2015青霉素生产工艺毕业论文.

1、生物课程毕业论文题目青霉素的生产工艺系 部 专业 班级 153016 班姓名 学号 目录摘要 3前言 3青霉素概述 4青霉素的发酵工艺过程 4发酵过程控制 5青霉素的提炼过程 8参考文献 10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、八 、-前言抗生 素在 目前 的制 药工业 中仍 占有 举足 轻重的 地位 ，尤其

2、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 生产规模非常大，如B -内酰胺类的青霉素、头抱菌素 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 大致 如下 ：菌 种的 保藏、抱子 制备 、种子 制备、发酵 、提取 和精

3、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。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

4、，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-f-p乙。青霉素概述青霉素是抗生素的一种，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疾病的抗生素。青霉素类抗生素是B -内酰胺类中一大类抗生素的 总称。但它不

5、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. chrosoge num )，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，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。青霉素的发酵工艺过程青霉素生产流程:冷冻干燥葩子琼脂斜面 米迫子种子罐 发酵罐屮过涛 酯酸丁酉魂取脱水脱色k结晶洗涤晶体 工业盐

6、 菌丝体综合利用在发酵过程中补料(碳源、氮源、前体人加消沫亂 屮发酵工艺过程(1)生产抱子的制备将砂土保藏的抱子用甘油、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 C,培养68天，得单菌 落，再传斜面，培养7天，得斜面抱子。移植到优质小米或大米固体培养基上，生长7天，25C，制得小米抱子。 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

7、，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，温度27土 1C。二级发酵罐：繁殖罐.大量繁殖。玉米浆、葡萄糖等。1：11.5 ； 250 280r/min ； pH 自 然， 251C ； 014h。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， CaC03等。接种量为1215%。青霉素的发酵对溶氧要

8、求极高，通气量偏 大， 通气比控制 0.71.8 ； 150200r/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 C 下培 养， 发酵 周期 在 200h 左 右。前 60h，pH5.76.3 ，后 6.36.6 ； 前 60h 为 26C， 以后 24C。发酵过程控制反复分批式发酵，480m3发酵罐，装料340m3,带放10 30次，间 隔24h。带放量20%，发酵时间192h。发酵过程需连续流加补入葡萄糖、 硫酸铵以及前 体物质苯乙酸，补 糖率 是最关键 的控 制指标，不 同时 期分 段控 制。在青 霉

9、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 、硫酸铵 、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C02释放率

10、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 合能 力强 ，而且随时 间延长而 增加。通常 采用 葡萄 糖。 发酵 初期 ，利用 快效 的葡 萄糖 进行菌 丝生 长。当葡 萄糖耗 竭后， 利用 缓效 的乳 糖， 使 pH 稳 定， 分泌 青 霉素 。可 根据 形态 变 化， 滴加 葡 萄糖 ，取 代乳 糖。 目 前普 遍采 用淀 粉的 酶 水解 产物 ，葡 萄糖 化液流

11、加。 降低 成本 。氮源：玉米浆是最 好的，是玉 米淀 粉生产时的副产 品，含有 多种氨 基酸 及其前体苯乙 酸和衍生物。玉米 浆质 量不稳定，可用 花生 饼粉或棉 籽饼 粉取 代。 补加 无机 氮 源。无机盐：硫、磷、镁、钾等。控制在30卩g/ml以下。流加控制：补糖，根据残糖、pH、尾气中CO2和02含量。残糖在0.6 % 左右，pH开始升高时加糖。补氮：流加酸酸铵、氨水,控制氨基氮0.05%。 添加 前体：合成 阶段 ，苯乙 酸及 其衍 生物 ，苯乙 酰胺、苯乙 胺 、苯乙 酰 甘氨 酸等 均可 为青 霉 素侧 链的 前体，直接 掺入 青霉 素分 子中。也具 有刺 激青 霉素 合成 作用

12、。 但浓 度大 于 0.19 % 时对 细胞 和合 成有 毒 性。 还 能被 细胞 氧化。策略 是流 加低 浓度 前体，一次 加入 量低 于 0.1%，保 持供 应速 率略 大于 生物 合成 的需要 。（ 2 ） 温度一生长适宜温度25 C,分泌青霉素温度22.0 25.5 C。但22 C青 霉素 破坏少，周期 很长。生产 中采 用变温控制 ，不同阶 段不同温度 。前 期控制24.5 26C左右，后期 降温控制22C。过高则会降低发酵产率， 增加 葡萄 糖的 维持消耗，降 低葡 萄糖 至青 霉素 的转化得率。有 的发 酵过 程在 菌丝生长 阶段采用较高的 温度，以缩 短生 长时 间，生 产阶段

13、适 当降 低温 度， 以利 于青 霉素合成。3)pH合成的适 宜 pH6.0 6.7 左右，避免 超过 7.0 ，青霉素 在碱性条件下 不稳定，易水解。缓冲能力弱的培养基，pH降低，意味着加糖率过高造 成酸性中间产物积累。pH上升，加糖率过低不足以中和蛋白产生的氨或 其他生理碱性 物质。前期 pH控制在5.76.4，中后期pH控制6.36.6 ， 通过补加氨水进行调节。pH较低时,通氨水调节或提高通气量。pH上升 时， 加糖。一般直接加酸或碱自动控制， 流加葡萄糖控制。（ 4 ） 溶氧溶氧V 30 %饱和度，产率 急剧下降，低于10 %，则造 成不可逆的损 害。所以不能低于30 %饱和溶氧浓度

