抗生素应用专题知识讲座

抗生素应用专题知识讲座抗生素应用专题知识讲座第1页2一、剂量表示法1、单位（效价单位）⑴指定单位：人为指定(U)⑵活性质量：1mg硫酸阿米卡星活性质量阿米卡星585.6×1000硫酸阿米卡星781.75⑶多组分抗生素：749ug抗生素应用专题知识讲座第2页3二、抗生素应用1、医疗：感染、肿瘤、降血脂2、农业：植物保护、除草、生长素3、畜牧业：感染、饲料添加剂4、食品保藏：保鲜、防腐5、工业：防霉、提升产量6、科研：标识、动物模型、抑菌抗生素应用专题知识讲座第3页4(一)抗生素在医疗上应用1控制细菌感染性疾病：疾病得到控制死亡率下降，人寿命延长。2抑制肿瘤生长：多柔比星，博来霉素，丝裂霉素3调整人体生理功效：洛伐他丁可降血脂。4器官移植：免疫抑制剂环孢素。5控制病毒型感染：核苷类，醌类及大环内脂类。抗生素应用专题知识讲座第4页5(二)在农业上应用1用于植物保护：链霉素防治柑橘溃疡病。2促进或抑制植物生长：赤霉素可做植物生长激素，选择性除草作用有茴香霉素，东洋卡霉素。抗生素应用专题知识讲座第5页6(三)在畜牧业上应用1用于禽畜感染性疾病控制：青霉素，链霉素，金霉素，土霉素，四环素，卡波霉素，多粘菌素等2用作饲料添加剂：可刺激禽畜生长如四环素与大环内脂类等抗生素。为预防人畜交叉感染和耐药性及残留药过高。禽用抗生素结构与人用不一样，作用机理相同。体内不吸收，蛋，肉，奶内无残留。抗生素应用专题知识讲座第6页7(四)在食品保藏中应用用于肉，鱼，蔬菜，水果等食品保鲜。用作保鲜剂与防腐剂条件为：

（1）非医用抗生素

（2）易溶于水，对人体无毒

（3）不损害食品外观与质量。抗生素应用专题知识讲座第7页8(五)在工业上应用

1工业制品防霉：预防纺织品，塑料，精密仪器，化装品，图书，艺术品等发霉变质。

2提升特定发酵产品产量：向谷氨酸发酵液中，加入适量青霉素，可提升细菌细胞膜渗透性，有利于细胞内谷氨酸渗出，提升谷氨酸发酵产酸水平。抗生素应用专题知识讲座第8页9(六)在科学研究中应用1用作生物化学与分子生物学研究主要工具：切断RNA，DNA在特定阶段合成。抑制特定酶系反应等。2用于建立药品筛选与评价模型：利用链佐星（链脲菌素）建立糖尿病动物试验模型。3其它试验应用：预防细胞，组织培养污染，用于动物精液，组织液等保留。抗生素应用专题知识讲座第9页10第四节抗生素工业生产工艺一、抗生素工业性质：

1、理论产量难计算

2、生物学变量:菌种、条件

3、提取精制困难抗生素应用专题知识讲座第10页11一抗生素工业生产及工艺1抗生素生产方法

2生物合成法生产抗生素工艺过程

3抗生素发酵生产特点抗生素应用专题知识讲座第11页121抗生素生产方法（1）生物合成法（即微生物发酵法）（2）全化学合成法（即化学合成法）（3）半化学合成法（即半合成法）抗生素应用专题知识讲座第12页13（1）生物合成法/微生物发酵法

利用抗生素产生菌，在一定条件（培养基、温度、pH、通气、搅拌等）下使之生长繁殖，并在代谢过程中产生抗生素。然后将抗生素从发酵液中提取、精制、最终取得抗生素成品。抗生素应用专题知识讲座第13页14

