学习情境3药品-链霉素发酵

1、学习目的与要求学习目的与要求（1）知识目标：）知识目标： （2）能力目标：）能力目标：（3）情感目标：）情感目标：情境情境3 药品抗生素药品抗生素-链霉素发酵合成链霉素发酵合成11. 接受工作任务接受工作任务2. 工作任务分析工作任务分析3.制定工作计划制定工作计划4. 工作任务实施工作任务实施5. 工作任务检查工作任务检查 6. 工作任务评价工作任务评价7. 知识拓展知识拓展链链 霉霉 素素 发发 酵生酵生 产产 技技 术术2链霉素链霉素是继青霉素之后，用于临床的第二个重要抗生素，链霉素是继青霉素之后，用于临床的第二个重要抗生素，链霉素是含有链霉胍的氨基糖苷类抗生素族（图是含有链霉胍的氨基糖

2、苷类抗生素族（图1）中的主要）中的主要成员，链霉素又称链霉素成员，链霉素又称链霉素A，其化学名为，其化学名为N-甲基甲基-L-葡萄糖胺葡萄糖胺-(12)-L-链霉糖链霉糖-(14)链霉胍。是生物在链霉胍。是生物在其生产活动过程中所产生，并能在低微浓度下有选择其生产活动过程中所产生，并能在低微浓度下有选择性地性地抑制或杀灭抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的其他微生物或肿瘤细胞的有机物有机物。 1.接受工作任务接受工作任务34复制复制翻译翻译转录转录5 链霉素主要理化性质链霉素主要理化性质 链霉素游离碱为白色粉末，大多数盐类也是白色粉末或略带黄色的粉末或结晶，无嗅，味微苦，有吸湿性，在空气中易潮解。

3、6生产菌种生产菌种 2工作任务分析工作任务分析7培养基培养基种子培养基种子培养基 高氏1号培养基 8设备设备机械搅拌通风式发酵罐机械搅拌通风式发酵罐 9 Agar diffusion assayagar plate琼脂培养基琼脂培养基lawn of test bacteria测测 试试 菌菌 苔苔filter papers soakedwith test compounds含含 药药 物物 滤滤 纸纸zones of inhibition(no growth)抑菌圈抑菌圈10分分 析析 仪仪 器器Analytical instruments现代分析仪器：现代分析仪器：核磁共振核磁共振毛细管电泳

4、毛细管电泳气相色谱气相色谱高效液相色谱高效液相色谱质谱质谱Modern analytical instruments:Nuclear magnetic resonance (NMR)Capillary electrophoresis(CE)Gas chromatography (GC)High performance liquid chromatography (HPLC)Mass spectroscopy (MS) AutomationSensitivityAccuracy自动灵敏准确自动灵敏准确11 3. 制定工作计划制定工作计划确定链霉素生产的原料。因地制宜，立足本地资源。（见发酵原料要

5、求）确定培养基组成。包括斜面培养基、摇瓶培养基、种子培养基和发酵培养基。明确发酵过程中各工艺参数、影响因素和调控方法。1213Strain Improvement Scale-upStrain出发菌株出发菌株Agar plate平板技术平板技术Primaryshake flaskEvaluation摇瓶培养摇瓶培养Secondary shake flask evaluationdifferent media二级摇瓶培养二级摇瓶培养各种培养基各种培养基Lab fermentor evaluationProductionCondition小型发酵罐小型发酵罐模拟生产条件模拟生产条件Masterce

6、ll bankWorkingcell bankInoculumDevelopment菌种扩大培养菌种扩大培养Pilot plantEvaluation中试生产中试生产ProductionEvaluation生产生产60003003031Possiblerecycle1415摇瓶发酵摇瓶发酵 Shake-flask fermentation10-50 ml in 125-500 ml flaskBatch onlyLimited control: temperatureSlow metabolizing carbohydrateAmbient pressureBuffers needed to

7、control pHIn-process sampling difficultVolume decrease by evaporationSolid growth on side wallsAntifoam not neededAgitation limited: shaker speedNo control of dissolved oxygen装液量：10% (250ml)间歇培养温控受限制代谢碳水化合物慢常压缓冲液控制pH在线取样难容量减少瓶壁上结垢无需消泡搅拌受限制无法控制溶解氧16搅搅 拌拌 罐罐 发发 酵酵 Stirred tank fermentation10-100,000升容

