青霉素生产工艺.docx

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青霉素生产工艺

摘要:

青霉素是一种重要的抗生素，在目前的制药工业中占有举足轻重的地位，生产规模非常大。

通过数十年的完善,青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病，增强了人类治疗传染性疾病的能力。

研究和优化其生产工艺对人类健康有重要意义。

关键词：

青霉素；生产工艺

抗生素在目前的制药工业中仍占有举足轻重的地位，尤其是下游半合成抗生素的发展，进一步刺激了上游的工业发酵.一些抗生素的工业生产规模非常大，如β—内酰胺类的青霉素、头孢菌素C，大环内酯类的红霉素、利福霉素，氨基环醇类的链霉素、庆大霉素.其它的一些抗生素，如林可霉素、四环素、金霉素、万古霉素等，单个发酵罐容积越来越大，100m3的发酵罐被普遍采用，200m3甚至更大容积的发酵罐经常可见报道。

抗生素的工业生产包括发酵和提取两部分。

工艺流程大致如下：

菌种的保藏、孢子制备、种子制备、发酵、提取和精制。

种子和发酵培养基的常用碳源有：

葡萄糖、淀粉、蔗糖、油脂、有机酸等，主要为菌体生长代谢提供能源，为合成菌体细胞和目的产物提供碳元素。

有机氮源多用玉米浆、黄豆饼粉、麸质粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉等，硫酸铵、尿素、氨水、硝酸钠、硝酸铵则是常用的无机氮源。

另外,培养基中还得添加无机盐、微量元素以及消沫剂,部分抗生素还得加入特殊前体,如青霉素的前体是苯乙酸，大环内酯类抗生素的前体是丙酸盐。

发酵过程普遍补加一种碳源、氮源物质，如葡萄糖和硫酸铵。

pH值通过流加氨水进行调节，很多抗生素在发酵中后期流加前体，对提高产量非常有益。

抗生素发酵绝大多数为好氧培养，必须连续通入大量无菌空气,全过程大功率搅拌。

发酵液的预处理，一般加絮凝剂沉淀蛋白,过滤去除菌丝体，发酵滤液的提取常用溶媒萃取法、离子交换树脂法、沉淀法、吸附法等提纯浓缩，然后结晶干燥得纯品.

一、青霉素的发酵工艺过程

青霉素生产流程:

发酵工艺过程

（1）生产孢子的制备

将砂土保藏的孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培养,经传代活化。

最适生长温度在25~26℃，培养6~8天，得单菌落,再传斜面，培养7天，得斜面孢子.移植到优质小米或大米固体培养基上，生长7天，25℃,制得小米孢子.每批孢子必需进行严格摇瓶试验，测定效价及杂菌情况。

（2）种子罐和发酵罐培养工艺

种子培养要求产生大量健壮的菌丝体，因此，培养基应加入比较丰富的易利用的碳源和有机氮源.青霉素采用三级发酵

一级种子发酵:

发芽罐。

小罐，接入小米孢子后，孢子萌发，形成菌丝。

培养基成分：

葡萄糖，蔗糖,乳糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫剂等。

通无菌空气,空气流量1:

3（体积比）；充分搅拌300－350r/min;40~50小时；pH自然，温度27±1℃。

二级发酵罐：

繁殖罐。

大量繁殖。

玉米浆、葡萄糖等.1：

1－1。

5；250－280r/min;pH自然,25±1℃；0－14h。

三级发酵罐：

生产罐.花生饼粉（高温），麸质粉、玉米浆、葡萄糖，尿素,硫酸铵,硫酸钠、硫代硫酸钠,磷酸二氢钠，苯乙酰胺及消泡剂，CaCO3等。

接种量为12~15％。

青霉素的发酵对溶氧要求极高,通气量偏大，通气比控制0。

7～1.8；150－200r/min;要求高功率搅拌，100m3的发酵罐搅拌功率在200～300Kw,罐压控制0.04～0.05MPa,于25～26℃下培养,发酵周期在200h左右。

前60h，pH5。

7~6.3,后6.3~6。

6；前60h为26℃，以后24℃。

发酵过程控制

反复分批式发酵,100m3发酵罐，装料80m3，带放6－10次,间隔24h.带放量10%，发酵时间204h.发酵过程需连续流加补入葡萄糖、硫酸铵以及前体物质苯乙酸盐，补糖率是最关键的控制指标，不同时期分段控制。

在青霉素的生产中,让培养基中的主要营养物只够维持青霉菌在前40h生长，而在40h后，靠低速连续补加葡萄糖和氮源等,使菌半饥饿，延长青霉素的合成期，大大提高了产量。

所需营养物限量的补加常用来控制营养缺陷型突变菌种,使代谢产物积累到最大.