当前大多数抗生素品种，如青霉素、链霉素、卡那霉素等都采取生物合成法。其特点是成本较低、周期长、波动性较大等。

抗生素应用专题知识讲座第14页15（2）全化学合成法/化学合成法

一些抗生素化学结构已经明确且结构简单时，可采取全化学方法进行合成制取抗生素。如氯霉素在1947年被发觉后，现已全化学合成取得成功。又如磷霉素，当前采取全化学合成法进行生产等。抗生素应用专题知识讲座第15页16（3）半化学合成法（即半合成法）

半合成法是利用化学方法改造生物合成抗生素，而取得性能良好新抗生素一个方法。抗生素应用专题知识讲座第16页17

普通分为两个阶段进行，第一阶段是经过生物合成法制取某种抗生素；第二阶段经过化学等方法改造原来化学结构，从而取得一系列新抗生素，以到达扩充抗菌谱、提升疗效、降低毒性副作用或填补其它缺点之目标。抗生素应用专题知识讲座第17页18半化学合成法-----举例

比如生物合成法制得青霉素G钾盐，进行裂解反应得到6－氨基青霉烷酸（6-APA），再用化学方法在母核6-APA6位碳原子位置上接上不一样侧链，即可得到一系列新型抗生素（即半合成青霉素）。抗生素应用专题知识讲座第18页19又如先制得头孢菌素C，裂解反应得7－氨基头孢烯酸（7-ACA），再用化学方法在母核7-ACA第7位接上不一样侧链，即得一系列新型头孢菌素（即半合成头孢菌素）。

抗生素应用专题知识讲座第19页202生物合成法生产抗生素工艺过程当代抗生素工业生产多采取生物合成法进行，其工艺过程大致相同，主要经过以下过程来完成：生产菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理及过滤→提取及精制→成品检验→成品包装→出厂检验。抗生素应用专题知识讲座第20页21生产菌种用微生物发酵方法生产抗生素，首先要有一个性能良好菌种，从自然界分离到野生菌种因为生产能力低，往往不能满足工业上需求。抗生素应用专题知识讲座第21页22因为在正常生理条件下微生物代谢调整系统，趋向于快速生长和繁殖，不过生产菌种却需要能够大量积累所需代谢产物，为此常需采取各种办法来打破微生物正常代谢，人为控制微生物代谢，从而大量积累所需代谢产物。所以工业上常见菌种都是经过人工选育，具备工业生产要求。抗生素应用专题知识讲座第22页23性能优良生产菌种应具备条件生长繁殖快，发酵单位高；遗传性能稳定，在一定条件下保持持久、高产量抗生素生产能力；培养条件粗放，发酵过程易于控制；合成代谢副产物少，生产抗生素质量好。抗生素应用专题知识讲座第23页24

孢子制备

生产用菌株须经纯化和生产能力检验，若符合要求，才能用来制备种子。制备孢子时，将保藏处于休眠状态孢子，经过严格无菌手续，将其接种到经灭菌过固体斜面培养基上，在一定温度下培养5-7日或7日以上，这么培养出来孢子数量还是有限。抗生素应用专题知识讲座第24页25为取得更多数量孢子供生产需要，必要时可深入用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩充培养。常采取较大表面积固体培养基进行扩充培养。培养时，需控制适宜湿度、温度及通风量等条件。抗生素应用专题知识讲座第25页26种子制备

其种子培养目标是使孢子发芽、繁殖以取得足够数量菌丝，方便接种到发酵罐中。种子制备有是从摇瓶培养开始，再接入到种子罐进行逐层扩充培养；有直接将孢子接入种子罐后逐层放大培养。抗生素应用专题知识讲座第26页27摇瓶培养过程是否需要和种子扩充培养级数多少，决定于菌种性质、生产规模大小和生产工艺特点。

