抗生素发酵生产技术课件

抗生素发酵生产技术2022/12/18抗生素发酵生产技术抗生素发酵生产技术2022/12/13抗生素发酵生产技术1概述生产前期研究生产菌改良生产工艺过程发酵条件的控制提取和精制IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation&purification抗生素发酵生产技术AntibioticsFermentationProduction抗生素发酵生产技术2概述Introduction抗生素发酵生产技抗生素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。

Antibiotics

Anyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthe

growthofothermicroorganismsorofdestroyingthem.1.概述Introduction抗生素发酵生产技术3抗生素Antibiotics1.概述Introd历史1929年，英国弗莱明发现青霉素二战期间，大规模发酵生产世界上最早用于临床的抗菌素History

PenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929.WorldWarII,fermentedinlarge-scale

Thefirstmajorantibiotictobecommercialized1.概述Introduction抗生素发酵生产技术4历史History1.概述Introducti根据抗生素的作用机制分类(ModesofActionofAntibiotics)

抑制细胞壁合成(CellWallSynthesis)

：青霉素抑制细胞膜功能(CellMembraneDamage)

：多烯类抗生素抑制蛋白质合成(ProteinSynthesis)

：四环素抑制核酸合成(NucleicAcidSynthesis)

：丝裂霉素

分类Classification1.概述Introduction抗生素发酵生产技术5根据抗生素的作用机制分类(ModesofAction复制翻译转录抗生素发酵生产技术6复制翻译转录抗生素发酵生产技术6根据抗生素的化学结构分类β-内酰胺类(β-lactam)：青霉素类(penicillins)

头孢菌素类(cephalosporins)氨基糖苷类(aminoglycosides)：链霉素、庆大霉素大环内酯类(macrolides)：红霉素、麦迪加霉素四环类(tetracyclines)：四环素、土霉素多肽类(polymyxin)：多粘菌素

分类Classification1.概述Introduction抗生素发酵生产技术7根据抗生素的化学结构分类分类Classific

HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamringβ-内酰胺环RnaturalpenicillinR=CH2-CO-抗生素发酵生产技术8HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamrinβ-内酰胺环抗生素发酵生产技术9β-内酰胺环抗生素发酵生产技术9两性霉素Antibioticsare

socomplextheycanonlybesynthesized

inalivingsystem抗生素发酵生产技术10两性霉素Antibioticsaresocomplex产生菌的筛选抗菌性试验提取、精制、鉴定毒性试验药理和临床试验ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation,purificationandidentificationToxicologicaltrial

Medicinal&clinicaltrial

2．生产前期研究ResearchinLab抗生素发酵生产技术11产生菌的筛选Screeningofastrain2．

Agardiffusionassayagarplate琼脂培养基lawnoftestbacteria测试菌苔filterpaperssoakedwithtestcompounds含药物滤纸zonesofinhibition(nogrowth)抑菌圈抗生素发酵生产技术12Agardiffusionassayagarplat分析仪器Analyticalinstruments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Modernanalyticalinstruments:Nuclearmagneticresonance(NMR)Capillaryelectrophoresis(CE)Gaschromatography(GC)Highperformanceliquidchromatography(HPLC)Massspectroscopy(MS)

AutomationSensitivityAccuracy

自动灵敏准确抗生素发酵生产技术13分析仪器现代分析仪器：Modernanalytica人工诱变法：紫外线、X-线、r-线照射亚硝基胍、亚硝酸、秋水仙素、氮芥等诱变剂处理ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg.UltravioletRadiationChemicalmutageneg.Nitrosoguanidine(NTG)Improvedstraincanbeselectedempirically3.抗生素生产菌改良StrainImprovement抗生素发酵生产技术14人工诱变法：Conventionalstrainsele基因工程GeneticEngineering

3.抗生素生产菌改良StrainImprovementRecombinantDNATechnology（DNA重组技术）克隆抗生素发酵生产技术15基因工程3.抗生素生产菌改良RecombinanStrainImprovementScale-upStrain出发菌株Agarplate平板技术PrimaryshakeflaskEvaluation摇瓶培养Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二级摇瓶培养各种培养基

