現(xiàn)代青霉素生產(chǎn)工藝論文

時間：2022-10-09 00:48:00 生物制藥畢業(yè)論文我要投稿

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　　現(xiàn)代青霉素生產(chǎn)工藝論文【1】

現(xiàn)代青霉素生產(chǎn)工藝論文

　　摘要：青霉素是一種常用的抗生素,本文以青霉素發(fā)酵生產(chǎn)為主線,簡單論述了從種子的制備到擴(kuò)大生產(chǎn)至發(fā)酵罐這一流程,說明了青霉素發(fā)酵生產(chǎn)中各工藝點(diǎn)的控制,以及培養(yǎng)基的滅菌工藝。

　　關(guān)鍵詞：青霉素滅菌生產(chǎn)流程過程控制

　　抗生素以前被稱為抗菌素,是由微生物或高等動植物在生活過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其它活性的一類次級代謝產(chǎn)物, 它可以是某些微生物生長繁殖過程中產(chǎn)生的一種物質(zhì),除用于治病的抗生素由此直接提取外,還有完全用人工合成或部分人工合成的。

　　在眾多抗生素類群中,青霉素以療效高、毒副作用小成為人類治療疾病的首選。

　　1、青霉素的概述

　　1928年英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明首先發(fā)現(xiàn)了世界上第一種抗生素—青霉素,1941年前后英國病理學(xué)家霍華德·弗洛里與生物化學(xué)家錢恩實(shí)現(xiàn)了對青霉素的分離與純化,為今后青霉素的大量使用提供了技術(shù)支持。

　　青霉素是從青霉菌培養(yǎng)液中提制的,青霉素分子中含有青霉烷,能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用,是第一種能夠治療人類疾病的抗生素。

　　青霉素用于臨床是四十年代初,人們對青霉素進(jìn)行大量研究后又發(fā)現(xiàn)一些青霉素,人們對青霉素進(jìn)行化學(xué)改造,得到了一些有效的半合成青霉素。

　　根據(jù)青霉素菌種的不同,生產(chǎn)能力也有所不同,目前青霉素的生產(chǎn)能力可達(dá)66000-80000U/ml。

　　2、青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程

　　2.1 青霉素生產(chǎn)流程

　　原料→培養(yǎng)基配制→蒸汽滅菌→一級種子罐←米孢子←斜面母瓶←青霉素菌種

　　↓

　　原料→培養(yǎng)基配制→蒸汽滅菌→二級種子罐

　　↓

　　原料→培養(yǎng)基配制→蒸汽滅菌→ 發(fā)酵罐 →發(fā)酵液

　　↓

　　帶放罐 →發(fā)酵液

　　2.2 發(fā)酵工藝過程

　　2.2.1 生產(chǎn)孢子的制備

　　將砂土保藏的菌種孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨組成的培養(yǎng)基進(jìn)行斜面培養(yǎng),經(jīng)傳代活化。

　　最適生長溫度在25～26℃,培養(yǎng)6～8天,得單菌落,再傳斜面,培養(yǎng)7天,得斜面孢子。

　　移植到優(yōu)質(zhì)小米或大米固體培養(yǎng)基上,生長7天,25℃,制得小米孢子。

　　2.2.2 種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝

　　青霉素采用三級發(fā)酵。

　　一級種子發(fā)酵:發(fā)芽罐接入小米孢子后,孢子萌發(fā),形成菌絲。

　　充分?jǐn)嚢?50-280r/min;pH自然,溫度25±1℃。

　　三級發(fā)酵罐:生產(chǎn)罐。

　　培養(yǎng)基成分:花生餅粉(高溫),麩質(zhì)粉、玉米漿、葡萄糖,尿素,硫酸銨,硫酸鈉、硫代硫酸鈉,磷酸二氫鈉,苯乙酰胺及消泡劑等。

　　接種量為12～15%。

　　青霉素的發(fā)酵對溶氧要求極高,通氣量偏大,通氣比控制0.7～1.8;攪拌轉(zhuǎn)速150-200r/min;要求高功率攪拌。

　　2.2.3 培養(yǎng)基的滅菌

　　在青霉素生產(chǎn)中一般發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌方式有連續(xù)滅菌和實(shí)罐滅菌兩種。

