微生物制药内酰胺类抗生素

关于微生物制药内酰胺类抗生素第1页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第一节定义分子中含有ß-内酰胺环并具有抗菌作用的一类化学物质。ßα第2页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第二节分类和命名青霉烷(penams)

青霉烯(penems)

碳青霉烯(carbapenems)

头孢烯(cephems)

碳头孢烯(carbacephems)

氧头孢烯(oxocephems)一、b-内酰胺抗生素的分类第3页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三一、b-内酰胺抗生素的分类（续）单环-内酰胺(monobactams)青霉烷砜(penicillanicacid)

氧青霉烷(棒烷)

(oxopenams)第4页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三二、-内酰胺抗生素的命名青霉烷类（~cillin，~西林）头孢烯类（cef~，头孢~）青霉烯类（~penem，~配能） 氧头孢烯类（~oxef，~氧头孢）碳头孢烯类（~carbef，~碳头孢）单环内酰胺类（~onam，~喃）-内酰胺酶抑制剂类（-lactamaseinhibitors）复合-内酰胺抗生素（-内酰胺抗生素+-内酰胺酶抑制剂）第5页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三三、青霉素的分类类别抗菌谱举例天然青霉素不产生青霉素酶的G(+)细菌（包括除拟杆菌以外的厌氧菌）和螺旋菌青霉素G青霉素V氨基青霉素不产生-内酰胺酶的G(+)和G(-)细菌（包括除拟杆菌以外的厌氧菌）氨苄西林(Ampicillin)阿莫西林(Amoxicillin)耐青霉素酶青霉素用于上述青霉素耐药菌感染，但对MRSA无效甲氧西林(Methicillin)氯唑西林(Cloxacillin)扩大抗菌谱的青霉素（抗绿脓杆菌）对G(+)细菌的活性不如天然青霉素和氨基青霉素，故主要用于绿脓杆菌感染羧苄西林(Carbenicillin)替卡西林(Ticarcillin)脒基青霉素主要用于G(-)细菌引起的泌尿道感染脒基西林(amidinocillin)第6页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三生物合成的-内酰胺抗生素第7页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第三节生物合成与代谢调控青霉素与头孢菌素的生物合成途径生物合成中的调控反应第8页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素G苯乙酸（侧链）6-氨基青霉烷酸（6-APA)(母核)苯乙酸半胱氨酸缬氨酸第9页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素与头孢菌素的生物合成途径（一）L-α-氨基己二酸L-半胱氨酸L-缬氨酸ACV合成酶LLD-ACVIPN合成酶IPN异青霉素N第10页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素与头孢菌素的生物合成途径（二）IPN酰基转移酶IPN酰化酶青霉素G6-APA第11页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素与头孢菌素的生物合成途径（三）异构酶DOCPC羟化酶DOCPC合酶DCPC乙酰转移酶异青霉素N青霉素N脱乙酰氧头孢菌素C脱乙酰头孢菌素C头孢菌素C第12页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三碳源调控（葡萄糖效应）：速效碳源青霉素、头孢菌素、棒酸发酵NH4+调控：NH4+

