抗生素工艺学

1、青霉素一、青霉素的定义青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）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-内酰胺类中一大类抗生素的总称。二、青霉素怎么发现的青霉素的发现者是英国细菌学家弗莱明。1928年的一天，弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来

2、的。使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发明了葡萄球菌的克星青霉素。青霉素发明者、英国科学家弗莱明在他的实验室内澳大利亚病理学家霍华德.弗罗里因进行青霉素化学制剂的研究，而与弗莱明1945年诺贝尔生理学和医学奖。图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡 图中是葡萄球菌，这些形如珍珠的东西就是危害人体健康的葡萄菌，青霉素能消灭它们。三、药理

3、作用青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体、梭状芽孢杆菌、放线菌以及部分拟杆菌有抗菌作用。内服易被胃酸和消化酶破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，1530min达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从尿中排出。四、功效 青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别

4、治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。五、青霉素生产工艺过程1、工艺流程（1）丝状菌三级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养，7天）斜面母瓶（25C，孢子培养，7天）大米孢子（26C，种子培养56h,1:1.5vvm）一级种子培养液（27C，种子培养，24h,1:1.5vvm）二级种子培养液（2726C,发酵,7天,1:0.95vvm）发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺流程冷冻管（25C，孢子培养，68天）亲米（25C，孢子培养，810天）生产米（28C，孢子培养，5660h,1:1.5v

5、vm）种子培养液（2625-24C，发酵，7天，1：0.8vvm）发酵液。 VVM的意思 每分钟通气量与罐体实际料液体积的比值。 发酵罐中的通气量一般以VVM计，其中的气体体积以标准状态计。 其单位是立方米/（立方米*分钟）， 通气比=通气速率（单位：立方米/分钟）/发酵液体积（单位：立方米）。青霉素工艺流程图2、工艺控制（1）影响发酵产率的因素基质浓度 在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏（或抑制），而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成 , 为了避免这一现象 , 在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法 , 即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加以维持

6、一定的最适浓度。（2）温度 青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25 C 左右。温度过高将明显降低发酵产率 , 同时增加葡萄糖的维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的转化率。（3） pH 值青霉素发酵的最适 pH 值一般认为在 6. 5 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, 因为青霉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。（4）溶氧 对于好氧的青霉素发酵来说 , 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 30% 饱和度以下时, 青霉素产率急剧下降,

7、 低于 10% 饱和度时, 则造成不可逆的损害。（5）菌丝浓度 发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。（6）菌丝生长速度 用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。 要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率, 必须使比生长速率不低0.015h-1 。（7）菌丝形态 在长期的菌株改良中 , 青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。六.青霉素培养基成分甲液：胰蛋白胨10g 蒸馏水1000mL 乙液：磷酸氢二钠9.5g 蒸馏水1000mL 丙液：氯

8、化镁(MgCl26H2O)40g 蒸馏水400mL 以上分别在121灭菌15min。 丁液：孔雀绿0.2g 蒸馏水100mL 戊液：羧苄青霉素1mg/mL 制法 取甲液620mL、乙液160mL、丙液212mL混合，再加入丁液6.4mL和戊液2.4mL，即为1000mL培养基。分装灭菌烧瓶，每瓶100mL，或灭菌试管10mL。 （1）培养基成分的控制a. 碳源有乳糖、蕉糖、葡萄糖等。目前生产上普遍采用的是淀粉水解糖、糖化液 (DE 值 50% 以上) 进行流加。b. 氮源常选用玉米浆、精制棉籽饼粉、麸皮，补加无机氮源。c. 前体 在发酵液中加人前体用苯乙酸、苯乙酰胺, 一次加入量不大于0.1%

9、, 并采用多次加入, 以防止前体对青霉素的毒害。d. 加人的无机盐包括硫、磷、钙等, 且用量要适度。另外, 由于铁离子对青霉菌有毒害作用, 必须严格控制铁离子的浓度, 一般控制在30 g/ml 。（2）发酵培养的控制a. 加糖控制是根据残糖量及发酵过程中的 pH 值确定 , 最好是根据排气中CO2 量及 O2 量来控制, 一般在残糖降至 0.6% 左右, pH 值上升时开始加糖。b. 补氮及加前体 是指加硫酸铵、氨水或尿素, 使发酵液氨氮控制在 0. 01%-0.05%,补前体以使发酵液中残存苯乙酰胺浓度0.05%-0.08% 。c. pH 值控制在pH 6.4-6.8, 可以补加葡萄糖来控制

