《抗生素生产工艺学》笔记Word下载.docx
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3．细菌产生的抗生素；
4．动植物产生的抗生素。
二、根据抗生素的作用分类：
1．抗革兰氏阳性菌抗生素；
2．抗革兰氏阴性菌抗生素；
3．抗真菌类抗生素；
4．抗结合分枝杆菌类抗生素；
5．抗癌细胞类抗生素；
6．抗病毒和噬菌体类抗生素；
7．抗原虫类抗生素。
三、根据抗生素的作用机制分类：
1．抑制细胞壁合成的抗生素；
2．影响细胞膜功能的抗生素；
3．抑制核酸合成的抗生素；
4．抑制蛋白质合成的抗生素；
5．抑制生物能作用的抗生素。
四、根据生物合成途径分类：
（一）氨基酸、肽类衍生物：
（见书P6/1-5段）
1．简单氨基酸衍生物：
环丝氨酸、重氮丝氨酸等。
2．寡肽抗生素：
青霉素、头孢菌素等。
3．多肽类抗生素：
多粘菌素、杆菌肽等。
4．多肽大环内酯类：
放线菌素等。
5．含嘌呤和嘧啶基团的抗生素：
曲古霉素，嘌呤霉素等。
（二）糖类衍生物：
1．糖苷类抗生素；
2．与大环内酯连接的糖苷抗生素。
（三）以乙酸，丙酸为单位的衍生物。
1．乙酸衍生物：
四环类，灰黄霉素等。
2．丙酸衍生物：
红霉素等。
3．多烯和多炔类抗生素：
制霉菌素、曲古霉素等。
五、根据化学结构分类：
#946;
－内酰氨类；
2．氨基糖苷类；
3．大环内酯类；
4．四环类；
5．多肽类：
多粘菌素、杆菌肽、放线菌素等；
6．多烯类：
制霉菌素、两性霉素B、球红霉素、曲古霉素等；
7．苯烃基胺类：
氯霉素、甲砜氯霉素等；
8．蒽环类：
罗红霉素、阿霉素、正定霉素；
9．环桥类：
利福霉素等；
10．其它类。
第四节抗生素的应用
一、抗生素剂量表示法
1．折算重量单位：
规定能抑制50ml标准肉汤的葡萄球菌为一个单位。
1u＝0.6ug青霉素G.Na盐；
1mg青霉素G.Na＝1667u
（1mg青霉素GNa可抑制83300ml肉汤中的葡萄球菌。
）
2．重量单位：
以抗生素活性部分为一个单位：
如庆大霉素碱1mg＝1000u.
3．类似重量单位：
以特定纯粹盐为重量单位：
如盐酸金霉素1mg＝1000u.
4．特定单位：
制霉菌素1mg＝3000u杆菌肽1mg＝55u.
二、抗生素在医疗上的应用
三、抗生素在农业和畜牧业上的应用
第五节抗生素研究的范畴及趋向
一、生物学和生物化学方向的研究
1．新抗生素筛选
2．选育高产菌株
3．抗生素合成机理的研究
4．抗生素作用机理（机制）
二、化学方面的研究
1．抗生素化学性质与结构
2．抗生素结构改造
3．抗生素化学检定方法
4．抗生素生产、应用的劳动保护和三废处理
三、生化工程方面的研究
第六节抗生素工业生产概况
抗生素工业生产是生物工程和化学工程融合而成的新的学科。
1．特点：
纯种发酵、需氧发酵、次级代谢产物（无法从投料计算）、有效成份低，而且不稳定。
2．生产工艺过程：
菌种&
孢子制备&
种子&
发酵&
提取&
精制&
成品检验&
包装&
分装&
（应用&
跟踪&
质量分析）
第一章思考题
1．抗生素的定义。
2．抗生素有哪几种分类法，各有什么特点，举例简要说明。
3．抗生素剂量表示法有哪几种，举例说明。
4．医用抗生素应具备的条件是什么？
5．抗生素工业生产有什么特点？
6．抗生素一般生产过程如何？
hgx5182003-10-1711:
52
Re:
《抗生素生产工艺学笔记》希望对大家有帮助
