第七章-典型产品生产工艺

第七章典型产品生产工艺

——青霉素生产知识目标1、理解抗生素发酵机制。2、了解有机酸发酵机制。3、了解啤酒生产工艺。4、了解氨基酸生产工艺。5、了解发酵过程经济评价。2能力目标1、重点掌握抗生素（青霉素）生产的工艺过程。2、了解柠檬酸、苹果酸发酵生产工艺。3第一节抗生素概述

4一、抗生素剂量表示法

效价单位：每毫升或每豪克中所含某种抗生素有效成分的多少单位：u/mg或u/ml5稀释单位将抗生素配成溶液，逐步稀释，抑制某标准菌株的最高稀释度(即最小剂量)作为效价单位。重量单位以抗生素有效成分（生理活性成分）的重量作为抗生素的单位。6二、抗生素的分类

1、根据生物来源

放线菌产生的抗生素

真菌产生的抗生素

细菌产生的抗生素

其他生物产生的抗生素

72、根据作用对象抗G＋抗Ｇ－广谱抗生素抗真菌抗生素抗肿瘤抗生素抗病毒抗生素抗结核分支杆菌霉素83、根据化学结构β－内酰胺类抗生素四环类抗生素氨基糖苷类抗生素大环内酯类抗生素多烯大环类抗生素多肽类抗生素蒽环类抗生素其他类9

4、根据作用机制抑制细胞壁合成影响细胞膜功能抑制和干扰蛋白质合成抑制核酸合成抑制细菌生物能作用10三、

抗生素的用途

1、抗生素在医疗上的用途控制细菌感染治疗真菌感染抗肿瘤抗病毒112、在农牧业上的应用防治植物病害促进或抑制植物生长3、畜牧业的应用4、食品保藏5、工业上的应用12第二节

抗生素工业生产概论

一、

抗生素的生产方法1、微生物发酵法利用特定的微生物，在一定条件下（培养基、温度、ｐＨ、通气、搅拌）使之生长繁殖，并代谢产生抗生素。用适当的方法从发酵液中提取出来，并加以精制、最后获得抗生素成品。大多数抗生素用此法制备。特点：成本低、周期长、波动大142、化学合成法某些化学结构明确，结构比较简单的，可用化学方法合成。3、半合成法发酵出来的抗生素经化学方法改造，以获得性能更优良的抗生素。15二、发酵法生产抗生素的工艺过程

工艺过程：菌种孢子制备种子制备发酵发酵液的预处理及过滤提取及精制成品检验成品包装出厂检验161、生产菌种合理保藏。一般保存在沙土管或冷冻于干燥管中。一般使用期为１－２年，不断纯化淘汰变异菌种。2、孢子制备将保藏的菌种无菌操作接种到斜面固体培养基中，在一定温度下培养数天。173、种子制备目的：使孢子发芽繁殖，获得足够数量的菌丝体，用于发酵。摇瓶培养种子罐培养。184、

发酵接种量一般在５－２０％通气（一般在０．３－１ｍ３／ｍ３）搅拌（搅拌功率在１－２千瓦／ｍ３）温度（视品种而定，一般２６－３７Ｃｏ罐压（一般为０．３－０．５ｋｇ／ｍ２）消泡（加消泡剂）补料发酵周期（大多为４－８天）

195、发酵液的预处理和过滤（1）预处理目的：沉淀发酵液中的Ｐｒ和杂质，以增加过滤速度。（2）过滤目的：除去菌丝体206、

提取和精制（1）提取目的：初步纯化和浓缩。方法：吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、离子交换法。（2）精制目的：进一步提纯并制成产品方法：吸附、沉淀、溶媒萃取法、离子交换、结晶、重结晶、凝胶层析。

217、

成品检验性状及鉴别试验、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。8、

成品分包装22三、抗生素工业生产特点

1、与一般发酵工业相比（1）菌体生长与产物的形成不平行（2）理论产量难以用物料平衡计算（3）生产稳定性差232、与一般制药工业相比（1）染菌问题（2）粮耗问题（3）稳定性问题24第三节

