱褶，呈龟裂状。菌丝呈树枝状分枝，白色，孢子灰白色、柱形,生产工艺流程,砂土管孢子 斜面孢子 一级种子 二级种子发酵 提取,37C,4-5天,320.5C,310.5C,30-32h,24-26h,32C-310.5C-32C,160h,砂土管,黄沙：土=1：1（沙和土都经处理，水洗至中性，烘干，研细，过筛）每管装一定量的砂土，塞好棉塞包好，121高压蒸汽灭菌后再用160 干热灭菌2h每支砂土管加0.3mL孢子悬浮液，包好，放入装有干燥剂的真空干燥剂内抽干6-12 h，轻轻敲打使其均匀。完后，放入装有干燥剂的密闭瓶内，0-4贮藏,斜面,250 ml茄子瓶 麸皮4%，麦粉2%，琼脂2%,一级种子 400-500L夹套二级种子 4m3（搅拌）,发 酵,15%接种量培养基：碳源：淀粉 经-淀粉酶液化氮源：黄豆饼粉，硫铵无机盐：KH2PO4，NaCl，CaCO3，CoCl2生长因子：酵母粉，玉米浆,采用中间补料，延长抗生素分泌期，是提高抗生素产量的重要方法。土毒素生产过程采用补糖与补氨，以保证其在分泌期有足够多而不过多的养料。总糖 前期 0-80 h 6.5-8%中期 80-120 h 5-6.5%后期120-140 h 4-5%末期 140 h后 4%放罐残糖3%以下，放罐前24 h不补料,补氨同时为调pH，放罐前8 h停止通氨，整个过程通氨水总量350-400升,预处理,土霉素能和发酵液中钙盐、镁盐，某些有机胺、蛋白质形成不溶性化合物，积聚在体内。预处理目的为：1）使部分土霉素溶液解出来 2）蛋白质（菌丝）沉淀 3）Fe3+沉淀,提取工艺,发酵液 酸化液+低单位套液 稀释液 净化液,加草酸及盐酸酸化pH1.7,并加适量黄血盐，搅30,(26000 r/ml),稀释到7500-8000 r/ml,加黄血盐及硫酸锌,净 化,板框过滤,滤液（土霉素草酸）,滤渣（草酸钙、蛋白质、菌体、铁络合物）,滤液 脱色液 土霉素+草酸 湿晶体 成品,板框过滤 离心,氨水调 搅50,气流干燥 80-90C,离子交换 122#,