　　連續(xù)滅菌是將配好的培養(yǎng)基用泵打入連消塔,通過高溫蒸汽直接接觸滅菌,在進(jìn)入維持罐維持5分鐘左右,然后進(jìn)入冷卻器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入發(fā)酵罐。

　　在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)罐滅菌也是比較常用的方法,它是將配制好的培養(yǎng)基用泵打入發(fā)酵罐,通入飽和蒸汽加熱,達(dá)到滅菌溫度(121℃)后,保溫滅菌約30分鐘,滅菌完畢通入無菌空氣維持罐壓,然后由內(nèi)蛇管和外盤管通入冷卻水,冷卻到接種溫度,保壓待移種。

　　2.3 發(fā)酵生產(chǎn)過程控制

　　2.3.1 培養(yǎng)基的組成和補(bǔ)料控制

　　青霉素發(fā)酵中采用補(bǔ)料分批操作法,對葡萄糖、銨、苯乙酸進(jìn)行緩慢流加,維持一定的最適濃度。

　　碳源:通常采用葡萄糖和乳糖。

　　氮源:玉米漿是最好的。

　　無機(jī)鹽:硫、磷、鎂、鉀等。

　　鐵有毒,控制在30ug/ml以下。

　　流加控制:補(bǔ)糖,殘?zhí)窃?.6%左右,pH開始升高時加糖。

　　補(bǔ)氮:流加酸酸銨、氨水、尿素,控制氨基氮0.05%。

　　添加前體:合成階段,苯乙酸及其衍生物,苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可為青霉素側(cè)鏈的前體,直接摻入青霉素分子中,但濃度大于0.19%時對細(xì)胞有毒性。

　　策略是流加低濃度前體,一次加入量低于0.1%。

　　2.3.2 溫度

　　前期控制在25-26℃左右,有的發(fā)酵過程在菌絲生長階段采用較高的溫度,以縮短生長時間,生產(chǎn)階段適當(dāng)降低溫度,以利于青霉素合成。

　　2.3.3 PH

　　控制發(fā)酵液的PH是很重要的。

　　青霉素發(fā)酵也只有在合理的PH和溶氧下,生產(chǎn)和發(fā)酵才會達(dá)到最高效率,前期pH控制在5.7～6.3,中后期pH控制在6.3～6.6,通過補(bǔ)加氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　2.3.4 溶氧

　　青霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵。

　　從葡萄糖的氧化的需氧量來看,1mol的葡萄糖徹底氧化分解需6mol的氧,所以不能低于30%飽和溶氧濃度。

　　通氣比一般為1:0.8VVM。

　　在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定的罐溫,在整個發(fā)酵過程中,需不斷通入無菌空氣并不停地攪拌,以維持一定的罐壓或溶氧。

　　2.4 菌絲生長速度與形態(tài)、濃度

　　對于每個有固定通氣和攪拌條件的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的特定好氧過程,都有一個使氧傳遞速率(OTR)和氧消耗率(OUR),在某一溶氧水平上達(dá)到平衡的臨界菌絲濃,超過此濃度,OUR>OTR,溶氧水平下降,發(fā)酵產(chǎn)率下降。

　　在發(fā)酵穩(wěn)定期,濕菌濃可達(dá)15～20%,絲狀菌干重約3%,球狀菌干重在5%左右。

　　2.5 消沫

　　青霉素發(fā)酵過程中,由于通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等都有泡沫產(chǎn)生,過多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的,必須補(bǔ)入消沫劑。

