《抗生素生产工艺学》笔记Word下载.docx

1、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

2、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

3、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。 1u0.6ug青霉素G.Na盐；1mg青霉素G.Na1667u （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1mg1000u.3类似重量单位：以特定纯粹盐为重量单位：如盐酸金霉素1mg1000u.4特定单位：制霉菌素1mg3000u 杆菌肽 1mg55u.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、

4、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

5、一般生产过程如何？hgx518 2003-10-17 11:52 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（gene recombination）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

6、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

7、 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（CH3COONa2O2&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

8、;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+H2SO3NaNO3+4H2&NH3+2H2O+NaOH三、 无机盐、微量元素：P、S、Mg、Fe、K、Na、Cu、Zn、Mn等。四、 水：构成生物体的成分；培养基的组成部分；参与代谢反应；作为代谢反应介质；作为物质传递介质；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

9、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‘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

10、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

11、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

12、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>=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、

13、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N02×107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’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： R1.987卡/

14、6;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 R8.313J/mol?k E& J/molT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： ； 同时培养基破坏也可得出： 除以得：灭菌活化能E大于培养基成分破坏的活化能E&，即E&E∴ 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&2,00020,000（卡/克分子） E 50,000100,000（卡/克分子）注：枯草杆菌FS5

15、230的k0.0470.063s1;梭状芽孢杆菌PA3679的k0.03 s1;嗜热脂肪芽孢杆菌FS1518的k0.013 s1 嗜热脂肪芽孢杆菌FS617的k0.048 s1第二节 发酵设备灭菌一、 实罐灭菌：1预热（8090）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：130，4560min，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

16、（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

17、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

18、，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 t2 （发酵异常时）溶氧变化 染好气性杂菌 染噬菌体 呼吸减弱 菌丝自溶 设备故障（加油失灵、空气过滤器堵塞等）3 溶氧控制 加大通气量 适当降低温度 提高压力 补水 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

19、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

20、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。hgx518 2003-10-17 12:03 第 二 部 分 抗 生 素第七章 &-内酰胺

21、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：1667μ/mg（理论值

22、），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=66.5最稳定（以57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

23、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：S RCONH CH2CHO 青霉醛（酸） RCONH 2H2O N COOH H/100 （CH3）CSH CHCOOH 青霉胺O NH2 CO24 高度真空下，分子重排形成青霉咪唑酸：S RCONH CH CH S RCO N C N COOH O CH2 N COOH 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（α-酰胺基丙二酸）6 碱性水解生成青霉噻唑

24、酸&青霉胺酸COOH 7 青霉素与羟胺（NH2OH）&氧肟酸 & 铁盐紫色复合物 S S SRCONH NH2OH RCONH RCONH N COOH O NH COOH NH COOHO NHOH O NH CFe3 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：长菌丝为主；产单位为主；放罐。（NH4）2SO4&2NH32HSO42 （NH4）2HPO4&2NH3H