第一部分抗生素生产工艺
第二章菌种选育及菌种保藏
第一节菌种选育的理论基础
一、微生物的遗传和变异
遗传与变异是自然现象，又是客观规律。
点突变
基因突变
遗传（型）变异：
遗传物质决定（DNA或RNA）染色体畸变
变异基因重组
表型变异：
环境因素
二、基因突变
基因突变类型
三、基因重组（generecombination）
指两个或多个不同性状个体的遗传基因转移到一个体细胞内，经重新组合后，造成菌种变异，形成新的遗传型个体。
基因重组
第二节菌种选育的经典方法
一、经典法
二、诱变剂
1．物理诱变剂
2．化学诱变剂（参见书P27及《工业微生物育种》）
3．生物诱变剂：
温和噬菌体
第三节现代菌种选育技术
一、杂交育种：
指两个基因型不同的菌株通过接合使遗传物质重新组合，再从中分离，筛选出具有新性状的菌株。
一般包括以下过程：
标记菌株的选择&
异核体的形成&
杂合二倍体的形成&
重组体的转化&
重组体遗传性状的分析
二、原生质体融合
亲本A&
标记&
原生质体A
混合&
原生质体融合&
融合子捡出&
融合子分析
亲本B&
原生质体B
三、基因工程
1．目的基因的准备
2．载体系统
3．基因与载体连接
4．转化
5．重组体的筛选和表达产物的鉴定
四、新抗生素产生菌的获得
1．传统：
土壤中放线菌、真菌、细菌。
2．趋势：
稀有放线菌，海洋微生物，极端环境微生物，人工改造获得微生物。
第四节菌种保藏
1．定期移植保存法
2．液体石蜡封藏法
3．真空冷冻干燥保藏法
4．液氮超低温保藏法
5．沙土管保藏法
6．麦皮保藏法
第三章培养基
第一节培养基成分及其功能
一、碳源：
提供微生物生长繁殖所需的能源和构成细胞的碳骨架。
1．碳水化合物：
单糖，多糖，多聚糖（为葡萄糖，蔗糖，淀粉等）
2．脂肪
3．有机酸（CH3COONa＋2O2&
2CO2+H2O+NaOH）
二、氮源：
构成菌体细胞物质，提供N原素
1．无机氮源：
如NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、（NH4）3PO3等（快速利用N源）。
2．有机氮源：
花生饼粉，黄豆饼粉，玉米浆，玉米;
白粉，蛋白胨，酵母膏（慢速利用氮源）。
酵母膏&
B因子&
使阻断菌恢复产生抗生菌（利福霉素）的能力
（NH4）2SO3&
2NH3+H2SO3
NaNO3+4H2&
NH3+2H2O+NaOH
三、无机盐、微量元素：
P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn等。
四、水：
①构成生物体的成分；
②培养基的组成部分；
③参与代谢反应；
④作为代谢反应介质；
⑤作为物质传递介质；
⑥良好的热导体。
五、生长因子及其主要功能
生长因子：
维生素，氨基酸，嘌呤和嘧啶等。
1．维生素：
是辅酶的组成成分；
2．氨基酸：
有些生物不能合成某种氨基酸；
3．嘌呤和嘧啶：
构成核酸和辅酶。
六、前体及其主要功能
能被微生物直接利用，以构成次级代谢产物结构的一部分，而其本身结构没有大的变化，这种物质称为前体。
如：
苯乙酸及其类似物是青霉素G的前体；
苯氧乙酸是青霉素V的前体；
氯化物（NaCl）是金霉素的前体；
肌醇是链霉素的前体；
正丙醇，丙酸是红霉素的前体等。
前体虽然能大大提高次级代谢产物的产量，但往往对菌体有毒性，在应用时应特别注意。
七、诱导物或刺激剂：
能诱导或刺激某种物质的产生或大大提高其产量的物质。
&