　　通常用的有兩種,一種是天然油脂:玉米油;一種是化學(xué)消沫劑:泡敵。

　　需少量多次滴加。

　　在前期不適多加入,以免影響呼吸代謝。

　　2.6 取樣

　　青霉素的發(fā)酵過程控制十分精細(xì),一般2h取樣一次,測定發(fā)酵液的pH、菌濃、殘?zhí)�、殘氮、苯乙酸濃度、青霉素效價等指標(biāo),同時取樣做無菌檢查。

　　截至2011年年底,我國的青霉素年產(chǎn)量已占世界青霉素年總產(chǎn)量的75%,居世界首位。

　　隨著對青霉素發(fā)酵過程和代謝途徑研究的不斷深入,一定能夠找到適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q青霉素合成過程中的阻遏因素,從而大幅提高青霉素的產(chǎn)量。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]曾衍霖.生物轉(zhuǎn)化研究與新藥開發(fā)[J].中國新藥雜志,1998,7(5):338.

　　[2]莊毅.菌質(zhì)-中藥的一個新領(lǐng)域[J].中藥新藥與臨床藥理,1992,3(2):49-51.

　　青霉素生產(chǎn)工藝論文【2】

　　[摘要]從醫(yī)藥的種類上看，其屬于抗生素的一種，因此，進(jìn)行青霉素生產(chǎn)工藝的研究和其他抗生素的工藝相類似。

　　本文主要介紹了青霉素的發(fā)酵和生產(chǎn)工藝，詳細(xì)地介紹了其生產(chǎn)制備的流程，同時介紹了青霉素發(fā)酵生產(chǎn)中的各個工藝點(diǎn)，希望能夠給青霉素制備的相關(guān)工作人員提供相應(yīng)的借鑒和參考，進(jìn)而提升我國藥品藥物制備工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

　　[關(guān)鍵詞]青霉素;滅菌;生產(chǎn)流程;過程控制

　　對于抗生素來說，其發(fā)展的過程中比較復(fù)雜，最開始人們都稱之為抗菌素。

　　主要是由微生物和動植物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，也就是某些微生物或高級動植物生長過程中產(chǎn)生的有效物質(zhì)形式，可以提取其中的抗生素物質(zhì)，然后經(jīng)過人工合成等方式提煉而成。

　　在眾多的抗生素藥物中，青霉素比較常見，而且應(yīng)用范圍較廣，普及程度也比較高。

　　而且這種藥物的副作用較小也是一個重要因素。

　　在實(shí)際的應(yīng)用中，人類主要采用青霉素來作為抗菌藥物，治療疾病。

　　1、青霉素的概述

　　青霉素的發(fā)展經(jīng)歷了較長的發(fā)展時期，這種藥物最早產(chǎn)生于20世紀(jì)初，多年之后，藥物學(xué)家對這種青霉素藥物進(jìn)行提純和制取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了青霉素的分離，然后將其進(jìn)行制取。

　　這一研究為青霉素以后的應(yīng)用和發(fā)展提供了重要的理論支撐和實(shí)踐的依據(jù)。

　　具體來說，青霉素主要是從青霉菌中制取而出，其中含有大量的青霉烷，這種物質(zhì)對于細(xì)菌的繁殖有極大的抑制作用。

　　因此，這種物質(zhì)得到了人們的高度認(rèn)可，作為一種常見的抗生素。

　　不久，青霉素藥物應(yīng)用到了臨床的診療中，為了將藥物的效果最大化，在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)揮其應(yīng)有的價值，人們不斷對其進(jìn)行提純和改造，完成化學(xué)的改造。

　　由于青霉素的種類不盡相同，所以，杜宇不同的青霉素需要采用不同的方式來生產(chǎn)和提純。

　　2、青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝過程

　　2.1 青霉素生產(chǎn)流程

　　從其生產(chǎn)流程中可以看出，首先要準(zhǔn)備好原料，然后進(jìn)行培養(yǎng)基的制備工作，采用蒸汽法來進(jìn)行滅菌、殺菌，然后采用一級種子罐。

