红霉素生产工艺

1、毕业论文题 目：浅谈红霉素发酵工艺系 部： 生物工程系专 业：生物技术及应用班 级：姓 名：学 号：指导教师：2012 年4月 10日摘要61前言£1. 1简述61.2物化性状61.3作用机理61.4红雰素发酵的研究意义61.5红霉素研究现状71.6现阶段的研究方向-72红霉素发酵工艺流程及操作要点-72. 1发酵工艺流程72. 1. 1 一级发酵工艺72. 1.2二级发酵工艺82. 1.3三级发酵工艺-82.2红霉素发酵操作要点£2. 2.1红霉素发酵营养组分勺2. 2. 1. 1碳源营养*92. 2. 1.2氮源营养102. 2. 2红霉素发酵操作注意事项112. 2.

2、 2. 1红霉素发酵PH控制-112. 2. 2. 2红霉素发酵豆油的控制112. 2. 2. 3红霉素发酵温度的控制122. 2. 2. 4红霉素发酵溶氧的控制122. 2. 2. 5红霉素发酵空气的控制122. 2. 2. 6发酵液质量控制132. 2. 3有效成分测定标准133结论13参考文献14 15摘要红雰素是20世纪50年代开始生产的大环酯类抗生素，他的抗菌谱与青霉素G相 似，只要用于抗革兰氏阳性菌所致的感染，对青霉素耐药菌和某些病原体如军团菌、 螺杆菌、支原体、衣原体、放线菌、非结核分枝杆菌、立克次体及某些厌氧菌感染有 效。红霉素还具有改善机体免疫系统的作用，对不断增加的许多致病

3、微生物也有良好 的抗菌活性。随着对红霉素的研究开发深入开展，一些高效、长效、生物利用度好、 各具特色的新红雰素半合成衍生物具有很大的市场潜力。本次研究对红雰素的发酵条件进行了简要的探讨，其中红雰素的发酵单位达XXX, 相当于目前国红霉素的生产有了一定的突破和进展，对红霉素的工艺研究具有一定了 理论指导意义及重大的经济价值。关键字：红霉素；发酵工艺参数；探讨1.1简述红雰素是由红雰素钱雰菌(Streptomyces erythreus)所产生的大环酯(macrolide) 系的代表性的抗菌素。可以抑制细菌蛋白质的合成，系抑菌剂，其中主要对革兰氏阳 性菌、立克次氏体等具有抗菌活性，是治疗耐药性金黄

4、色葡萄球菌感染和溶血性链球 菌感染所引起疾病的首选药物。随着红霉素衍生物药物的不断涌现，对红霉素的认识 提升到了新的层面，如何提髙红霉素发酵单位成为近来研究开发的热点。现阶段，我 国红雰素年产量与国际水平相差较大美国亚培公司年产量达2000t,我国仅200t (马 培齐.医药经济信息，203:15.),国外的发酵单位也髙达8000-12000u/ml(马培齐.医 药经济信息,203:15.)。1.2物化性状红霉素分子式GHEIOe分子量733.93 , 熔点138-14(TC,为白色或类白色 的结晶或粉末；无臭，味苦；微有引湿性，易溶于乙醇和丙酮，微溶于水，是-种碱性 抗生素。是发酵过程中产生

5、的次级代产物，主要活性成分是红寡素A,杂质组分主要有 红雰素B、红霉素C、红霉素D、红霉素E以及红霉素F等。其中主要杂质为红霉素C。13作用机理主要对革兰氏阳性菌具有抗菌性。LD50为200-400毫克/公斤，与细菌的聚核糖 体结合而抑制肽链的延伸，从而抑制细菌蛋白质的合成。1.4红霉素发酵的研究意义红毒素属大环酯类抗生素，具有广谱抗菌作用，其抗菌谱与青霉素相似，对革兰 氏阳性菌尤其敏感。临床主要用于扁桃体炎、猩红热、白喉、淋病肠道阿米巴病、皮 肤软组织感染等的治疗。上、下呼吸道感染也可选用红雰素。需要特别指出的是，红 雰素对于不能耐受青霉素的患者也适用。红霉素除被收入中国药典外，还被收入 美