青霉素、头孢菌素发酵氨基酸调控：赖氨酸青霉素、头孢菌素发酵，蛋氨酸头孢菌素发酵pH调控（影响通透酶）磷酸盐调控（一般与碳源调控相联系）

注：“”表示抑制或阻遏，“”表示促进或刺激。调控反应的控制：用流加方法控制效应物在发酵液中的残留浓度生物合成中的调控反应

第13页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第四节青霉素的工业生产工艺流程——发酵产黄青霉真空冷冻干燥或液氮保藏孢子斜面孢子琼脂培养基上25℃培养7~9天米孢子用斜面孢子悬浮液接种于大米或小米基质上25℃培养6~7天种子罐用孢子米粒或孢子悬液接种，26℃通气、搅拌培养60~68小时发酵罐用种子罐按10%~15%体积接种，在25℃及通气、搅拌下补料分批培养200~240小时发酵液冷却至5℃左右，絮凝、过滤发酵滤液补料：葡萄糖硫酸铵氨水苯乙酸或苯氧乙酸消沫剂第14页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第四节青霉素的工业生产工艺流程——提炼第15页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第四节青霉素的工业生产青霉素发酵的主要工艺控制点操作变量工艺控制点操作变量工艺控制点发酵罐容积150~200m3发酵温度~25℃装料率~80%发酵液pH~6.5搅拌输入功率3~4kW/m3初始菌体浓度1.5~1.8kg(干重)/m3通气率40~60Nm3/(m3·h)葡萄糖料液浓度~45kg/m3空气压力（表压）0.2MPa葡萄糖补加率1.0~2.5kg/(m3·h)发酵液上方压力（表压）0.03~0.06MPa发酵液中铵氮浓度0.25~0.34kg/m3液相氧体积传递系数(kLa)200h-1发酵液中苯乙酸浓度~0.1kg/m3发酵液中溶氧浓度>30%饱和度发酵时间180~240h第16页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素生产菌种——产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)的分生孢子第四节青霉素的工业生产第17页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第四节青霉素的工业生产青霉素发酵过程主要变量的典型变化曲线第18页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素生产工艺要点（一）生产菌种的长期保存要采用孢子悬浮液液氮低温（-196℃）存放或真空冷冻干燥管冷藏（4℃）的方法，而不采用传统的沙土管保藏方法，以便在较长时间（5~10年）内保持菌种的存活和生产能力稳定。琼脂斜面种子（孢子）密封后在4~15℃下可以短时间保存，但最好不要超过3个月。米孢子的基质可以是大米或小米，培养成熟后密封可以在4~15℃下保存不超过3个月；如果在密封前真空干燥，则可以保存不超过6个月。种子罐以达到对数生长的后期为培养成熟指标，不能随意延长或缩短培养时间；同时要考虑培养液的流动性，以不影响通过管道向发酵罐接种的速度为宜。第19页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素生产工艺要点（二）发酵罐的发酵条件要严格按工艺要求进行控制，特别是各项补料要适应工艺对溶氧、pH及维持量的要求，不能过量，也不能不足；为了减少过程空气湿度对发酵液体积的影响，在湿度偏高或偏低的季节，要适当提高或降低用于补料的糖液浓度。氨水既作为发酵的氮源，又用来调节发酵过程中的pH，它的补入要根据发酵液的pH和铵氮含量与补硫酸铵协调进行。发酵液过滤要尽量提高速度，缩短时间，为此一般需要在过滤前对发酵液进行絮凝处理，絮凝剂的加入量随絮凝剂种类不同而异，以达到最大絮凝效果而不过量为宜。除种子制备和发酵过程要严防杂菌侵入外，提取的各工序也应尽量保持无菌，因为污染细菌极有可能产生能破坏青霉素的青霉素酶；特别是过滤，由于操作时间长，料液营养丰富，容易滋生杂菌，故必须定期对设备和过滤介质进行清洗和灭菌，必要时可在过滤前加入4‰福尔马林防腐。第20页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三青霉素生产工艺要点（三）青霉素对热、酸、碱都不稳定，而萃取操作正好处于不稳定pH范围内，故萃取过程要尽量降低温度，缩短时间，以减少青霉素的降解；离心萃取速度快，青霉素在不稳定pH下维持时间短，是目前生产上普遍采用的方法。由于一次萃取对象的发酵滤液中含有不少可溶性蛋白质，容易在萃取界面形成乳化层，影响萃取和相分离，故应尽可能提高发酵液过滤质量，并在萃取过程中加入适量破乳剂。结晶操作要掌握好晶体形成的速度，以达到理想的晶形和晶粒大小；为此，必须控制结晶时的温度和结晶反应剂加入的速度，并保持适当转速的搅拌。提取过程中使用的过程水、溶媒及其它原辅料，都要有严格的质量要求，设备、周围环境和操作人员也要严格保持清洁，以避免带进杂质和杂菌，影响产品质量。第21页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第五节头孢菌素C的工业生产生产菌种：枝顶头孢（Cephalosporiumacremonium），又称产黄枝顶孢（Acremoniumchrysogenum）。生产流程：枝顶头孢→斜面培养→摇瓶培养→种子罐→发酵→过滤→超滤→吸附→解吸→吸附→解吸→锌络合→结晶→过滤→干燥→头孢菌素锌盐第22页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第五节头孢菌素C的工业生产工艺控制点：发酵液残油：微量，但离心后肉眼可见；铵氮：0.5~0.7g/L；pH：~6.5。物质名称消耗量(kg/m3发酵液)物质名称消耗量(kg/m3发酵液)氧80~160玉米浆50~75豆油70~130无机盐17~23糖30~120氨10~20原料消耗第23页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三Cephalosporiumacremonium的气生菌丝和孢子囊第24页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三Cephalosporiumacremonium的菌丝和节孢子节孢子第25页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第六节半合成青霉素和头孢菌素的生产6-氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产工艺原理：青霉素G6-APA苯乙酸青霉素酰胺酶作用点+第26页，讲稿共28页，2023年5月2日，星期三第六节半合成青霉素和头孢菌素的生产

6-氨基青霉烷酸（6-APA）的酶法生产工艺流程：E.coli或Bacillusmegaterium培养↓青霉素酰胺酶分离、纯化→酶包埋

↓青霉素G钾→磷酸盐缓冲液*→

固定化酶柱→

萃取→结晶

(*pH8.4)