【正文】 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 1 第一章 緒 論 引言 目前，全世界的醫(yī)藥產(chǎn)品生產(chǎn)已有一半以上由生物技術合成，其中，抗生素、維生素、激素這三大類藥物主要由微生物發(fā)酵生產(chǎn)?？股卦谑澜绶秶鷥鹊膽檬謴V泛，從而有效地控制了許多傳染疾病，同時也促進了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。 土霉素化學式及性狀 土霉素 (Terramycin)又稱地霉素、氧四環(huán)素 (Oxytetracycline)，化學名：(4s,4аR,5S,5аR,6S,12аS)N4二甲胺基 1,4,4а,5,5а,6,11,12а八氫 ,5, 6,10,12,12а六羥 基 6甲基 1,11二氧代并四苯 2甲酰胺，是四環(huán)素類抗生素的一種，因結構上含有四并苯基的母核而得名?；瘜W式如下： 本品為灰白色至黃色的結晶粉末，無臭，味苦，熔點是 180℃ ，在空氣中性質穩(wěn)定，在日光下顏色變暗在堿性溶液中易破壞失效。土霉素的鹽酸鹽為黃色結晶，味苦，熔點 190～ 194℃ ，有吸濕性，但水分和光線不影響其效價，在室溫下長期保存不變質，不失效。鹽酸鹽易溶于水，溶于甲醇，微溶于無水乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性條件下不穩(wěn)定。添加到飼料中，在室溫下保存四個月，效價下降 4%～ 9%，制 粒時效價下降 5%～ 7%。 作用機理 本品為廣譜抑菌劑，能特異性地與細菌核糖體 30S 亞基的 A 位置結合，抑制肽鏈的增長和影響細菌蛋白質的合成，能抑制動物腸道內的有害微生物，激活大腸中有利于營養(yǎng)物質合成的微生物。可使動物腸壁變薄，更有利于營養(yǎng)物質的內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 2 吸收和利用，從而提高腸道吸收效率。許多立克次體屬、支原體屬、衣原體屬、螺旋體、阿米巴原蟲和某些瘧原蟲也對本品敏感。腸球菌屬對其耐藥。其他如放線菌屬、炭疽桿菌、單核細胞增多性李斯特菌、梭狀芽孢桿菌、奴卡菌屬、弧菌、布魯菌屬、彎曲桿菌、耶爾森菌等對本品敏感。 土霉素為四環(huán)類抗生素，生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本較低，可作為生產(chǎn)其它新型抗生素的原料。 土霉素價格低廉，可以作為飼料添加劑用于養(yǎng)殖業(yè)。實踐表明：土霉素用于飼料添加劑，可以改善飼料轉化效率，促進畜禽生長，提高畜禽抗疾病能力。 土霉素對多數(shù)革蘭氏陽性菌 (如肺炎球菌，溶血性鏈球菌，草綠色鏈球菌以及部分葡萄糖球菌，炭疽桿菌 )和革蘭氏陰性菌 (如大腸桿菌，產(chǎn)氣桿菌，破傷風，肺炎桿菌，流感桿菌，百日咳桿菌等 )均有抗菌作用。臨床上主要用于肺炎、敗血癥、斑疹、傷寒了、淋巴肉芽腫、砂巖及其他細菌性感染等，對傷 寒有效，也可用于阿米巴痢疾和陰道滴蟲病患者。此外還能抑制立克次體和砂巖病毒及淋巴肉芽腫病毒 。 作為抗生素，上世紀六七十年代時，土霉素曾在抗菌藥市場上占重要地位，但伴隨著其它多種高效抗生素的誕生與發(fā)展，土霉素市場快速走向衰落。目前，土霉素已經(jīng)極少用于臨床了。 土霉素的生產(chǎn) 土霉素通常由龜裂鏈絲菌 (streptomyces rimosus)發(fā)酵得到，目前國內提取工藝一般以草酸 (或部分鹽酸替代草酸 )作酸化劑調節(jié)發(fā)酵液 pH 值，利用黃血鹽鈉和硫酸鋅作凈化劑生成普魯士藍沉淀協(xié)同去除 Fe3+及高分子雜質，再 經(jīng) 1222 樹脂脫色，調節(jié) pH 至 晶得干燥到土霉素成品 [1]。 3 設計目標任務 本設計主要內容為：了解土霉素生產(chǎn)中的原料預處理、發(fā)酵、提取部分的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)流程，根據(jù)實際情況來選擇發(fā)酵工段合適的生產(chǎn)流程，并對流程中的原料進行物料衡算、最后，畫出發(fā)酵工段的工藝流程圖。 本次設計的基本內容 設計年產(chǎn) 400 噸土霉素生產(chǎn) 發(fā)酵工段工藝設計 。 第二章 工藝流程設計 土霉素發(fā)酵工藝流程 菌種的保藏 菌種的保藏方法有：斜面菌種低溫保藏法、砂土管保藏法、甘油封藏法、真空冷凍干燥法。 斜面菌 種低溫保藏法：利用低溫對微生物生命活動有抑制作用的原理進行保藏。把斜面菌種、固體穿刺培養(yǎng)物或菌懸液等，直接放入 4～ 5℃ 冰箱中。保藏時間一般不超過 3 個月，到時必須進行移接傳代，再放回冰箱。 砂土管保藏法：將干燥砂粒與細土混合后滅菌制成砂土管，然后接種保藏。若把砂土管放在低溫或抽氣后密封，效果更佳。此法適用于產(chǎn)孢子及芽孢菌種的保藏。