普通情况下，种子制备是在种子罐中进行，扩充培养级数通常为二级。抗生素应用专题知识讲座第27页28先制备孢子悬浮液，经过微孔差压法或打开接种口在火焰保护下接种，将孢子悬浮液接入一级种子罐，也可采取菌丝接种，接种量普通相当于0.1%~2%（接种量％，系指种子罐内培养基量而言）；从一级种子罐接入二级种子罐接种量普通为5%~20%。在培养过程中对菌丝形态和生化指标进行分析，确保种子质量之后方可移种。抗生素应用专题知识讲座第28页29

发酵发酵过程目标是使微生物大量分泌抗生素。在发酵开始前，相关设备和培养基也必须先经过灭菌后再接入种子。接种量普通为10%或10%以上，发酵期视抗生素品种和发酵工艺而定，在整个发酵过程中，需不停通无菌空气和搅拌，以维持一定罐压或溶氧。抗生素应用专题知识讲座第29页30在罐夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定罐温。另外，还要加入消沫剂以控制泡沫，必要时还加入酸、碱以调整发酵液pH。对有品种在发酵过程中还需加入葡萄糖、铵盐或前体，以促进抗生素产生。抗生素应用专题知识讲座第30页31对其中一些主要发酵参数能够用电子计算机进行反馈控制。在发酵期间每隔一定时间应取样进行生化分析、镜检和无菌试验。分析或控制参数有菌丝形态和浓度、残糖量、氨基氮、抗生素含量、溶解氧、pH、通气量、搅拌转速和液面控制等。其中有些项目能够经过在线控制。抗生素应用专题知识讲座第31页32发酵过程中主要控制罐温、通气量及搅拌转速、补料、加酸碱、消泡剂、一些专用前体、促进剂或抑制剂用量。抗生素应用专题知识讲座第32页33抗生素应用专题知识讲座第33页34发酵液预处理及过滤发酵液过滤和预处理其目标不但在于分离菌丝，还需将一些杂质除去。尽管对多数抗生素品种在生产过程中，当发酵结束时，抗生素存在于发酵液中，但也有个别品种当发酵结束时抗生素大量残余在菌丝之中，在此情况下，发酵液预处理应该包含使抗生素从菌丝中析出，使其转入发酵液。抗生素应用专题知识讲座第34页35（1）发酵液预处理发酵液中杂质如高价无机离子(Ca+2、Mg+2、Fe+3)和蛋白质在离子交换过程中对提炼影响甚大，不利于树脂反抗生素吸附。如用溶媒萃取法提炼时，蛋白质存在会产出乳化，使溶媒和水相分层困难。对高价离子去除，可采取草酸或磷酸。如加草酸则它与钙离子生成草酸钙，还能促使蛋白质凝固以提升发酵滤液质量。

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如加磷酸(或磷酸盐)，则既能降低钙离子浓度，也易于去除镁离子。如加黄血盐及硫酸锌，则前者有利于去除铁离子，后者有利于凝固蛋白质。另外，这二者还有协同作用。它们所产生复盐对蛋白质有吸附作用。2K4Fe(CN)6+3ZnSO4→K2Zn3[Fe(CN)6]2↓+3K2SO4