8、量间歇和补料培养连续控制：pH，温度需要铵盐或氨气2 大气压无需缓冲液在线取样易补料,容量增加 生长均匀一致需消泡多种搅拌 控制溶解氧:通气,加压10-100,000 liter vesselsBatch and feed possibleContinuous control: pH, temperatureAmmonium salts or ammonia neededPressure at two atmospheres possibleNo buffers necessary In-process sampling easyVolume increase by sugar feedVer

9、y uniform growthAntifoam often requiredWide variety of impellers and bafflesDissolved oxygen controlled by aeration, pressure17摇摇 瓶瓶 发发 酵酵 Shake-flask 装液量：10% (250ml)间歇培养温控受限制代谢碳水化合物慢常压缓冲液控制pH在线取样难容量减少瓶壁上结垢无需消泡搅拌受限制无法控制溶解氧10-100,000升容量间歇和补料培养连续控制：pH，温度需要铵盐或氨气2 大气压无需缓冲液在线取样易补料,容量增加 生长均匀一致需消泡多种搅拌 控制溶解

10、氧:通气,加压搅搅 拌拌 罐罐 发发 酵酵 Stirred tank 18菌种 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品包装Strain Preparation of seed Fermentation Treatment of broth Isolation & purification Package of product4.工作任务实施工作任务实施19A scheme of the material flow in an antibiotic production 20A scheme of the material flow in an antibiotic produc

11、tion 连消连消发酵罐发酵罐缓冲罐缓冲罐种子罐种子罐21发酵生产原料发酵生产原料 Materials for Fermentation碳源碳源:葡萄糖、葡萄糖、果糖、果糖、麦芽糖、麦芽糖、乳糖乳糖淀粉淀粉22氮源氮源:有机氮源有机氮源无机氮源无机氮源 有机氮源包括：有机氮源包括： 黄豆饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、酵母粉和麸质水，黄豆饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、酵母粉和麸质水， 其中以黄豆饼粉为最佳，其它可做为辅助氮源。其中以黄豆饼粉为最佳，其它可做为辅助氮源。 发酵生产原料发酵生产原料23 培培 养养 基基Media for Cell Growth & Final productionCompo

12、nents Range % 组组 成成可溶性淀粉 20g、NaCl 05g、KNO3 1g、K2HPO43H2O 0.5g、MgSO4 7H2O 05g、FeSO47H2O 001g、琼脂 15-20g、水 1000ml、pH 7.4-7.6 Fermentation 发酵培养基发酵培养基 Components Range % 组组 成成为葡萄糖、黄豆饼粉、硫酸铰、磷酸二氢钾、碳酸钙、玉米浆 Tank seed 种子培养基种子培养基24255. 发发 酵酵 控控 制制Fermentation Control Sample AnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSul

13、phateProductsPrecursorsContaminationPressure probeLevel probepH probeTemp. probeDO probeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed26ScaleWeight SignalPump SpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer Flow Rate Control 流量控制流量控制2728菌种菌种 (strain)：灰色链霉菌：灰色链霉菌(S.griseus) 无菌情况有保证；代谢速度无菌情况有保证；代谢速度45

14、小时为准耗糖小时为准耗糖1.0+0.2耗氧耗氧30+5mg/100ml；效价；效价8000u/ml；粘；粘度度8-12秒；菌丝阶段秒；菌丝阶段3-4；在大罐发酵中有一定水；在大罐发酵中有一定水平平 链霉素链霉素 发发 酵酵29链霉素发酵温度以链霉素发酵温度以28.5左右为宜。左右为宜。链霉菌菌丝生长的链霉菌菌丝生长的pH约为约为6.57.0，而链霉素合成的而链霉素合成的pH约为约为6.87.3 链霉菌的临界溶氧浓度约为链霉菌的临界溶氧浓度约为10-5mol/L， 发酵终点确定：残糖浓度发酵终点确定：残糖浓度 低于低于1%。30发酵产物链霉素的提取与精制发酵产物链霉素的提取与精制 链霉素的提取，目前均采用离子交换法。离