LabfermentorevaluationProductionCondition小型发酵罐模拟生产条件MastercellbankWorkingcellbankInoculumDevelopment菌种扩大培养PilotplantEvaluation中试生产ProductionEvaluation生产60003003031Possiblerecycle抗生素发酵生产技术16StrainImprovementScale-upStr抗生素发酵生产技术17抗生素发酵生产技术17Scale-up（比拟放大）modelsELGaddenJr<10dm3GoodproductGoodproductivity>200m3Sameproductivity?Limitations?模拟抗生素发酵生产技术18Scale-up（比拟放大）modelsELGadden摇瓶发酵Shake-flaskfermentation10-50mlin125-500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol:temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn-processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited:shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen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抗生素发酵生产技术19摇瓶发酵10-50mlin125-500m搅拌罐发酵Stirredtankfermentation10-100,000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10-100,000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol:pH,temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn-processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration,pressure抗生素发酵生产技术20搅拌罐发酵10-100,000升容量10-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Stirredtank抗生素发酵生产技术21摇瓶发酵装液量：10%(~250ml)10-10菌种

→种子制备

→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装Strain

→Preparationofseed

→Fermentation→Treatmentofbroth→Isolation&purification→Packageofproduct4.抗生素生产工艺过程AntibioticsProductionProcessing抗生素发酵生产技术22菌种→种子制备Strain→PreparatAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction抗生素发酵生产技术23AschemeofthematerialflowAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction连消发酵罐缓冲罐种子罐抗生素发酵生产技术24Aschemeofthematerialflow发酵生产原料

MaterialsforFermentationCarbonsource:Beet&canemolassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanolGlycerolMaltosesyrup,cornsyrupCottonseedoil,peanutoil,soyoilLardoilMethyloleateTallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麦芽糖浆，玉米糖浆绵籽油，花生油，豆油猪油油酸甲酯油脂抗生素发酵生产技术25发酵生产原料MaterialsforF氮源:绵籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清鱼粉酵母酵母膏肉粉和骨粉

Nitrogensource:CottonseedmealCornmeal&steepliquorSoybeanmeal&flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood,CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat&bonemeal

发酵生产原料MaterialsforFermentation抗生素发酵生产技术26氮源:Nitrogensource:发酵生产原料

培养基MediaforCellGrowth&FinalproductionComponentsRange%组成Glucose/sucrose3.0-5.0葡萄糖/蔗糖Starch淀粉3.0-5.0Cornsteepliquor3.0-5.0Calciumcarbonate0.5-1.0碳酸钙Phosphate磷酸盐0.1-0.5Ammoniumsulphate0.1-1.0硫酸胺Urea尿素0.1-0.5Oil油0.1-0.5Fermentation发酵培养基

ComponentsRange%组成Glucose0.5-1.0Starch

0.5-5.0Cornsteepliquor5.0-8.0玉米浸提液Soyflour1.0-5.0Phosphate0.1-1.0Ammoniumsulphate0.5-1.0andfedperiodicallyOil1.0andfedcontinuouslyCornsyrupfedcontinuously玉米糖浆连续加料Tankseed种子培养基抗生素发酵生产技术27培养基MediaforCellGrowthStirredtankFermentation搅拌发酵抗生素发酵生产技术28StirredtankFermentation5.发酵控制FermentationControl

SampleAnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContaminationPressureprobeLevelprobepHprobeTbeDOprobeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed抗生素发酵生产技术295.发酵控制FermentationControScaleWeightSignalPumpSpeedAmplifierControllerSupervisoryComputer