抗生素应用专题知识讲座第36页37对于蛋白质，还可利用其在等电点时凝聚特点而将其去除（法1）。蛋白质普通以胶体状态存在于发酵液中，胶体粒子稳定性和其所带电荷相关。它属于两性物质，在酸性溶液中带正电电荷，在碱性溶液中带负电荷，而在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，称为等电点；因其羧基电离度比氨基大，故很多蛋白质等电点在酸性(pH4.0~5.5)范围内。抗生素应用专题知识讲座第37页38一些对热稳定抗生素发酵液还可用加热法（法2）。使蛋白质变性而降低其溶解度。蛋白质从有规律排列变成不规则结构过程称为变性。加热还能使发酵液粘度降低、加紧滤速。比如在链霉素生产中就可用加入草酸或磷酸将发酵液调至pH3.0左右，加热至70℃，维持约半小时，用此方法来去除蛋白质，这么滤速可增大10~100倍。滤液粘度可降低至1/6。如抗生素对热不稳定，则不应采取此法。抗生素应用专题知识讲座第38页39为了更有效地去除发酵液中蛋白质，还能够加入絮凝剂（法3）。它是一个能溶于水高分子化合物。含有很多离子化基团，如－NH2—COOH，—OH等。如上所述，胶体粒子稳定性和它所带电荷相关。因为同性电荷间静电斥力而使胶体粒子不发生凝聚。絮凝剂分子中电荷密度很高，它加入使胶体溶液电荷性质改变从而使溶液中蛋白质絮凝。抗生素应用专题知识讲座第39页40对絮凝剂化学结构普通有以下几个要求：1)其分子中必须有相当多活性基团，能和悬浮颗粒表面相结合。2)必须含有长链线性结构，但其相对分子质量(分子量)不能超出一定程度，以使其有很好溶解度。在发酵滤液中多数胶体粒子带负电荷，因而用阳离子絮凝剂功效较高。比如可用含有季胺基团聚苯乙烯衍生物，分子量在26000~55000范围内。加入絮凝剂后析出杂质再经过滤除去，以利于以后提取。抗生素应用专题知识讲座第40页41（2）发酵液过滤发酵液为非牛顿型液体、极难过滤。过滤难易与发酵培养基和工艺条件，以及是否染菌等原因相关。过滤如用板框压滤则劳动强度大，影响卫生，菌丝流入下水道时还影响污水处理。故以选取鼓式真空过滤机为宜，并在必要时在转鼓表层涂以助滤剂硅藻土。当转鼓旋转时，以刮刀将助滤剂连同菌体薄薄刮去一层，以使过滤面不停更新。

抗生素应用专题知识讲座第41页42另一个设备是自动出渣离心机，但所排出菌丝滤渣中尚含有较大量发酵液，所以如要提升过滤收率，可将此滤渣以水洗后再次用一样型号离心机分离。第一次和第二次离心分离液体合并后进入下一工序。抗生素应用专题知识讲座第42页43

再一个设备称倾析器(Decanter)。它既可用于固、液相分离，也可用于固相、有机溶媒相和水相三者混合和分离，从而将过滤菌丝和溶媒萃取这两步合并在这一设备中完成。这就简化了发酵液后处理工艺，提升了收率，并缩短了生产周期，也节约了劳动力、厂房和成本。抗生素应用专题知识讲座第43页44

抗生素提取提取目标是在于从发酵液中制取高纯度符合药典要求抗生素成品。在发酵滤液中抗生素浓度很低，而杂质浓度相对地较高。杂质中有没有机盐、残糖、脂肪、各种蛋白质及其降解物、色素、热原质、或有毒性物质等。另外，还可能有一些杂质其性质和抗生素很相同，这就增加了提取和精制困难。抗生素应用专题知识讲座第44页45因为多数抗生素不很稳定，且发酵液易被污染，故整个提取过程要求：1)时间短；2)温度低；3)pH宜选择反抗生素较稳定范围；4)勤清洗消毒(包含厂房、设备、管路并注意毁灭死角)。常见抗生素提取方法包含有溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法等。抗生素应用专题知识讲座第45页46