10、。目前一般采用加酸或加碱控制pH值。 d. 溶解氧的控制一般要求发酵中溶解氧量不低于饱和溶解氧的30% 。通风比一般为1:0.8L/(L min), 搅拌转速在发酵各阶段应根据需要而调整。e. 泡沫的控制，在发酵过程中产生大量泡沫, 可以用天然油脂, 如豆油、玉米油等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。f. 温度控制，前期 2 5- 2 6 C, 后期 23 C, 以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。七、青霉素浓缩法利用青霉素特异性地杀死野生型细胞、保留营养缺陷型细胞的方法。青霉素能抑制细菌细胞壁的合成，所以只能杀死生长繁殖中的细菌，而不能杀死停止分裂的

11、细菌。在只能使野生型生长而不能使突变型生长的选择性液体培养基中，野生型被青霉素杀死，而突变型则不被杀死，从而淘汰野生型，使突变型得以浓缩。可适用于细菌和放线菌，是营养缺陷型突变体筛选的常用方法之一。 八、有关青霉素产生过敏的原因 青霉素不稳定，可以分解为青霉噻唑酸和青霉烯酸。前者可聚合成青霉噻唑酸聚合物，与多肽或蛋白质结合成青霉噻唑酸蛋白，为一种速发的过敏源，是产生过敏反应最主要的原因；后者还可与体内半胱氨酸形成迟发性致敏原-青霉烯酸蛋白，与血清病样反应有关。九、注意事项1.口服或注射给药时忌与碱性药物配伍，以免分解失效。2.本品不宜与盐酸四环素、卡那霉素、多粘菌素E、磺胺嘧啶钠、三磷酸腺苷、

12、辅酶A等混合静滴，以免发生沉淀或降效。3.氯霉素与青霉素一般不要联用，因氯霉素为抑菌剂，而青霉素为繁殖期杀菌剂，联用可影响青霉素的抗菌活性而降效。4.由于本品可抑制某些肝脏酶的活性，因此可干扰甲苯磺丁脲、苯妥英钠和双香豆素在人体内的生物转化，可增强甲苯磺西脲、苯妥英钠的作用，对双香豆素和华法林的抗凝作用均可增强。5.婴儿、肝、肾功能减退者慎用，妊娠末期产妇慎用，哺乳期妇女忌用。 谢谢！抗肿瘤抗生素之博莱霉素博莱霉素的简介博莱霉素的发酵工艺博莱霉素的提取与精制方法博莱霉素的检验标准及发展方向其他抗肿瘤抗生素博莱霉素简介中文、英文名、发现简史理化性质抗菌谱作用机理第一中文名：博莱霉素英文名：Ble

13、omycin分子式： A2C55H84N17O21S3 分子质量： 1415.59 发现简史：博莱霉素是从轮枝链霉素（S.Verticillus）所分离出来的多组分的抗肿瘤抗生素。我国于1969年从浙江平阳土壤中分离获得平阳链霉菌（S.pingyangensisn.sp）,其代谢产物与国外博莱霉素是同一类抗生素。1970年试制成功，当时曾定名为争光霉素，1971年投入生产。博莱霉素的理化性质：博莱霉素均为弱碱多肽类化合物。分为A、B两大类共13种组分易溶于水、甲醇、微溶于乙醇几乎不溶于丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醚。含铜离子时呈蓝绿色，去铜离子后为白色粉末。 博莱霉素的抗菌谱博莱霉素是一族具有

14、独特结构和独特作用的广谱、低毒抗肿瘤抗生素。研究证明它能有效地抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性菌，对金黄色葡萄球菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、变形杆菌、伤寒杆菌、枯草杆菌等具有较强的抗菌作用。博莱霉素的应用及其副作用博莱霉素、丝裂霉素、阿霉素、柔红霉素等天然来源的抗肿瘤抗生素以及经化学修饰的同类物不但对恶性淋巴瘤、头颈部癌、乳腺癌和食道癌有良好的疗效，更重要的是它对发病率高，又无有效药物的肝癌的作用更是目前已有的抗癌药中所少见的。副反应为发热、肺纤维化、色素沉着和胃肠道反应等。在用药期间应注意癌病灶急速坏死而引起局部出血，或停药过早导致肿瘤爆发性的增性增长的可能。作用机理 博莱霉素 人体 博莱霉素Fe+2