青霉素的生产一、青霉素的结构及理化性质

1、天然存在的青霉素青霉素是一族化合物的总称。分子式：R为侧链，根据R基不同青霉素GC6H5CH2-青霉素XHOC6H4CH2-青霉素FCH3CH2CH=CHCH2-青霉素KCH3(CH2)6-双氢青霉素FCH3(CH2)4-青霉素VC6H5OCH2-262、青霉素的理化性质（一）稳定性干燥纯净的青霉素盐很稳定，有效期都在三年以上，并且对热稳定，如结晶青霉素钾盐在150OC加热1.5小时效价不降低。青霉素水溶液PH=5-7较稳定。最稳定的PH为6-6.5。（二）溶解度青霉素本身是一种游离酸，能与碱金属或碱土金属及有机氨类结合成盐类。青霉素游离酸易溶液于醇类、酮类、醚类和酯类，但在水溶液中溶解度很小；青霉素钾、钠盐则易溶于水和甲醇、微溶于乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、氯仿，在醋酸丁酯或戊酯中难溶或不溶。如果有机溶剂中含有少量水分时，则青霉素G碱金属盐在溶剂中的溶解度就大大增加。（三）降解反应2728二、青霉素产生菌的培养菌体的生长发育①分生孢子的Ⅰ期；②菌丝繁殖，原生质嗜碱性很强，有类脂肪小颗粒产生为Ⅱ期；③原生质嗜碱性仍很强，形成脂肪粒，积累贮藏物为Ⅲ期；④原生质嗜碱性很弱，脂肪粒减少，形成中、小空泡为Ⅳ期；⑤脂肪粒消失，形成大空泡为Ⅴ期；⑥细胞内看不到颗粒，并有个别自溶细胞出现为Ⅵ期。其中Ⅰ～Ⅳ期称为菌丝生长期，菌丝的浓度增加很多，但产生的青霉素较少，处于该时期的菌丝体适用于做发酵种子。Ⅳ～Ⅴ期是青霉素分泌期，此时菌丝体生长缓慢，并大量生产青霉素。29三、发酵工艺控制（一）工艺流程30（二）工艺要点1、培养基碳源：葡萄糖母液和工业用葡萄糖氮源：玉米浆、花生饼粉、麸质粉、玉米胚牙粉、尿素前体：苯乙酸、苯乙酰胺作为前体，具有毒性，任何时候浓度不能大于0.1%无机盐：S和PCaMgK钾30%钙20%镁41%铁离子铁离子对细胞具有毒害作用31（三）培养条件控制菌丝生长繁殖期：糖及含氮物质被迅速利用球状菌：菌丝发育为球状，菌体浓度迅速增加丝状菌：菌丝分支旺盛，菌丝浓度迅速增加青霉素分泌期：菌丝生长趋势减弱，需添加G、花生饼粉、尿素。青霉素分泌旺盛球：PH6.6-6.9球体不可太松，也不可太紧丝：PH6.2-6.4脂肪粒消失，中小型空胞菌丝自溶期：菌体衰老走向自溶PH上升青霉素分泌下跌球：球体破裂丝：大型空胞增加并逐渐扩大自溶32加糖控制丝：残糖控制在0.6%左右，PH上升以后开始加糖。加糖控制：0-72小时0.6-0.8%72小时放罐0.8-1.0%加糖率每小时0.07-0.15%每两小时加一次球：当Ph高于6.5，约20之后开始加糖，根据PH高低酌情。补料及添加前体丝：接种后8-12小时，发酵液浓度40%左右开始补料发酵单位上升至2500U/ml开始补前体，每4小时补一次使苯乙酰胺浓度为0.05-0.08%球：因发酵基础培养基中没有前体，在10小时左右开始加入尿素、氨水和苯醋酸的混合料，每3小时加一次33pH控制主要通过加G控制PH丝球：温度控制青霉菌最适生长温度高于最适分泌温度丝和球都是变温培养，且前期罐温高于后期

丝球种子罐温2528发酵罐温26-24-23-2226-25-2434通气与搅拌通气比为1：（V/V/M）丝：种子罐转速〉发酵罐转速球：种子罐转速〈发酵罐转速泡沫与消沫过去：天然油脂如豆油、玉米油现在：GPEPAGE35四、发酵液的预处理和过滤1、预处理：

青霉素发酵液过滤宜采用鼓式真空过滤机。因为青霉素在低温时比较稳定，同时细菌繁殖也较慢，可避免青霉素迅速被破坏，所以发酵液放罐后，一般要先冷却再过滤。过滤后的滤液需经酸处理除蛋白质，同时加入少量PPB。由于发酵液中含有过剩的碳酸钙，在酸化除蛋白质时会有部分溶解，使Ca2+呈游离状态，在酸化萃取时，遇大量SO42-形成CaSO4沉淀。因此，预处理除蛋白质时pH值适当高些。362、过滤发酵液放罐后需冷却至10℃后，经鼓式真空过滤机过滤。从鼓式真空过滤机得到青霉素滤液pH在6.27～7.2，蛋白质含量一般在0.05%～0.2%。这些蛋白质的存在对后面提取有很大影响，必须加以除去。除去蛋白质通常采用10%硫酸调节pH4.5～5.0，加入0.05%（W/V）左右的溴代十五烷吡啶（PPB）的方法，同时再加入0.7%硅藻土作助滤剂，再通过板框过滤机过滤。经过第二次过滤的滤液一般澄清透明，可进行萃取。37五、

