学习情境3药品-链霉素发酵

1、2021/9/131学习目的与要求（1）知识目标： （2）能力目标：（3）情感目标：情境3 药品抗生素-链霉素发酵合成2021/9/132接受工作任务工作任务分析制定工作计划工作任务实施工作任务检查 工作任务评价知识拓展链 霉 素 发 酵生 产 技 术2021/9/133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1）中的主要成员，链霉素又称链霉素A，其化学名为N-甲基-L-葡萄糖胺-(12)-L-链霉糖-(14)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性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的有机物。 1.接受工作任务2021/

2、9/1342021/9/135复制翻译转录2021/9/136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。2021/9/137生产菌种 2工作任务分析2021/9/138培养基种子培养基 高氏1号培养基 2021/9/139设备机械搅拌通风式发酵罐 2021/9/1310 Agar diffusion assayagar plate琼脂培养基lawn of test bacteria测 试 菌 苔filter papers soakedwith test compounds含 药 物 滤 纸zones of

3、inhibition(no growth)抑菌圈2021/9/1311分 析 仪 器Analytical instruments现代分析仪器：核磁共振毛细管电泳气相色谱高效液相色谱质谱Modern analytical instruments:Nuclear magnetic resonance (NMR)Capillary electrophoresis(CE)Gas chromatography (GC)High performance liquid chromatography (HPLC)Mass spectroscopy (MS) AutomationSensitivityAccur

4、acy自动灵敏准确2021/9/1312 3. 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。2021/9/13132021/9/1314Strain Improvement Scale-upStrain出发菌株Agar plate平板技术Primaryshake flaskEvaluation摇瓶培养Secondary shake flask evaluationdifferent media二级摇瓶培养各种培养基Lab fermentor eval

5、uationProductionCondition小型发酵罐模拟生产条件Mastercell bankWorkingcell bankInoculumDevelopment菌种扩大培养Pilot plantEvaluation中试生产ProductionEvaluation生产60003003031Possiblerecycle2021/9/13152021/9/1316摇瓶发酵 Shake-flask fermentation10-50 ml in 125-500 ml flaskBatch onlyLimited control: temperatureSlow metabolizing

6、carbohydrateAmbient pressureBuffers needed to 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2021/9/1

7、317搅 拌 罐 发 酵 Stirred tank fermentation10-100,000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-pro

8、cess sampling easyVolume increase by sugar feedVery uniform growthAntifoam often requiredWide variety of impellers and bafflesDissolved oxygen controlled by aeration, pressure2021/9/1318摇 瓶 发 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

9、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,加压搅 拌 罐 发 酵 Stirred tank 2021/9/1319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2021/9/1320A scheme of the material flow in an antibiotic producti

10、on 2021/9/1321A scheme of the material flow in an antibiotic production 连消发酵罐缓冲罐种子罐2021/9/1322发酵生产原料 Materials for Fermentation碳源:葡萄糖、果糖、麦芽糖、乳糖淀粉2021/9/1323氮源:有机氮源无机氮源 有机氮源包括： 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。 发酵生产原料2021/9/1324 培 养 基Media for Cell Growth & Final productionComponents Range

11、% 组 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 Components Range % 组 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2021/9/13252021/9/13265. 发 酵 控 制Fermentation Control Sample AnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProduct

12、sPrecursorsContaminationPressure probeLevel probepH probeTemp. probeDO probeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed2021/9/1327ScaleWeight SignalPump SpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer Flow Rate Control 流量控制2021/9/13282021/9/1329菌种 (strain)：灰色链霉菌(S.griseus) 无菌情况有保证；代谢速度45小时为准耗糖1.0+0.2耗氧30+5mg/100ml；效价8000u/ml；粘度8-12秒；菌丝阶段3-4；在大罐发酵中有一定水平 链霉素 发 酵2021/9/1330链霉素发酵温度以28.5左右为宜。链霉菌菌丝生长的pH约为6.57.0，而链霉素合成的pH约为6.87.3 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 低于1%。2021/9/1331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。离子交换法提取过程一般包括