－吲哚乙酸是金霉素生物合成的刺激物；
甲硫氨酸和亮氨酸是头孢菌素的刺激剂；
丙氨酸和异亮氨酸是阿弗米丁的刺激剂；
巴比妥是链霉素、利福霉素等的刺激剂；
B因子（3&
#8216;
―磷酸丁酰―腺苷）能刺激利福霉素产生菌生产能力成倍增长。
八、抑制剂及其主要功能
在次级代谢产物发酵生产过程中，往往抑制某一代谢途径，就会使另一代谢途径活跃。
如溴化物抑制了金霉素的产生，从而减少金霉素的含量，提高四环素的含量；
加入二乙基巴比妥盐可抑制利福霉素B以外其他利福霉素的生成，从而增加利福霉素B的含量和产量。
第二节培养基的种类
一、按来源分类：
二、按状态分类：
三、按用途分类：
第三节影响培养基质量的因素
一、原材料质量的影响：
玉米浆、黄豆粉、花生饼粉、蛋白胨、淀粉、糊精、CaCO3等因品种、产地、加工方法、储藏条件等的不同均有可能造成质量上出现较大的波动。
二、水质的影响
深井水、地表水、自来水、蒸馏水等的水质有极大的不同。
它们随地质（地区）（地貌）、季节、处理方法和环境的变化而变化。
自来水是发酵工业的主要用水，而自来水厂水质处理所用的漂白粉、沉淀剂、消毒剂等往往造成水质的较大波动。
三、灭菌操作
葡萄糖与含氨基的物质反应形成&
5－羟甲基糖醛和棕色的类黑精（焦化）对微生物有一定的毒性。
磷酸盐与Ca2+、Mg2+、NH4＋等反应形成沉淀或络合物。
四、培养基粘度的影响
粘度是培养基物性的重要指标之一，它直接影响氧的传递、营养成分、无机盐、生长因子等的扩散，从而影响细胞的呼吸、营养成分的吸收，最终导致影响目标产物的形成。
第四节培养基配置的原则
一、碳氮源种类的确定原则
快速利用碳氮源、慢速利用碳氮源的种类配比要满足不同微生物，不同生长阶段和生产阶段的需要。
二、碳氮源比例的确定原则
斜面便于长孢子，种子利于长菌丝；
发酵前期利于长菌丝，中后期利于合成和积累目标产物。
此外C/N比等应与环境因素结合考虑，为对溶氧条件较好的设备，对通气较足的配置可采用菌丝较浓的C/N比。
对溶氧较差、通气不足的设备可采用菌丝较稀的C/N比。
三、培养基配置与pH之关系原则
酸性抗生素发酵环境一般呈酸性（低于pH7），中性及碱性抗生素发酵环境一般呈中碱性（pH&
gt;
=7）。
因此在配置培养基时，生理酸碱性原料应合理搭配。
四、保证源副材料质量的稳定性原则
定点采购、定点加工、稳定加工工艺、恒定的贮存条件、再配合预试验来保证大工艺的稳定。
54
第四章灭菌及染菌防治
第一节对数残留定律
一、对数残留定律
湿热灭菌时，培养基中微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比：
式中：
N—菌的残留个数
—为灭菌时间（秒）
k—为速率常数（1/秒）
Ns一般取0.001（即1000次灭菌有一次失败的机会）
如N0＝2&
#215;
107个/ml时，60m3罐装40m3料，求
121℃时，k取0.027（1/秒）
二、培养基灭菌温度的选择
培养基破坏为热分解反应，属于一级反应动力学；
C为反应物浓度（克分子/升）
为反应时间（秒）
k&
#8217;
为化学反应速率常数（1/秒）（随温度及反应种类而变）
在化学反应中，其他条件不变，则反应速率常数和温度的关系可用阿累尼马斯方程式表示：
培养基：
R＝1.987卡/&
#176;
k?
克分子（气体常数）
灭菌速率常数：
E&
＝卡/克分子（活化能）
T＝绝对温度&
K
或R＝8.313J/mol?