青霉素提炼工艺38萃取pH：1.8～2.2反萃取pH6.8～7.4生产上一般将发酵滤液酸化至pH等于2.0，加1/3体积的醋酸丁酯（简称BA）混合后以卧式离心机（POD机）分离得一次BA萃取液，然后以NaHCO3在pH为6.8～7.4条件下将青霉素从BA中萃取到缓冲液中，再用10%H2SO4调节pH等于2.0，将青霉素从缓冲液再次转入到BA中（方法同前面所述），得二次BA萃取液。脱色

在二次BA萃取液中加入活性炭150～300g/10亿单位，进行脱色，石棉过滤板过滤。结晶39第四节有机酸的生产工艺一、有机酸的来源与用途有机酸名称来源用途柠檬酸

黑曲霉、酵母等食品工业和化学工业的酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、鳌合剂、纤维媒染剂、助染剂等乳酸德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根菌等食品工业的酸味剂、防腐剂、还原剂、制革辅料等41二、柠檬酸的生产1.柠檬酸的发酵机制（1）固体发酵法（又称曲法）（2）浅盘发酵法（又称表面发酵法）（3）深层发酵法422.柠檬酸的生产工艺43（2）柠檬酸的提取44第五节氨基酸生产工艺一、氨基酸的分类、用途及生产方法1、分类按氨基酸分子中所含氨基和羧基数目不同分为：（1）酸性氨基酸天门冬氨酸、谷氨酸。（2）碱性氨基酸组氨酸、赖氨酸、精氨酸。（3）中性氨基酸46按氨基酸的味觉可分为：（1）甜味氨基酸甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、羟脯酸氨、赖氨酸。（2）苦味氨基酸缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、精氨酸、组氨酸。（3）酸味氨基酸组氨酸、盐氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸。（4）鲜味氨基酸天门冬氨酸钠盐、谷氨酸钠盐。472.氨基酸的应用（1）食品工业（2）医药工业（3）饲料工业（4）农药（5）化工483.氨基酸的生产方法（1）提取法（2）合成法（3）酶法（4）发酵法49二、氨基酸发酵的工艺控制1．培养基碳源是构成菌体和合成氨基酸的碳架及能量的来源。氮源分无机氮源和有机氮源。氮源是合成菌体蛋白质、核酸等含氮物质和合成氨基酸氨基来源，同时，在发酵过程中，还用来调节pH值。氨基酸发酵，不仅菌体合成和氨基酸合成需要氮，而且氮源还用来调节pH值，因此，氮源的需要量比一般发酵（例如有机酸发酵）要多。502．温度对氨基酸发酵的影响及其控制从发酵动力学来看，氨基酸发酵一般属于Gaden氏分类的Ⅱ型。谷氨酸发酵，菌体生长最适宜温度是30～32℃。513．pH值对氨基酸发酵的影响及控制pH值对按基酸发酵的影响和其它发酵一样，主要是影响酶的活性和菌的代谢。谷氨酸发酵，在中性和微碱性条件下（pH=7.0～8.0）积累谷氨酸，在酸性条件下(pH=5.0～5.8)则易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。524.氧对氨基酸发酵的影响及其控制溶解氧氧分压/105Pa精氨液(mg/mL)溶解氧氧分压/105Pa精氨液(mg/mL)生长阶段产酸阶段生长阶段产酸阶段0.01～0.050.01～0.050.01～0.050.32～0.4230.328.40.32～0.420.32～0.420.01～0.050.32～0.4219.522.853三、谷氨酸的生产工艺54提取方法55第六节啤酒生产工艺一、啤酒生产的原辅料啤酒生产的原料主要有大麦、酒花、水等。57二、酒精发酵机制58三、麦芽制造1．原料清洗2．分级3．大麦的浸渍4．大麦的发芽5．干燥59三、麦汁的制备1．粉碎2．糖化3.麦汁过滤4．麦汁的煮沸5．麦汁冷却与充氧60四、啤酒发酵1．酵母菌株的选择2．麦汁组成3．接种量614．发酵工艺条件控制(1)发酵温度上面啤酒发酵采用8～22℃，下面啤