14、。通气比一般为1: 0.8VVM。溶氧 过高，菌丝生长不良或加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发 挥。适宜 的搅拌速度，保证气液混合，提高溶氧，根据 各阶段的生长和 耗氧 量不 同， 对搅 拌 转速 调整 。（ 5） 菌丝 生长 速度 与形 态、 浓度 对于每个有固定通气和搅拌条件的发酵罐内进行的特定好氧过程，都有一个使氧传递速率（OTR和氧消耗率（OUR在某一溶氧水平上达 到平衡的临界菌丝浓，超过此浓度，OUR OTR溶氧水平下降，发酵 产 率下降。 在发 酵稳定期， 湿菌 浓可达 1520%， 丝状 菌干重约 3%， 球状 菌干重在 5%左右。另外，因补入物料较多，在发酵中后期一般每

15、天带放 一次 ，每 次放 掉总 发 酵液 的 10%左右 。有丝状生长和球状生长两种。 前者由于所有菌丝体都能充分和发酵 液中的基质及氧接触， 比生产率高， 发酵粘度低， 气/液两相中氧的传 递率提高，允许更多菌丝生长。球状菌丝形态的控制，与碳 、氮源 的流 加状况， 搅拌 的剪切强度及稀释度相关 。（ 6） 消沫发酵 过程 泡沫 较多 ，需补 入消 沫剂 。天 然油脂 ：玉米油 ；化学 消沫 剂： 泡敌 。少 量多 次 。不 适在 前期 多加 入 ，影 响呼 吸代 谢。青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2 h取样一次，测定发酵液 的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙 酸浓度、青霉素效价等指标，同时

16、取样做无菌检查，发现 染菌立即结束发酵，视 情况放过滤提取，因为染菌后 pH值波动大，青霉素在几个小时内就会被全部破坏。青霉素的提炼工艺过程青霉素提纯工艺流程简图：青霉素不稳定，发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速， 防止降解。1. 预处理发酵液结束后，目标产物存在于发酵液中，而且浓度较低，如抗生 素只有10 30Kg/m3，含有大 量杂质，它们影响后续工艺的有效提取， 因此必须对其进行的预处理，目的在于浓缩目的产物，去除大部分杂质， 改变发酵液的流变学特征，利于 后续的分离纯化过程。是进行分离纯化 的一个工序。2. 过滤发酵液在萃取之前需预处理，发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白，然后 经真

17、空转鼓过滤或板框过滤，除掉菌丝体及部分蛋白。青霉素易降解， 发酵液及滤液应冷至10 C以下，过滤收率一般90%左右。(1) 菌丝体粗长10卩m采用鼓式真空过滤机过滤，滤渣 形成紧密饼状， 容易从滤布上刮下。滤液pH6.27-7.2 ，蛋白质含量0.05-0.2%。需要进 一步除去蛋白质。(2) 改善 过滤和除去蛋白质的措施：硫 酸调节pH4.5-5.0 ，加入0.07% 溴代十五烷吡啶PPB, 0.7%硅藻土为助滤剂。再通过板框式过滤机。滤 液澄清透明，进行萃取。3. 萃取青霉素的提取采用溶媒萃取法。青霉 素游离酸易溶于有机溶剂，而 青霉素盐易溶于水。利用 这一性质，在酸 性条件下青霉素转入有

18、机溶媒中，调节pH,再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。选择对 青霉素分配系 数高的有机溶剂 。工业上 通常用醋酸 丁酯和戊 酯。萃取 2 3次。从发酵液萃取到乙酸丁酯时，pH选择1.8-2.0 ，从乙酸丁酯反 萃到 水相时， pH 选择 6.8-7.4。 发酵滤液与乙 酸丁酯的体积比为1.5-2.1 ，即一次浓缩倍数为1.5-2.1 。为了避免pH波动，采用 硫酸盐、 碳酸 盐缓 冲液 进行 反 萃。发 酵液 与溶 剂比 例为 3 4。几次 萃取 后，浓 缩10 倍，浓 度几 乎达到结 晶要求。 萃取 总收率在 85左右。所得滤液 多采 用二次萃取，用 10%硫酸调 pH2.03.0

19、 ， 加入 醋酸 丁酯 ， 用量为滤液体 积的三分之一，反萃 取时 常用碳酸氢 钠溶液调 pH7.08.0 。 在一 次丁 酯萃 取时， 由于 滤液 含有 大量蛋白，通常加入破 乳剂防止乳化。 第一 次萃 取， 存在蛋白质，加 0.05-0.1% 乳化 剂 PPB。萃取条件：为减少青霉素降解，整个萃取过程应在低温下进行（10 C 以下）。萃 取罐冷冻盐水冷却 。4. 脱 色萃取 液中 添加 活性 炭 ，除 去色 素、 热源 ， 过滤 ，除 去活 性炭 。5. 结 晶萃取 液一 般通过结 晶提纯 。青 霉素 钾盐 在醋酸 丁酯 中溶 解度很小， 在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾-乙醇溶液， 青霉素钾盐就结晶析出。 然后采用重结晶方法，进一