k
△E&
＝J/mol
T＝绝对温度&
A为比例常数
灭菌时：
（K1为温度T1时的灭菌速率常数）
（K2为温度T2时的灭菌速率常数）
以上两式相除：
；
————————①
同时培养基破坏也可得出：
————————②
①除以②得：
∵灭菌活化能E大于培养基成分破坏的活化能E&
，即E&
E&
#8756;
大于
即随着温度的上升，灭菌时速率常数的增加倍速大于培养基破坏的速率常数增加的倍速。
因此有认为高温灭菌优于低温灭菌之说。
一般E&
≈2,000~20,000（卡/克分子）
E≈50,000～100,000（卡/克分子）
注：
枯草杆菌FS5230的k≈0.047~0.063s－1;
梭状芽孢杆菌PA3679的k≈0.03s－1;
嗜热脂肪芽孢杆菌FS1518的k≈0.013s－1
嗜热脂肪芽孢杆菌FS617的k≈0.048s－1
第二节发酵设备灭菌
一、实罐灭菌：
1．预热（80～90℃）
2．直热（蒸汽）（120℃、30min）（全进全出原则）
3．待空气压力高于罐内压力时，通入空气。
（即待罐内压力降到低于空气压力后导入无菌空气。
二、空罐灭菌：
130℃，45～60min，直接蒸汽法。
冷却系统水应排净（夹套与盘管）。
三、连续灭菌：
配料（预热）&
连消塔&
维持罐&
冷却管&
无菌培养基。
四、空气过滤除菌
五、发酵染菌的原因分析及防治措施
1．渗漏；
2．空气系统；
3．输料（物料）系统（种子带菌、补料带菌）；
4．灭菌系统（料结快导致消不透等）；
5．操作系统（倒压、死角等）。
第五章发酵过程控制
一、碳源浓度变化及其控制
1．一般控制法：
决定补糖的参考参数有：
糖的消耗速率、pH变化、菌体浓度、菌丝形态、发酵液粘度、溶解氧浓度、消沫油使用情况、罐内发酵液实际体积等。
补糖方式：
连续滴加、少量多次、大量少次等。
2．动力学模型控制法：
需建立动力学模型，在实际生产上应用较少（略）。
二、氮源浓度变化及其控制
对每一种微生物，其生长期和生产期均有较合适的氮浓度要求。
控制氮源浓度一般以氮基氨作为指标。
但确定最佳氮浓度几乎是不可能的，因为即使是同一菌种，不同批次、不同时间，均有不同的最佳点。
生物发酵绝对的重复性难以获得，因此也就不存在最佳氮浓度。
但工艺控制的目的是使氮源等趋于最佳化。
趋于最佳化是工艺技术追求的目标，是永恒的主题，也是难题。
较合理的氮浓度是在实际中采集，而不是人为创造的。
从最好的生产批号中不断分析总结出合理的氮源浓度，然后人为创造条件，以满足生产的需要。
补充氮源分为补充方式与补碳源类似，以达到最佳生产为目标。
三、补无机盐、前体
补无机盐，一般以磷酸盐、硫酸盐、铵盐等较常见，CaCO3也是发酵中常用的盐，但单一补充CaCO3的较少。
无机盐有生理酸碱性之分，不仅可以作为微量元素，又可作为C、N源，还可以调节pH，改善发酵环境，是一个非常灵活的发酵中间调控物质，赋予了发酵工艺（程）的深刻奥秘，应在实际工作中灵活应用。
前体能大大提高发酵水平，但前体一般对生长不利，应把握补加的时间和数量，特别是浓度的控制，否则将适得其反。
四、溶氧浓度的变化和控制
1．溶氧浓度变化规律
D0
t
2．（发酵异常时）溶氧变化
①染好气性杂菌
②染噬菌体
③呼吸减弱
④菌丝自溶
⑤设备故障（加油失灵、空气过滤器堵塞等）
3．溶氧控制
①加大通气量
②适当降低温度
③提高压力
④补水
⑤条件许可情况：
提高搅拌转速，特别是实验小罐。
思考：
以上哪一种方法最好？
补水最好。
五、温度控制
温度控制的选择：
一般来说，生长温度与生产温度控制有所差别。
不同温度将引起向不同的生物合成方向发展。
因此，在发酵工艺控制上对温度的掌握也要引起注意。
通常情况下，在不影响生物合成方向改变的情况下，高温有利于生长，低温有利于生产，但并不绝对。
六、pH控制
应知道：
无机酸碱调节pH最方便、省事，但也是最无奈的办法。
生理酸碱性物质调节pH最困难，不易把握，但只要对症，效果最佳。
七、泡沫控制
泡沫大都是由蛋白质等易起泡的成份所引起。
正常起泡：
1．前期：
由于营养成份丰富而起泡，这类泡沫只要菌丝迅速生长，泡沫自然消除。
2．末期：
细胞自溶而起泡，预示着应尽快放罐。