6、国、英国、日本等许多国家的药典中。近年来，在竞争激烈的抗生素市场上，红雰 素及其衍生物产量逐年增长，销售额不断上升，预计今后的市场仍有广阔的发展空间。15红霉素研究现状现阶段，我国红霉素年产量与国际水平相差较大美国亚培公司年产量达2000t,我 国仅2001 （马培齐.医药经济信息，203： 15.）,国外的发酵单位也髙达 8000-12000u/ml （马培齐.医药经济信息，203:15.）。1.6现阶段的研究方向通过控制优化培养基及发酵过程中溶氧、PH、空气量、搅拌转速、罐压、补料等 来提高红雰素A的含量，从而提高红雰素的产量。2红霉素发酵工艺流程及操作要点2. 1发酵工艺流程一级发酵工艺

7、一级培养基配方：打入软化水200L、豆饼粉8.75kg、玉米淀粉10.76kg、糊精 9.30kg、玉米浆 4.65kg、盐 2.43kg、硫酸铁 1.23kg、豆油 4.25kg、消泡剂 0.16kg, 用液碱调PH至6.2 （±0. 1）,加入CaCOa 3.45kg,再打软化水至400L。初始条件：温度34.09灌压0. 05Mpa转速80rpm通气量0. 8vvm溶氧100%当溶氧低于40%时，釆用转速和空气流量交替上升的方式来提高溶氧，转速每次 提高10转。转速通气量转速通气量转速通气量转速通气量80 1200.91201601.01602001. 12002401.2 1

8、.5移种标准：当PH先上升（第一个高峰），再下降，再上升后当第三个高峰出现后（第四个高峰），向后推46小时开始移种，需要推迟移种时间时，温度可以降至32* 降速为0. 5°C / ho2. 1.2二级发酵工艺初始条件：温度33. 0°C灌压0. 05Mpa转速70rpm通气量l.Ovvm溶氧100% 当溶氧低于40%时，采用转速和空气流量交替上升的方式来提高溶氧，转速每次提髙5转。转速通气量转速通气量转速通气量转速通气量70 851. 1585 1051.21051201.351201351. 41. 55移种条件：移种发酵罐时，条件是当PH先上升（第一个高峰），在下降，在

9、上升 后当高峰出现后（第二个高峰），向后推46小时开始移种，或第一个髙峰向后推14 个小时。需要推迟移种时间时，温度可以降至33*降速为0.5£/h。2. 1.3三级发酵工艺初始条件：温度32. 5°C灌压0. 05Mpa转速50rpm通气量0. 55vvm溶氧100% PH 7. 0 左右。发酵过程中溶氧的控制：接种后，溶氧从100%开始下降，随着菌体的生长，溶 氧低于45%时，采用转速和空气流量交替上升的方式来提高溶氧，转速每次提髙5转， 具体参照下表，表中条件从左至右，从上至下逐条使用，当表中条件用完后，溶氧仍 低于45%时，（溶氧低于15%时）开始补水，补速1200

10、L/ho 中后期，溶氧逐步回 升，当期高于50%,按照如下方法，将溶氧控制在45%,具体参照下表，表中条件从 左至右逐条使用，转速每次降低5转，温度每次降低0.3°Co罐压0. 05温度32.5通 气量1.0转速逐渐降低，每次降低5转。转速通气量转速通气量转速通气量转速50 600.660 700. 6570 800. 780 90通气量转速温度通气量罐压补水0.890 100331.00. 061200三、发酵中PH控制接种后PH先下降后上升，然后再次下降，当PH降至6.90以下时，开始用糖调 节PH, PH自控维持在6. 90o一、发酵中补糖控制当PH上升至7.257. 45长时

11、间没有下降时（22.5h）,开始补糖，起始速度为200L/h,使PH缓慢降到6. 87.0,当PH<6. 90时，停止补糖，当PH回升到>6. 90 时，开始进行自控，将PH控制在6. 90液糖浓度（30%）左右。五、发酵中正丙醇的控制发酵20h左右开始补正丙醇，开始正丙醇的残留量控制在0. 51. 5g / L,40- 130h 控制在1.52.5g/L正丙醇浓度(30%)左右。正丙醇35周期后具体加量根据残留量 来定。周期(h)20 3536 5454放罐正丙醇(L/h)24 4646 9294 144二、发酵中豆油的控制发酵25h左右开始补豆油，在45120h,豆油的补速按照