保藏期 1～ 10 年。 甘油封藏法：向培養(yǎng)好的菌種斜面上，加入滅菌甘油，高出斜面 1cm，然后蠟封管口，放入冰箱。該法既可防止培養(yǎng)基水分蒸發(fā)，又能使菌種與空氣隔絕。保藏期 1～ 2 年。 真空冷 凍干燥法：是目前比較理想的一種方法。在低于 15℃ 下，快速將細胞凍結，并保持細胞完整，然后在真空中使水分升華致干。在此環(huán)境中，微生物的生長和代謝都暫時停止，不易發(fā)生變異，故可長時間保存，一般為 5～ 10 年，最多可達 15 年之久。此法兼?zhèn)淞说蜏?、干燥及缺氧幾方面條件，使微生物可以 4 保存較長時間，但過程較麻煩，需要一定的設備。 孢子的制備 這是發(fā)酵工序的開端，是一個重要環(huán)節(jié)?？股禺a(chǎn)量和成品質量同菌種性能以及同孢子和種子的情況有密切關系。生產(chǎn)用的孢子需經(jīng)過純種和生產(chǎn)能力的檢驗，符合規(guī)定的才能用來制備種子。保 藏在砂土管或冷凍干燥管仲的菌種經(jīng)無菌手續(xù)接入又麩皮、瓊脂和水組成的斜面培養(yǎng)基中，在 ℃ 、 50%相對濕度的條件下培養(yǎng) 45 天，挑選菌落正常的孢子作為種子。在孢子制備的過程中，蒸餾水中可適當添加 %MgSO %KH2PO4及 %(NH4)2HPO4，避免水質波動對孢子質量的影響，還可以縮短孢子的成熟期。 種子制備 種子制備是指孢子接入種子罐后，在罐中繁殖成大量菌絲的過程，其目的是使孢子發(fā)芽、繁殖和獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐當中去。種子培養(yǎng)基的成分基 本與發(fā)酵培養(yǎng)基近似，培養(yǎng) 30℃ 、 30 小時左右培養(yǎng)液趨于濃厚并轉為黃色。 pH 一般在 時可以移入下一級罐。移入發(fā)酵罐時 pH，效價在800u/ml 左右。種子罐級數(shù)是在指制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，一般根據(jù)種子的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及發(fā)酵罐的容積而定。土霉素種子制備一般為二級種子罐擴大培養(yǎng)。 發(fā)酵培養(yǎng)基介紹 培養(yǎng)基是供微生物生長繁殖和合成各種代謝產(chǎn)物所需要的按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質的混合物。培養(yǎng)基的組成和比例是否恰當，直接影響微生物的生長、生產(chǎn)和工藝選擇、產(chǎn)品質 量和產(chǎn)量等。土霉素的發(fā)酵培養(yǎng)基由碳源、氮源、無機鹽及金屬離子、添加前體、消泡劑五部分組成。 生產(chǎn)上曾以單糖 —葡萄糖、雙糖 —飴糖、及多糖 —秈米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作為碳源。本設計采用淀粉作為碳源，發(fā)酵相對容易控制。 5 由于在發(fā)酵過程中二氧化碳的不斷產(chǎn)生，加上培養(yǎng)基中有很多有機氮源含有蛋白質，因此在發(fā)酵罐內會產(chǎn)生大量泡沫，如不嚴加控制，就會產(chǎn)生發(fā)酵液逃液，導致染菌的后果。采用植物油消沫仍舊是個好方法，一方面作為消沫劑，另一方面還可以起到碳源作用，但現(xiàn)在已普遍采用泡敵代替豆油。 滅菌 滅菌指的是用化 學或物理的方法殺滅或除去物料及設備中所有的有生命物質的技術或工藝流程。滅菌實質上可分殺菌和溶菌兩種，前者指菌體雖死，但形體尚存，后者則指菌體殺死后，其細胞發(fā)生溶化、消失的現(xiàn)象。工業(yè)上常用的方法有：干熱滅菌、濕熱滅菌、化學藥劑滅菌、射線滅菌和介質過濾除菌等幾種。 在土霉素的生產(chǎn)中，對培養(yǎng)基和發(fā)酵罐主要采用的是濕熱蒸汽滅菌和空氣過濾除菌的方法。 發(fā)酵 這一過程的目的主要是為了使微生物分泌大量的抗生素。發(fā)酵開始前，有關設備和培養(yǎng)基必須先經(jīng)過滅菌，后接入種子。接種量一般為 20%。發(fā)酵周期一般為 194 小時 。發(fā)酵全程 3031℃ 分段培養(yǎng)，通氣量為 。當接種后發(fā)酵 pH低于 時開始通氨，培養(yǎng) 2040 小時，每 4 小時補一次，每次 1015L，控氨水平在 45mg/100ml 以上。根據(jù)發(fā)酵液殘?zhí)侵笛a入總糖，一般在 100 小時前殘?zhí)强刂?%%， 100 小時 150 小時控制 %%， 150 小時至放罐前 6 小時控制在 %。在整個過程中，需要不斷通氣和攪拌，維持一定的罐溫和罐壓，并隔一段時間取樣進行生化分析和無菌試驗，觀察代謝變化、抗生素產(chǎn)生情況和有無雜菌污染。 土霉素的提取生產(chǎn)工藝 流程及各單元操