(1)溶媒萃取法这是利用抗生素在不一样pH条件下以不一样化学状态(游离酸、碱或成盐)存在时，在水及与水互不相溶溶媒中其溶解度不一样特征，使抗生素从一个液相(如发酵滤液)转移到另一个液相(如有机溶媒)中去，以到达浓缩和提纯目标。利用此原理就可借助于调整pH方法使抗生素从一个液相中被提取到另一液相中去。抗生素应用专题知识讲座第46页47所选取溶媒与水应是互不相溶或仅很小个别互溶，同时所选溶媒在一定pH下对于抗生素应有较大溶解度和选择性，方能用较少许溶媒使提取完全，并在一定程度上分离掉杂质。当前一些主要抗生素，如青霉素、红霉素和林可霉素等均采取此法进行提取。抗生素应用专题知识讲座第47页48(2)离子交换法这是利用一些抗生素能解离为阳离子或阴离子特征，使其与离子交换树脂进行交换，将抗生素吸附在树脂上，然后再以适当条件将抗生素从树脂上洗脱下来，以到达浓缩和提纯目标。应选取反抗生素有特殊选择性树脂，使抗生素纯度经过离子交换有较大提升。因为此法含有成本低、设备简单、操作方便，已成为提取抗生素主要方法之一。抗生素应用专题知识讲座第48页49如链霉素、庆大霉素、卡那霉素、多粘菌素等均可采取离子交换法。此法也有其缺点，如生产周期长，对一些产品质量不够理想。另外，在生产过程中pH改变较大，故不适合用于在pH大幅度改变时稳定性较差抗生素等。抗生素应用专题知识讲座第49页50(3)其它提取方法如直接沉淀法就是提取抗生素方法中最简单一个。比如四环类抗生素提取即可用此法。发酵液在用草酸酸化后，加黄血盐、硫酸锌，过滤后得滤液，然后以脱色树脂脱色后，直接将其pH调至等电点后使其游离碱折出。必要时将此碱转化成盐酸盐。抗生素应用专题知识讲座第50页51

抗生素精制

产品精制、烘干和包装阶段要符合“药品生产管理规范”(GMP)要求。比如其中要求产品质量检验应合格、技术文件应齐全、生产和检验人员应含有一定素质；设备材质不应能与药品起反应、并易清洗，空调应按要求等级要求，各项原始统计、批报和留样应妥为保留，对注射品应严格按无菌操作要求等。抗生素应用专题知识讲座第51页52A脱色和去热原质脱色和去热原质是精制注射用抗生素中不可缺乏一步。它关系到成品色级及热原试验等质量指标。色素往往是在发酵过程中所产生代谢产物，它与菌种和发酵条件相关。热原质是在生产过程中因为被污染后由杂菌所产生一个内毒素。各种杂菌所产生热原反应有所不一样。革兰氏阴性菌产生热原反应普通比革兰氏阳性菌为强。抗生素应用专题知识讲座第52页53热原注入体内引发恶寒高热，严重引发休克。它是多糖磷类脂质和蛋白质结合体，为大分子有机物质，能溶于水。在280℃加热4h它能被破坏90%；180~200℃加热半小时或150℃加热2h能被彻底破坏。它亦能被强酸、强碱、氧化剂(如高锰酸酸钾)等破坏。它能经过普通滤器，但能被活性炭、石棉滤材等所吸附。

抗生素应用专题知识讲座第53页54生产中常见活性炭脱色去除热原，但须注意脱色时pH，温度、炭用量及脱色时间等原因，还应考虑它反抗生素吸附问题，不然会影响抗生素产量；另外，也可用脱色树脂去除色素(如酚醛树脂，即122树脂)。对一些产品可用超微过滤方法去除热原，还应加强在生产过程中环境卫生以预防热原。抗生素应用专题知识讲座第54页55B结晶和重结晶常见几个结晶方法以下：

(1)改变温度结晶利用抗生素在溶剂中溶解度随温度改变而显著改变这一特征来进行结晶。比如制霉菌素浓缩液在5℃条件下保持4h~6h后即结晶完全。分离掉母液、洗涤、干燥、磨粉后即得到制霉菌素成品。抗生素应用专题知识讲座第55页56

(2)利用等电点结晶当将某一抗生素溶液pH调到等电点时,它在水溶液中溶解度最小，则沉淀析出。如6-氨基青霉烷酸(6-APA)水溶液当pH调至等电点(4.3)时，6-APA即从水溶液中沉淀析出。