12、表中的高限来补，其 余时间当豆油的残留量为0时，补速提高10%具体参照下表。周期(h)25 3536 132132放罐豆油(L/h)30 4056 8868 122豆油在55周期后具体加量根据残留量来定。六、放罐条件：生物量在35%左右，粘度到(180cp)左右，镜检菌丝有自溶现象发 生，周期在189h左右，效价9000 u /ml,溶氧一直上升而没有下降趋势。2. 2红霉素发酵操作要点2. 2.1红霉素发酵营养组分碳源营养碳在细胞中的干物质中约占50%,所以微生物对碳的需求最大。凡是作为微生物细 胞结构或代产物中碳架来源的营养物质，都称为碳源。其作用一方面是作为微生物细胞 结构或代产物中碳架

13、来源，另一方面是提供菌体生长，产物分泌所需要的能量。作为微 生物营养的碳源物质种类很多，从简单的无机物(CO“碳酸盐)到复杂的有机含碳化合 物(糖、糖的衍生物、脂类、醇类、有机酸、芳香化合物及各种含碳化合物等)都可作 为碳源。根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源物质两类。 发酵中使用的碳源物质通常是各种有机碳源物质。葡萄糖(液糖)：红雰素采用流加液糖方式，其作用在于调节发酵液的pH,另一方面作为碳源之一。多糖工业发酵用的多糖：有糊精、淀粉及其水解液。玉米淀粉及其水解液是抗生素、氨基酸、核昔酸、酶制剂等发酵中常用的碳源。玉米淀粉：糊精英文名称：dextrin；amylin定

14、义：淀粉经酶法或化学方法水解得到的降解产 物，为数个至数十个葡萄糖单位的寡糖和聚糖的混合物。包括有麦芽糖糊精、极限糊精 等。糊精通常分为三类：白糊精、黄糊精和英国胶或称“不列颠胶"。它们之间的差异在 于对淀粉的预处理方法及热处理条件不同。脂类（豆油）：雰菌和放线菌可利用油脂做碳源。在发酵过程中，加入油脂有消泡和补充碳源的双 重作用。在红雰素的生产当中，豆油是原料之一，其作用一方面是消泡，另一方面可以被链 雰菌利用作为碳源，提供合成红雰素的前体。有机酸、醇：正丙醇：正丙醇是原料之一，作为合成红霉素的前体，其也可被链雰菌菌利用作为 碳源。氮源营养氮元素是微生物细胞蛋白和核酸的主要成分，对

15、微生物的生长发育有特别重要的意 义。因此我们可以将氮源分为无机氮源和有机氮源两种，两者在发酵中都有应用。（1）无机氮源常见的无机氮源主要包括氨水、铁盐等。无机氮源的利用速度一般比有机氮源快， 因此无机氮源又被称作速效氮源。某些无机氮源由于微生物分解和选择性吸收的原因， 其利用会逐渐造成环境pH的改变。例如：在红霉素生产中，在基础料中加入硫酸铁的方式补充无机氮源，在部分文献中也采用间 接流加硫酸铁的方式来补充无机氮源。无机氮源虽然价格便宜、利用迅速，但是并非所有的微生物都能利用这类简单的氮 源。（2）有机氮源有机氮源是另一大类发酵氮源，主要是各种成分复杂的工农业下脚料，种类非常多， 如玉米浆、各

16、种豆粉、玉米粉、实验室常用的牛肉膏、蛋白牒等等。总的来说，微生物在有机氮源培养基上生长要比无机氮源培养基上旺盛，这主要是 由于有机氮源的成分一般比较复杂，营养也较无机氮源丰富。有机氮源中除含有一定比 例的蛋白质、多肽及游离氨基酸以外，还含有少量的糖类、脂类以及各种无机盐、维生 素、碱基等。由于微生物可以直接从培养基中获得这些营养成分，所以微生物在有机氮源 上的生长一般较好，更有一些微生物必须依赖有机氮源提供的营养才能生长。黄豆饼粉是发酵工业最常用的有机氮源。根据油脂含量可将其分为三种，全脂黄豆 粉（含油脂18%以上），低脂黄豆粉（含油脂9%以下），脱脂黄豆粉含油脂2%以下）蛋白 膵、酵母粉等使

17、工业上常用的有机氮源。2. 2. 2红霉素发酵操作注意事项2. 2. 2.1红霉素发酵PH控制对pH的要求视不同菌种而异，一般为6. 4-6. 8,红雰素发酵的最适PH值一般认为 在6. 95左右，有时也可以略高或略低一些，但应尽量避免pH值超过7.0,因为红雰素 在碱性条件下不稳定，容易加速其水解。在缓冲能力较弱的培养基中，pH值的变化是 葡萄糖流加速度高低的反映。过高的流加速率会造成酸性中间产物的积累，以至于pH 值降低；过低的加糖速率不足以中和蛋白质代产生的氨或其他生理碱性物质代产生的 碱性化合物而引起pH值上升。加糖量的控制是根据残糖量及发酵中的pH值确定，最 好是根据CER、OUR、