异常泡沫：
1．前期长时间泡沫不能下降，说明菌体可能不能正常生长，应在促进生长上解决问题，若在消泡上下功夫，将导致更不好的后果，这种情况下，应以人工消泡为主。
2．中期起泡，预示着异常发酵的出现，处理方法将视具体情况而定。
消沫剂在发酵工程是不可缺少的控制剂，但应越少越好，不可盲目使用，否则，其作用是相反的。
八、发酵终点的判断
1．单位不长；
2．NH2-N回升；
3．C点较低；
4．泡沫回升；
5．菌丝出现空泡、衰老。
九、发酵异常处理
1．发酵液较稀：
（染噬菌体除外）菌丝溶解快于生长，可补天然丰富氮源，减少油、消泡剂、前体等的补加。
（补种）
2．发酵液过浓：
补水（同时要注意渗透压等变化对生长和生产的影响）。
3．糖耗过慢：
补P，补N源，升温，补种等。
4．pH异常：
污染、补生理酸碱性物质。
hgx5182003-10-1712:
03
第二部分抗生素
第七章&
-内酰胺类抗生素
第一节&
-内酰胺类抗生素概述
一、特性
二、命名
青核&
青霉烷酸&
6-氨基青霉烷酸&
青霉素G（苄青霉素）&
Na盐、K盐
头核&
头孢霉烷酸&
7-氨基头孢霉烷酸&
头孢菌素C
三、物理性质
-内酰胺环：
伸缩震动频率，由振动频率分析其结构稳定性。
头孢菌素C在260nm处有一吸收峰。
（特征）
立体结构
-内酰胺环的反应性能。
（归理化性质讲）
第二节青霉素理化性质
旋光性：
pK值2.76（25℃），可与NEP（N-乙基六氢吡啶）成盐而从溶媒中析出。
（可算特征反应，但青霉素X除外。
青霉素族抗生素：
加工成普鲁卡因青霉素或苄星青霉素（二苄基乙二胺，长效）。
单位表示法：
1667&
#956;
/mg（理论值），1&
=0.5999...（0.6）ug.
一、稳定性
1．稳定：
纯净干品相当稳定，150℃1.5hr效率不降。
青G、Na、K、普，有效期三年。
pH=6~6.5最稳定（以5~7为好）；
在非极性溶媒中稳定；
在缓冲力强溶液中稳定。
2．不稳定：
归降解反应讲。
（过酸过碱、热等均不稳定。
二、溶解度
1．青霉素盐在极性溶剂中溶解度大。
（水中&
20mg/ml）
2．青霉素游离酸在非极性溶剂中溶解度大。
若非极性溶媒含水量上升，青霉素碱金属盐溶解度大大上升。
三、紫外光谱
青G：
在252、257、264nm处有弱吸收峰，是侧链苯乙酰胺基引起的。
是杂质，因此优级品规定在处不得高于0.05。
四、降解反应
1．在&
-内酰胺酶及碱性作用下&
青霉噻唑酸
2．在酸（性）作用下&
-内酰胺环破裂
青霉烯酸青霉酸&
异青霉酸
（噁唑酮：
320nm）
（COOH）
3．酸性水解的最终产物：
SRCONHCH2CHO青霉醛（酸）
RCONH＋2H2O＋
NCOOHH＋/100℃（CH3）CSHCHCOOH青霉胺
ONH2
＋
CO2
4．高度真空下，分子重排形成青霉咪唑酸：
S
RCONHCHCHS
RCONC
NCOOH
OCH2NCOOH
C===O
青霉咪唑酸
5．青霉素酰胺酶（大肠杆菌产生）—&
6-氨基青霉烷酸。
重要的半合成中间体。
RCONH-CHCOOH（&
#945;
-酰胺基丙二酸）
6．碱性水解生成青霉噻唑酸—&
青霉胺酸COOH
7．青霉素与羟胺（NH2OH）—&
氧肟酸—&
铁盐紫色复合物
SSS
RCONHNH2OHRCONHRCONH
NCOOHONHCOOHNHCOOH
ONHOHONHC
Fe3＋O
紫色复合物
五、过敏反应（放概述中讲）
综合以上的反应特性。
测定青霉素的方法有：
1．碘量法；
2．比色法：
与羟胺反应生成氧肟酸进而与高价Fe3＋形成紫色复合物；
3．光密度法；
4．生物法；
5．HPLC法等。
第三节青霉素生产（菌种与发酵）
一、菌种：
选育得到高产株。
孢子颜色特征：
黄绿、绿、蓝绿
产黄青霉
国内：
大多数生产厂都采用绿孢子丝状菌。
细胞生长发育：
分为6期：
Ⅰ－Ⅲ长菌丝为主；
Ⅲ－Ⅴ产单位为主；
Ⅵ放罐。
（NH4）2SO4&
2NH3＋2H＋＋SO42－（NH4）2HPO4&
2NH3＋H
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