(3)加成盐剂结晶在抗生素溶液中加成盐剂(酸、碱或盐类)使抗生素以盐形式从溶液中沉淀结晶。比如在青霉素G或头孢菌素C浓缩液中加入醋酸钾、即生成钾盐析出。

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(4)加入不一样溶剂结晶利用抗生素在不一样溶剂中溶解度大小不一样，在含抗生素某一溶剂中加入另一溶剂使抗生素析出。如巴龙霉素含有易溶于水而不溶于乙醇性质。在其浓缩液中加入10~12倍体积95%乙醇，并调pH至7.2~7.3使其结晶析出。重结晶是深入精制以获高纯度抗生素有效方法．

抗生素应用专题知识讲座第57页58C其它精制方法其它精制方法包含：

(1)共沸蒸馏法如青霉素可用丁醇或醋酸丁酯以共沸蒸

馏进行精制。

(2)柱层析法如丝裂霉素A、B、C三种组分能够经过氧

化铝层析来分离。

(3)盐析法如在头孢噻吩水溶液中加入氯化钠使其饱

和，其粗晶即被析出后深入精制。抗生素应用专题知识讲座第58页59

(4)中间盐转移法如四环素碱与尿素能形成复盐沉淀后再将其分解，使四环素碱析出。用此法以除去4-差向四环素等异物，以提升四环素质量和纯度，又如红霉素能与草酸或乳酸盐或复盐沉淀等。

(5)分子筛如青霉素粗品中常含聚合物等高分子杂质，可用葡聚糖凝胶G-25(粒度20~80μm）将杂质分离掉。此法仅用于小试验。抗生素应用专题知识讲座第59页60成品检验为了确保药品质量，用药安全，反抗生素各种成品都必须进行检验。常规检验包含性状及判别试验、安全试验、降压试验、热原试验、无菌试验、酸碱度测定、效价测定、水分测定、混浊度测定、色泽颗粒细度测定等等。抗生素应用专题知识讲座第60页61成品分包装抗生素原料药除进行成品大包装外，还须由制剂厂（或制剂车间）再进行分包装，假如是注射用抗生素，尚须在无菌条件下，进行小瓶分装以供临床应用。抗生素应用专题知识讲座第61页62

3抗生素发酵生产特征（1）抗生素发酵生产特点（2）抗生素发酵生产特殊问题抗生素应用专题知识讲座第62页63（1）抗生素发酵生产特点菌体生长与产物形成不平行性理论产量难以用物料平衡来计算稳定性差

抗生素应用专题知识讲座第63页64菌体生长与产物形成不平行性（1）抗生素是其生产菌次级代谢产物，而不是初级代谢产物，所以抗生素并不是在生产菌体生长繁殖时大量形成，而是在菌体生长繁殖至一定阶段后才大量合成。所以抗生素发酵步骤分为菌丝增加繁殖过程和抗生素分泌合成过程。抗生素应用专题知识讲座第64页65在发酵中，菌丝太少，当然抗生素产量低，不过菌丝生长繁殖太旺盛，菌体浓度过浓，抗生素产量并不是对应最高，即生长与产物形成不平行性。要提升抗生素产量，普通都是让菌体在发酵早期快速生长、繁殖，到达菌体浓度后，想尽方法延长第二阶段时间，即抗生素合成份泌阶段时间，合成份泌更多抗生素。抗生素应用专题知识讲座第65页66理论产量难以用物料平衡来计算（2）

普通工业发酵中，产物多为微生物利用碳源物质后代谢产物，其理论产量能够从物料平衡关系中计算出来。化学合成药品生产中，其理论产量更能够经过参加反应物浓度消耗与生成产物浓度增加平衡中计算。抗生素应用专题知识讲座第66页67不过抗生素是产生菌次级代谢产物。当前对微生物次级代谢过程和次级代谢改变了解不完全，故抗生素理论产量难以用物料平衡关系来计算。现在生产中发酵前反抗生素理论产量预测都是靠经验，依据以前生产情况作出来。抗生素应用专题知识讲座第67页68稳定性差（3）

因为生产菌种变异退化，发酵所用培养基成份以及原材料质量，中间代谢控制，