【正文】 液內(nèi)結(jié)團(tuán)，給連續(xù)發(fā)酵 操作帶來困難。連續(xù)發(fā)酵具有以下優(yōu)點： ①可以維持穩(wěn)定的操作條件，有利于微生物的生長代謝，從而使產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)保持穩(wěn)定；②能夠更有效地實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，降低勞動強(qiáng)度，減少操作人員與病原微生物和毒性產(chǎn)物接觸的機(jī)會；③減少設(shè)備清洗。穩(wěn)定狀態(tài)可以有效地延長分批培養(yǎng)中的對數(shù)期。缺點是：①人力、物力、動力消耗較大；②生產(chǎn)周期較短，由于分批發(fā)酵時菌體有一定的生長規(guī)律，都 要經(jīng)歷延滯期、對數(shù)生長期、穩(wěn)定期和衰亡期，而且每批發(fā)酵都要經(jīng)菌種擴(kuò)大發(fā)酵、設(shè)備沖洗、滅菌等階段； ③生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)上常以體積生產(chǎn)率（以每小時每升發(fā)酵物中代謝產(chǎn)物的 g 數(shù)來表示）來計算效率，在分批發(fā)酵過程中，必須計算全過程的生產(chǎn)率，即時間不僅包括發(fā)酵時間，而且也包括放料、洗罐、加料、滅菌等時間。但從細(xì)胞所處的環(huán)境來看，則明顯改變，發(fā)酵初期營養(yǎng)物過多可能抑制微生物的生長，而發(fā)酵的中后期可能又因為營養(yǎng)物減少而降低培養(yǎng)效率，從 細(xì)胞的增殖來說，初期細(xì)胞濃度低，增長慢，后期細(xì)胞濃度雖高，但營養(yǎng)物濃度過低也長不快，總的生產(chǎn)能力不是很高。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 分批發(fā)酵 營養(yǎng)物和菌種一次加人進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進(jìn)人和尾氣排出，與外部沒有物料交換。 因產(chǎn)天然青霉素法生產(chǎn)工藝較半合成青霉素法簡單，而且采用發(fā)酵罐培養(yǎng)，每批次生產(chǎn)效率高，而半合成法對工藝要求較高，且中間物質(zhì)較多，可能存在 生產(chǎn)中中間體轉(zhuǎn)化不完等因素，而且成本較高，所以本設(shè)計采用天然青霉素的生產(chǎn)方法。側(cè)鏈的引入系將相應(yīng)的有機(jī)酸先用氯化劑制成酰氯，然后根據(jù)酰氯的穩(wěn)定性在水或有機(jī)溶劑中，以無機(jī)或有機(jī)堿為縮合劑，與 6APA 進(jìn)行酰化反應(yīng)。酶反應(yīng)一般在40～ 50 ℃、 pH8～ 10 的條件下進(jìn)行；近年來，酶固相化技術(shù)已應(yīng)用于 6APA 生產(chǎn)，簡化了裂解工藝過程。 半合成青霉素的生產(chǎn)方法 以 6APA 為中間體與多種化學(xué)合成有機(jī)酸進(jìn)行?；磻?yīng)，可制得各種類型的半合成青霉素。濾液在 pH2～ 的條件下，于萃取機(jī)內(nèi)用醋酸丁酯進(jìn)行多級逆流萃取，得到丁酯萃取液，轉(zhuǎn)入 ～ 的緩沖液中，然后再轉(zhuǎn)入丁酯中，將此丁酯萃取液經(jīng)活性炭脫色，加入成鹽劑，經(jīng)共沸蒸餾即可得青霉素 G 鉀鹽。在發(fā)酵過程中需補(bǔ)入苯乙酸前體及適量的培養(yǎng)基。 ① 菌種發(fā)酵：將產(chǎn)黃青霉菌接種到固體培養(yǎng)基上，在 25 ℃ 下培養(yǎng) 7～ 10 天，即可得青霉菌孢子培養(yǎng)物。 生產(chǎn) 工藝 青霉素的生產(chǎn)方法有產(chǎn) 天然青霉素 法和青霉素 半 合成 法。此時發(fā)酵必須結(jié)束，否則不僅會使青霉素受到破壞，還會給發(fā)酵液過濾和提煉帶來困難。 此階段一般又稱為青霉素分泌期或發(fā)酵中期。一般在這個階段，發(fā)酵液中碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)的濃度必須控制在一定范圍內(nèi)，才有利于青霉素合成；如果這些物質(zhì)過多，則只會促進(jìn)菌體生長，抑制青霉素合成；如果這些物 質(zhì)過少，則菌體容易衰老，青霉合成能力也會衰退，對生產(chǎn)不利。這期間以碳源和氮源的分解代謝和青霉素的合成代謝為主，前者的代謝途徑和后者有機(jī)地聯(lián)系在一起，碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)不斷消耗，青霉素不斷合成。 青霉素合成階段 這個階段主要合成青霉素，青霉素的生產(chǎn)速 率達(dá)到最大，并一直維持到青霉素合成能力衰退。當(dāng)達(dá)到菌的臨界濃度時，攝氧率達(dá)到最大，溶解氧降至最小。這個階段主要是碳源（包括糖類、脂肪等）和氮源的分解代謝，以及菌體細(xì)胞物質(zhì)的合成代謝變化，前者的代謝途徑和后者有機(jī)地聯(lián)系在 一起，碳源、氮源和磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)不斷被消耗，新菌體不斷合成。