18、RQ及KLA来控制，一般在残糖量降至0. 6%左右，pH值上升时开 始加糖。2. 2. 2. 2红莓素发酵豆油的控制发酵过程中产生大量泡沫，可以用天然油脂如豆油，玉米油或用化学合成消泡剂 “泡敌”来消泡，应当控制其用量并要少量多次加入，避免出现DO低谷，尤其在发酵 前期不易多用，否则会影响菌体的呼吸代即体现在DO上.在好氧性发酵中泡沫的存在 可以增加气液接触面积，增加氧的KLAo但当发酵旺盛时也会因产生大量泡沫而引起逃 液，给发酵造成困难，带来不利因素，防碍了氧气的溶解，造成代异常；增加污染杂 菌的机会，导致产物的损失；而且在发酵过程中泡沫的消长规律为：初期易产生泡沫， 但一般易碎，中期产生泡

19、沬较少，后期大量产生泡沫，且不易破碎。因而在发酵生产 中（提高罐压，降低通气量短时间间歇性停止搅拌都可减少泡沫的影响）加入适量的 玉米油，控制在一定围。采用少量多次的加入。发酵期间应尽量不加油类消沫剂以免 菌体代能力下降。（机械消泡的优点为不引入外界物质，不增加培养液的复杂程度，不 影响产物的提取；缺点则为不能从根本上消除泡沫稳定的因素，仅适用于泡沫产生较 少较易破碎时.2. 2. 2. 3红霉素发酵温度的控制前期32.5*,后期28.59,以减少后期发酵液中红霉素的降解破坏。红霉素发酵 的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别，但一般认为应在32.59左右，温度过髙 将明显降低发酵产率，同时增

20、加葡萄糖的维持消耗，降低葡萄糖至红雰素的转化率。 对菌丝生长和红毒素合成来说，最适温度不是一样的，一般前者略高于后者，故有的 发酵过程在红雰素生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间，到达生产阶段后使适 当降低温度，以利于红雰素的合成。2. 2. 2. 4红霉素发酵溶氧的控制溶氧控制一般不低于45%,通风比一般1:0. 8vvm搅拌转速在发酵各阶段应根据需 要而调整。对于好氧的红霉素发酵来说，溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。 当溶氧浓度降到45%饱和度以下时，红霉素产率急剧下降，低于5%饱和度时，则造成 不可逆的损害。溶氧浓度过高，说明菌丝生长不良或加糖率过低，造成呼吸强度下降, 同样影响

21、生产能力的发挥。溶氧浓度是CER和0UR的一个动态平衡点，使RQ控制在0. 9 左右，而氧消耗与碳能源消耗成正比，故溶氧浓度也可作为葡萄糖流加控制的一个参 考指标。2. 2. 2. 5红霉素发酵空气的控制发酵车间使用的无菌空气，是经过空气压缩机吸入大气中的空气，压缩，冷却， 除虑后达到无菌空气级别，才能被发酵车间使用。我们知道，被吸入的空气是非常不 洁净的，仅以0.5um的尘埃就多达180000-260000粒儿，要把这样级别的空气净化到 无菌级别（0.5um=3.5粒儿），这几十万数量级的差异，要多级除虑。我们高效膜过滤 系统采用三级除虑的设备流程，目的就是保护高效膜滤芯，延长各级滤芯使用寿命， 以便更合理的达到无菌空气净化要求。无菌空气三级除虑的要求分别是：初效过滤要 求将l-10um的尘埃除虑，拦截率100%,中效过滤要求将lum的尘埃除虑100%,高效 过滤要求将0. 3um的尘埃除虑100%。2. 2. 2. 6发酵液质量控制生产上按规定时间从发酵罐中取样，用显微镜观察菌丝形态变化，来控制发酵， 生产上惯称镜检，根据镜检中菌丝形态变化和代变化的其他指标调节发酵温度，通过 追加唐或补加前体等各种措施来延长发酵时间，以获得最多红霉素。当菌丝中空泡扩 大，增多及延伸，并发现个别自溶细胞，这表示菌丝趋向衰老，红霉素分泌逐渐停止, 菌