FlowRateControl流量控制抗生素发酵生产技术30ScaleWeightSignalPumpSpeedAm发酵控制Fermentationcontrol抗生素发酵生产技术31发酵控制Fermentationcontrol菌种(strain)：产黄青霉菌(Penicilliumchrysogenum)孢子培养(sporecultivation)：25ºC,6-7d种子培养(seedcultivation)：25ºC，2-3d发酵培养(fermentation)：22-26ºC,6-7d加糖控制(sugarfeeding)：残糖降至0.6％青霉素发酵(1)PenicillinFermentation抗生素发酵生产技术32菌种(strain)：产黄青霉菌(Penicillium补氮(nitrogenfeeding)：氨控制在0.01-0.05％前体(precursor)：残余苯乙酰胺0.05-0.08％温度控制(temperature)：前期25-26ºC后期23ºC通气与搅拌(aeration&stir)：1:0.8VVM泡沫(foam)：天然油脂,如豆油青霉素发酵(2)PenicillinFermentation抗生素发酵生产技术33补氮(nitrogenfeeding)：氨控制在0.0演讲完毕，谢谢听讲!再见，seeyouagain3rew2022/12/18抗生素发酵生产技术演讲完毕，谢谢听讲!再见，seeyouagain3rew34抗生素发酵生产技术2022/12/18抗生素发酵生产技术抗生素发酵生产技术2022/12/13抗生素发酵生产技术35概述生产前期研究生产菌改良生产工艺过程发酵条件的控制提取和精制IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation&purification抗生素发酵生产技术AntibioticsFermentationProduction抗生素发酵生产技术36概述Introduction抗生素发酵生产技抗生素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。

Antibiotics

Anyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthe

growthofothermicroorganismsorofdestroyingthem.1.概述Introduction抗生素发酵生产技术37抗生素Antibiotics1.概述Introd历史1929年，英国弗莱明发现青霉素二战期间，大规模发酵生产世界上最早用于临床的抗菌素History

PenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929.WorldWarII,fermentedinlarge-scale

Thefirstmajorantibiotictobecommercialized1.概述Introduction抗生素发酵生产技术38历史History1.概述Introducti根据抗生素的作用机制分类(ModesofActionofAntibiotics)

抑制细胞壁合成(CellWallSynthesis)

：青霉素抑制细胞膜功能(CellMembraneDamage)

：多烯类抗生素抑制蛋白质合成(ProteinSynthesis)

：四环素抑制核酸合成(NucleicAcidSynthesis)

：丝裂霉素

分类Classification1.概述Introduction抗生素发酵生产技术39根据抗生素的作用机制分类(ModesofAction复制翻译转录抗生素发酵生产技术40复制翻译转录抗生素发酵生产技术6根据抗生素的化学结构分类β-内酰胺类(β-lactam)：青霉素类(penicillins)

头孢菌素类(cephalosporins)氨基糖苷类(aminoglycosides)：链霉素、庆大霉素大环内酯类(macrolides)：红霉素、麦迪加霉素四环类(tetracyclines)：四环素、土霉素多肽类(polymyxin)：多粘菌素

分类Classification1.概述Introduction抗生素发酵生产技术41根据抗生素的化学结构分类分类Classific

HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamringβ-内酰胺环RnaturalpenicillinR=CH2-CO-抗生素发酵生产技术42HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamrinβ-内酰胺环抗生素发酵生产技术43β-内酰胺环抗生素发酵生产技术9两性霉素Antibioticsare

socomplextheycanonlybesynthesized

inalivingsystem抗生素发酵生产技术44两性霉素Antibioticsaresocomplex产生菌的筛选抗菌性试验提取、精制、鉴定毒性试验药理和临床试验ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation,purificationandidentificationToxicologicaltrial

Medicinal&clinicaltrial

2．生产前期研究ResearchinLab抗生素发酵生产技术45产生菌的筛选Screeningofastrain2．

Agardiffusionassayagarplate琼脂培养基lawnoftestbacteria测试菌苔filterpaperssoakedwithtestcompounds含药物滤纸zonesofinhibition(nogrowth)抑菌圈抗生素发酵生产技术46Agardiffusionassayagarplat分析仪器Analyticalinstruments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Modernanalyticalinstruments:Nuclearmagneticresonance(NMR)Capillaryelectrophoresis(CE)Gaschromatography(GC)Highperformanceliquidchromatography(HPLC)Massspectroscopy(MS)