鐵離子對青霉菌有毒害作用，應(yīng)嚴(yán)格控制發(fā)酵液中鐵離子的含量在 30 μ /ml以下。一次加入量不能大于 %，并采用多次加入方式。 ⑵ 氮源 選用玉米漿、玉米餅粉等并補(bǔ)加無機(jī)氮源。 培養(yǎng)基 培養(yǎng)基成分為： ⑴ 碳源 青霉菌能利用多種碳源和乳糖、蔗糖、葡萄糖等。按其在深層培養(yǎng)中菌絲的形態(tài)，可分為球狀菌和絲狀菌。 第二章 工藝設(shè)計 5 第二章 工藝設(shè)計 青霉素的生 產(chǎn)原料 菌種 常用菌種為產(chǎn)黃青霉（ Pen chrysogenum ）。對腸球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、腦膜炎奈瑟菌、白喉棒狀桿菌、炭疽芽孢桿菌、牛型放線菌、念珠狀鏈桿菌、李斯特菌、鉤端螺旋體和梅毒螺旋體對本品敏感。主要用于敏 感菌引起的各種急性感染，如肺炎、支氣管炎、腦膜炎、腹膜炎、心內(nèi)膜炎、膿腫、敗血癥、蜂窩組織炎、乳腺炎、淋病、回歸熱、鉤體病、梅毒、白喉及中耳炎等。優(yōu)點：毒性小，但由于難以分離除去青霉噻唑酸蛋白（微量可能引起過敏反應(yīng)），需要皮試。 對 流感嗜血桿菌 和百日咳鮑特氏菌亦具一定抗菌活性 ， 對梭狀芽孢桿菌屬、消化鏈球菌、 厭氧菌 以及產(chǎn)黑色素擬桿菌等具良好抗菌作用。 對 溶血性鏈球菌 等 鏈球菌屬 ， 肺炎鏈球菌 和不產(chǎn) 青霉素酶 的葡萄球菌具有良好抗菌作用。造成細(xì)胞壁的缺損，使細(xì)菌失去細(xì)胞壁的滲透屏障，對細(xì)菌起到殺滅作用。即 作用 機(jī)理 是干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。現(xiàn)已證明青霉素內(nèi)酞胺環(huán)上的高反應(yīng)性肽鍵受到轉(zhuǎn)肽酶活性部位上絲氨酸殘基的羥基的親核進(jìn)攻形成了共價鍵，生成青霉噻唑酰基 酶復(fù)合物，從而不可逆的抑制了該酶的催化活性。其中肽聚糖是一種含有乙?；?葡萄糖胺和短肽單元的網(wǎng)狀生物大分子，在它的生物合成中需要一種關(guān)鍵的酶即轉(zhuǎn)肽酶。細(xì)胞壁的里面是細(xì)胞膜，膜內(nèi)裹著細(xì)胞質(zhì) ， 青霉素作用于 β內(nèi)酰胺類細(xì)菌的細(xì)胞壁 。 作用機(jī)理 有研究認(rèn)為，青霉素的抗菌作用與抑制細(xì)胞壁的合成有關(guān) [1]。因此青霉素的質(zhì)量單 位為 : 青霉素鈉等于 1 個青霉素單位。 青霉素的單位 目前國際上青霉素活性單位表示方法有兩種：一是指定單位（ unit）；二是活性質(zhì)量（ μg），最早為青霉素規(guī)定的指定單位是： 50mL 肉湯培養(yǎng)基中恰能抑制標(biāo)準(zhǔn)金葡萄菌生長的青霉素量為一個青霉素單位。工業(yè)上應(yīng)用的有 鉀 、 鈉 、普魯卡因、二芐基乙二胺鹽 ，其在水中溶解度很小，且很快失去活性。 青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類 青霉素是 6－氨基青霉烷酸（ 6aminopenicillanic acid， 6APA）苯乙酰衍生物。目前中國青霉素工業(yè)鹽產(chǎn)能已達(dá) 10 萬噸 /年，而每年全球需求量也只有 5— 6 萬噸，將青霉素作為制備其他抗生素母核的原 料，讓絕大部分抗生素品種擺脫了依賴進(jìn)口的局面。中國青霉素工業(yè)鹽的產(chǎn)量從 90 年代的初的約占世界總產(chǎn)量的三分之一逐步增加到目前的 90%以上。 青霉素是中國化學(xué)原料主要品種之一。 青霉素市場分析 目前世界青霉素年需求量為 5 萬噸 左右 ，但直接作為注射劑使用的青霉素 G 和作為口服劑使用的青霉素 V 僅占全部青霉素產(chǎn)品的 20%，另外 3%～ 5%作為 飼料添加劑或 獸藥使用外，大部分青霉素是作為制備 7氨基脫乙酰氧基頭孢烯酸 、 6氨 基青霉素烷或氯亞甲基頭孢烯母核的原料，通過這些母核中間體轉(zhuǎn)化成高附加值產(chǎn)品推向市場。在 此之前，歐洲根本不把亞洲制藥工業(yè)放在眼里，因為當(dāng)時亞洲尚無現(xiàn)代化工業(yè)可言，更何況制藥工業(yè)了。在 1996年得到迅速擴(kuò)展，當(dāng)時全球青霉素原料藥年產(chǎn)銷量達(dá) 4 萬噸左右，其中中國的青霉素在國際市場的份額占到 30%，且出口量猛增。 1945 年，弗萊明、弗洛里和錢恩因 “ 發(fā)現(xiàn)青霉素及其臨床效用 ” 而共同榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。這種 新的藥物對控制傷口感染有 顯著療 效。到了 1943 年，制藥公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了批量生產(chǎn)青霉素的方 式 。 此后一系列臨床實驗證實了青霉素對 白喉桿菌 、 鏈球菌等多種細(xì)菌感染的療效。 