　　將其作為主要的原料，采用同樣的方式獲得二級種子罐，繼續(xù)制備，指導(dǎo)產(chǎn)生發(fā)酵液為止。

　　這就是青霉素的生產(chǎn)流程。

　　2.2 發(fā)酵工藝過程

　　2.2.1生產(chǎn)孢子的制備

　　菌種孢子需要采用砂土的形式來進(jìn)行制備，同時需要用甘油以及蛋白胨等成分來進(jìn)行培養(yǎng)，保持菌種的活化性。

　　具體來說要對保存的溫度進(jìn)行控制，通常情況下常溫即可。

　　培養(yǎng)時間通常要控制到一周到10天的范圍內(nèi)。

　　經(jīng)過傳斜面，得到斜面孢子。

　　可以隨意將其移至到谷類的培養(yǎng)基中，就可得到谷類的孢子。

　　2.2.2種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝

　　對于青霉素來說，其發(fā)酵過程中可以采用三級發(fā)酵的形式，第一級就是種子發(fā)酵，將一級種子罐接入到小米孢子中，經(jīng)過萌芽可以得到菌絲，然后要對其進(jìn)行均勻的攪拌，大約每分鐘150-180轉(zhuǎn)，要將酸堿中和指數(shù)控制在平穩(wěn)的狀態(tài)下，要保證室內(nèi)溫度在25℃之內(nèi)，對于溫度來說可以存在著誤差，但是上下不能相差1℃。

　　三級發(fā)酵罐就是指生產(chǎn)罐。

　　其中主要的培養(yǎng)成分中包含檸檬酸、白砂糖以及硫酸鎂等等成分。

　　標(biāo)準(zhǔn)的接種量主要為20%左右。

　　需要注意的是，青霉素的發(fā)酵過程對于氧氣的需求量相對較高，所需的通氣量逐漸增大，因此，相應(yīng)的培養(yǎng)工作人員需要控制好通氣的比例，同時還要控制好攪拌的速度，這樣才能保證高功率的攪拌。

　　2.2.3培養(yǎng)菌滅菌

　　在實(shí)際的青霉素生產(chǎn)中，培養(yǎng)菌的方式有很多種，主要有連續(xù)滅菌和單批滅菌等形式。

　　所謂的連續(xù)滅菌就是將在準(zhǔn)備好的培養(yǎng)基中打入連消塔成分，然后經(jīng)過高溫或者是高壓的作用進(jìn)行滅菌，要將這種狀態(tài)維持在5分鐘左右，最終將成分放置到冷卻器中進(jìn)行冷卻，最后將其放置到發(fā)酵罐當(dāng)中。

　　這種方式由于在制備的過程中比較簡單，所以，得到人們的高度認(rèn)可。

　　此種方法對于設(shè)備和人員操作要求較高，故在實(shí)際生產(chǎn)中單批實(shí)罐滅菌是比較常用的方法，它是將配制好的培養(yǎng)基用泵打人發(fā)酵罐，通入飽和蒸汽加熱，達(dá)到滅菌溫度(121℃)后，保溫滅菌約3分鐘，滅菌完畢通入無菌空氣維持罐壓，然后由內(nèi)蛇管和外盤管通入冷卻水，冷卻到接種溫度，保壓待移種。

　　2.3 發(fā)酵生產(chǎn)過程控制

　　青霉素發(fā)酵是一種復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程，具有高度的非線性、時變性和不確定性，很難通過數(shù)學(xué)解析或?qū)嶒?yàn)法得到一個精確的數(shù)學(xué)模型。

　　就補(bǔ)料過程而言，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，微生物的生長和生物代謝都要求連續(xù)不斷地補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)，使微生物沿著優(yōu)化的生長軌跡生長，以獲得高產(chǎn)的微生物代謝物。