AutomationSensitivityAccuracy

自动灵敏准确抗生素发酵生产技术47分析仪器现代分析仪器：Modernanalytica人工诱变法：紫外线、X-线、r-线照射亚硝基胍、亚硝酸、秋水仙素、氮芥等诱变剂处理ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg.UltravioletRadiationChemicalmutageneg.Nitrosoguanidine(NTG)Improvedstraincanbeselectedempirically3.抗生素生产菌改良StrainImprovement抗生素发酵生产技术48人工诱变法：Conventionalstrainsele基因工程GeneticEngineering

3.抗生素生产菌改良StrainImprovementRecombinantDNATechnology（DNA重组技术）克隆抗生素发酵生产技术49基因工程3.抗生素生产菌改良RecombinanStrainImprovementScale-upStrain出发菌株Agarplate平板技术PrimaryshakeflaskEvaluation摇瓶培养Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二级摇瓶培养各种培养基

LabfermentorevaluationProductionCondition小型发酵罐模拟生产条件MastercellbankWorkingcellbankInoculumDevelopment菌种扩大培养PilotplantEvaluation中试生产ProductionEvaluation生产60003003031Possiblerecycle抗生素发酵生产技术50StrainImprovementScale-upStr抗生素发酵生产技术51抗生素发酵生产技术17Scale-up（比拟放大）modelsELGaddenJr<10dm3GoodproductGoodproductivity>200m3Sameproductivity?Limitations?模拟抗生素发酵生产技术52Scale-up（比拟放大）modelsELGadden摇瓶发酵Shake-flaskfermentation10-50mlin125-500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol:temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn-processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited:shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen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抗生素发酵生产技术53摇瓶发酵10-50mlin125-500m搅拌罐发酵Stirredtankfermentation10-100,000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10-100,000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol:pH,temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn-processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration,pressure抗生素发酵生产技术54搅拌罐发酵10-100,000升容量10-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Stirredtank抗生素发酵生产技术55摇瓶发酵装液量：10%(~250ml)10-10菌种

→种子制备

→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装Strain

→Preparationofseed

→Fermentation→Treatmentofbroth→Isolation&purification→Packageofproduct4.抗生素生产工艺过程AntibioticsProductionProcessing抗生素发酵生产技术56菌种→种子制备Strain→PreparatAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction抗生素发酵生产技术57AschemeofthematerialflowAschemeofthematerialflowinanantibioticproduction连消发酵罐缓冲罐种子罐抗生素发酵生产技术58Aschemeofthematerialflow发酵生产原料

MaterialsforFermentationCarbonsource:Beet&canemolassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanolGlycerolMaltosesyrup,cornsyrupCottonseedoil,peanutoil,soyoilLardoilMethyloleateTallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麦芽糖浆，玉米糖浆绵籽油，花生油，豆油猪油油酸甲酯油脂抗生素发酵生产技术59发酵生产原料MaterialsforF氮源:绵籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清鱼粉酵母酵母膏肉粉和骨粉

Nitrogensource:CottonseedmealCornmeal&steepliquorSoybeanmeal&flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood,CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat&bonemeal

发酵生产原料MaterialsforFermentation抗生素发酵生产技术60氮源:Nitrogensource:发酵生产原料

培养基MediaforCellGrowth&FinalproductionComponentsRange%组成Glucose/sucrose3.0-5.0葡萄糖/蔗糖Starch淀粉3.0-5.0Cornsteepliquor3.0-5.0Calciumcarbonate0.5-1.0碳酸钙Phosphate磷酸盐0.1-0.5Ammoniumsulphate0.1-1.0硫酸胺Urea尿素0.1-0.5Oil油0.1-0.5Fermentation发酵培养基

ComponentsRange%组成Glucose0.5