1940 年，英國 弗洛里 和 錢恩 進(jìn)一步研究此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉素制品。這意味著霉菌 中 某種分泌物能抑制葡萄球菌。 1928 年，英國細(xì)菌學(xué)家 弗萊明 發(fā)現(xiàn)一個與空氣意外接觸過的金黃色葡萄球菌培養(yǎng)皿中長出了一團(tuán)青綠色霉菌。 20 世紀(jì) 40 年代前， 人們 一直未能掌握一種能高效治療細(xì)菌性感染且副作用小的藥物。 production目錄 III 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... II 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 青霉素的發(fā)現(xiàn) ........................................................................................................... 1 青霉素發(fā)展歷程 ........................................................................................................ 1 青霉素市場分析 ........................................................................................................ 2 青霉素分子結(jié)構(gòu)及分類 ........................................................................................... 2 青霉素的單位 ........................................................................................................... 3 作用機(jī)理 ................................................................................................................... 3 青霉素的應(yīng)用 ........................................................................................................... 4 產(chǎn)品藥理 ................................................................................................................... 4 第二章 工藝設(shè)計 ..................................................................................................................... 5 青霉素的生產(chǎn)原料 ................................................................................................... 5 菌種 ................................................................................................................. 5 培養(yǎng)基 ............................................................................................................. 5 青霉素發(fā)酵過程 ........................................................................................................ 5 菌體生長階段 ................................................................................................. 5 青霉素合成階段 ............................................................................................. 6 菌體自溶階段 ................................................................................................. 6 生產(chǎn)工藝 ......................................................................