　　2.3.1培養(yǎng)基的組成和補(bǔ)料控制

　　青霉素發(fā)酵中采用補(bǔ)料分批操作法，對葡萄糖、銨、苯乙酸進(jìn)行緩慢流加，維持一定的最適濃度。

　　碳源：通常采用葡萄糖和乳糖。

　　有機(jī)氮源：玉米漿是最好的。

　　無機(jī)鹽：硫、磷、鎂、鉀、鈉等。

　　鐵有毒，控制在30ug/ml以下。

　　流加控制：補(bǔ)糖，殘?zhí)窃?.6%左右，pH開始升高時加糖。

　　補(bǔ)氮：流加硫酸銨、氨水，控制氨氮300～800oom。

　　添加前體：合成階段，苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可為青霉素側(cè)鏈的前體，直接摻入青霉素分子中，但濃度大于0.19%時對細(xì)胞有毒性。

　　策略是流加低濃度前體，一次加入量低于0.1%

　　2.3.2溫度

　　前期控制在25～26℃左右，有的發(fā)酵過程在菌絲生長階段采用較高的溫度，以縮短生長時間，生產(chǎn)階段適當(dāng)降低溫度，以利于青霉素合成。

　　目前工業(yè)上使用的意大利菌種溫度全程控制在25±0.5℃。

　　2.3.3pH

　　控制發(fā)酵液的pH是很重要的。

　　青霉素發(fā)酵也只有在合理的pH下，發(fā)酵生產(chǎn)才會達(dá)到最高效率，前期pH控制在5.7～6.3，中后期pH控制在6.3～6.6，通過補(bǔ)加氨水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　2.3.4溶氧

　　青霉素發(fā)酵屬于好氧發(fā)酵。

　　從葡萄糖的氧化的需氧量來看，1tool的葡萄糖徹底氧化分解需6ml的氧，所以不能低于30%飽和溶氧濃度。

　　通氣比一般為1：0.8WM。

　　在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定的罐溫，在整個發(fā)酵過程中，需不斷通入無菌空氣并不停地攪拌，以維持一定的罐壓從而保證溶氧滿足生產(chǎn)需求。

　　2.4 菌絲生長速度與形態(tài)、濃度

　　對于每個有固定通氣和攪拌條件的發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的特定好氧過程，都有一個使氧傳遞速率(OTR)和氧消耗率(OUR)，在某一溶氧水平上達(dá)到平衡的臨界菌絲濃度，超過此濃度，OUR>OTR，溶氧水平下降，發(fā)酵產(chǎn)率下降在發(fā)酵穩(wěn)定期，濕菌濃可達(dá)25～35%，絲狀菌干重約3%，球狀菌千重在5%左右。

　　2.5 消沫

　　青霉索發(fā)酵過程中，由于通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等都有泡沫產(chǎn)生，過多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的，必須補(bǔ)人消沫劑。

　　通常用的有兩種，一種是天然油脂：玉米油、大豆油;一種是化學(xué)消沫劑：泡敵。

　　泡敵消沫作用明顯，但是多加對菌絲體不利，故生產(chǎn)上多使用植物油和泡敵混合方式來消泡，需少量多次滴加。

　　在前期不適多加入，以免影響呼吸代謝。

　　2.6 取樣

　　青霉素的發(fā)酵過程控制十分精細(xì)，一般6h取樣一次，測定發(fā)酵液的pH、菌濃、殘?zhí)�、殘氮、苯乙酸濃度、青霉素效價等指標(biāo)，同時取樣做無菌檢查。

　　3、結(jié)語

　　截至2011年年底，我國的青霉素年產(chǎn)量已占世界青霉素年總產(chǎn)量的75%，居世界首位。

　　目前國內(nèi)青霉素發(fā)酵水平比國際水平略低，究其原因主要是設(shè)備條件不能完全滿足高產(chǎn)菌種的需要。

　　隨著對青霉素發(fā)酵過程和代謝途徑研究的不斷深入和技術(shù)水平的不斷提高，一定能夠找到適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q青霉素合成過程中的阻遏因素，從而大幅提高青霉素的產(chǎn)量。

　　參考文獻(xiàn)