（1）培养基

青霉素发酵中采用补料分批操作法，对葡萄糖、铵、苯乙酸进行缓慢流加，维持一定的最适浓度。

葡萄糖的流加，波动范围较窄，浓度过低使抗生素合成速度减慢或停止，过高则导致呼吸活性下降，甚至引起自溶，葡萄糖浓度调节是根据pH，溶氧或CO2释放率予以调节。

碳源的选择:

生产菌能利用多种碳源，乳糖,蔗糖,葡萄糖，阿拉伯糖，甘露糖，淀粉和天然油脂。

经济核算问题，生产成本中碳源占12%以上，对工艺影响很大;糖与6-APA结合形成糖基—6—APA，影响青霉素的产量.葡萄糖、乳糖结合能力强,而且随时间延长而增加。

通常采用葡萄糖和乳糖。

发酵初期，利用快效的葡萄糖进行菌丝生长.当葡萄糖耗竭后，利用缓效的乳糖，使pH稳定，分泌青霉素。

可根据形态变化，滴加葡萄糖，取代乳糖.目前普遍采用淀粉的酶水解产物，葡萄糖化液流加。

降低成本.

氮源：

玉米浆是最好的，是玉米淀粉生产时的副产品,含有多种氨基酸及其前体苯乙酸和衍生物。

玉米浆质量不稳定，可用花生饼粉或棉籽饼粉取代。

补加无机氮源.

无机盐:

硫、磷、镁、钾等。

铁有毒,控制在30µg/ml以下。

流加控制：

补糖，根据残糖、pH、尾气中CO2和O2含量。

残糖在0。

6％左右，pH开始升高时加糖.补氮：

流加酸酸铵、氨水、尿素,控制氨基氮0。

05%。

添加前体：

合成阶段,苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可为青霉素侧链的前体，直接掺入青霉素分子中。

也具有刺激青霉素合成作用。

但浓度大于0。

19％时对细胞和合成有毒性。

还能被细胞氧化。

策略是流加低浓度前体，一次加入量低于0。

1%,保持供应速率略大于生物合成的需要.

（2）温度

一生长适宜温度30℃,分泌青霉素温度20℃。

但20℃青霉素破坏少，周期很长。

生产中采用变温控制，不同阶段不同温度。

前期控制25－26℃左右，后期降温控制23℃。

过高则会降低发酵产率,增加葡萄糖的维持消耗，降低葡萄糖至青霉素的转化得率。

有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间，生产阶段适当降低温度，以利于青霉素合成。

（3）pH

合成的适宜pH6。

4－6。

6左右,避免超过7。

0,青霉素在碱性条件下不稳定，易水解。

缓冲能力弱的培养基，pH降低，意味着加糖率过高造成酸性中间产物积累。

pH上升,加糖率过低不足以中和蛋白产生的氨或其他生理碱性物质。

前期pH控制在5.7~6.3，中后期pH控制6。

3~6。

6，通过补加氨水进行调节。

pH较低时，加入CaCO3、通氨调节或提高通气量。

pH上升时，加糖或天然油脂。

一般直接加酸或碱自动控制，流加葡萄糖控制。

（4）溶氧

溶氧＜30%饱和度，产率急剧下降，低于10％，则造成不可逆的损害。

所以不能低于30％饱和溶氧浓度。

通气比一般为1：

0.8VVM。

溶氧过高，菌丝生长不良或加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发挥。

适宜的搅拌速度，保证气液混合，提高溶氧,根据各阶段的生长和耗氧量不同，对搅拌转速调整。

（5）菌丝生长速度与形态、浓度

对于每个有固定通气和搅拌条件的发酵罐内进行的特定好氧过程，都有一个使氧传递速率（OTR）和氧消耗率（OUR）在某一溶氧水平上达到平衡的临界菌丝浓,超过此浓度，OUR＞OTR，溶氧水平下降,发酵产率下降。

在发酵稳定期，湿菌浓可达15～20％，丝状菌干重约3%，球状菌干重在5％左右。

另外,因补入物料较多，在发酵中后期一般每天带放一次,每次放掉总发酵液的10％左右.

有丝状生长和球状生长两种。

前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触，比生产率高，发酵粘度低,气/液两相中氧的传递率提高，允许更多菌丝生长.球状菌丝形态的控制，与碳、氮源的流加状况，搅拌的剪切强度及稀释度相关。

（6）消沫

发酵过程泡沫较多，需补入消沫剂。

天然油脂：

玉米油；化学消沫剂:

泡敌.少量多次.不适在前期多加入，影响呼吸代谢。

青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙酸浓度、青霉素效价等指标,同时取样做无菌检查,发现染菌立即结束发酵，视情况放过滤提取，因为染菌后pH值波动大，青霉素在几个小时内就会被全部破坏。