15、复合物 博莱霉素Fe+3复合物 氧分子形成氧自由基 引起 (包括超氧阴离子和轻基自由基) DNA的脱氧核糖反应引发DNA降解、断链，阻止DNA复制，从而抑制肿瘤细胞DNA的合成含琉基的化合物作用下可还原为前者，此循环作用可不断破坏肿瘤DNA的复制 进入体内氧化酶博莱霉素发酵工艺整个流程孢子活化种子培养 发酵第二发酵类型分批+补料发酵时间，小时144 12间歇时间，小时12循环时间，小时156 12发酵罐体积，m335原始体积，m324发酵体积，m328发酵活性（kg）3.92发酵终产品浓度，kg/m3140 20收率，%35 最大通风（VVM）1.0通风（kwh/kg）4,500最大动力输入（

16、kw/m3）2.5+3能耗 (搅拌+冷却), kwh/kg5,700蒸汽(kg/kg)3,000培养基高氏培养基：可溶性淀粉，KCl、KH2PO4、MgSO4、NaNO3、FeSO44H2O、琼脂、水1L。配制方法是在1L的蒸馏水中分别加入上述各物质，之后摇匀。121湿热灭菌20分钟，备用 ;2.发酵培养基：葡萄糖、淀粉、大豆粉、酵母粉、玉米浆、CaCO3、ZnSO4、K2HPO4，再加入自来水，调pH为6.4;3.种子摇瓶培养基(同发酵培养基) 。（一）菌种及种龄 平阳霉素的产生菌是平阳链霉菌。种龄是一个比较重要的参数，应选择处于生命力旺盛指数生长期的菌体。种子培养时间太短，菌体太少，会使发

17、酵周期延长；种子培养时间太长，则菌体易衰老，影响发酵产素单位；该菌株所产生的复合物中以A5组分（国内）为主，不同于轮枝链霉产生的复合物以A2，B2 组分（国际市场）为主。工艺要点 。（二）接种量 博莱霉素发酵时接种量为4%较好。（三）发酵 采用三级发酵。发酵培养基为淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉、酵母粉、玉米浆、氯化钠、硫酸铜、硫酸锌、磷酸二氢钾等。为了提高A5组分的含量，需在发酵过程中增加玉米浆的配比及一定量的铜离子。中间补加玉米浆的条件控制： 当pH有7.0下降到6.0左右时补加约发酵40h，以每隔6h补一次pH有上升趋势时开始补饴糖，每次补入1%，每6h补一次，使发酵过程的总糖水平不低于1.5%

18、。（进行糖含量的测定）Cu离子起螯合剂作用，特别在玉米浆作有机氮源时必须加入一定数量的硫酸铜。它所造成的抑制作用较为明显，使形成的组合以A5为主。平阳霉素发酵过程中不产生泡沫，故不需消沫剂。（四）氧含量 通过改变摇床的转速和培养基的装量可以改变摇瓶中的通气量，装量越多，培养基与空气的接触面越小，空气在培养基中的扩散程度越差。（五）转速 博莱霉素发酵过程中转速为220r/min，摇瓶装量为50ml/750ml效果较好。（六）pH 发酵过程中培养基PH是菌体在一定环境条件下代谢活动的综合指标，它对菌体生长及产品积累有很大影响，是一项重要参数，已有资料显示博莱霉素发酵过程PH控制在6.4左右产素效果

19、较好。（七）温度及及摇瓶装量 在750ml摇瓶中，以50ml装量并于pH 6.4、温度30培养，菌体产博莱霉素能力相对最强。博莱霉素的提取与提炼提取的简易流程提取液的原料提炼第三提取的简易流程提取液的主要原料阳离子树脂1阳离子树脂2阴离子树脂NH4OHNaOHHCl柠檬酸醋酸甲醇丙酮软化水提炼利用平阳霉素在水溶液中能离解成阳离子的特性，用弱酸丙烯系阳离子交换树脂（122H+型）进行提取。在精制过程中尚需去除铜离子，其方法是在醇溶液中以苯肼硫羰偶氮苯为螯合剂，或以硫化氢来去除铜离子，然后反复用丙酮沉淀精制，经过滤，真空干燥即制得成品。包装：10mg, 50mg, 100mg, 500 mg, 1 g, 5 g, 10 g,储存条件：2-8度研究进展研究发现我国土壤中筛选