現代青霉素生產工藝論文
現代青霉素生產工藝論文【1】
摘要：青霉素是一種常用的抗生素,本文以青霉素發酵生產為主線,簡單論述了從種子的制備到擴大生產至發酵罐這一流程,說明了青霉素發酵生產中各工藝點的控制,以及培養基的滅菌工藝。
關鍵詞：青霉素 滅菌 生產流程 過程控制
抗生素以前被稱為抗菌素,是由微生物或高等動植物在生活過程中所產生的具有抗病原體或其它活性的一類次級代謝產物, 它可以是某些微生物生長繁殖過程中產生的一種物質,除用于治病的抗生素由此直接提取外,還有完全用人工合成或部分人工合成的。
在眾多抗生素類群中,青霉素以療效高、毒副作用小成為人類治療疾病的首選。
1、青霉素的概述
1928年英國細菌學家弗萊明首先發現了世界上第一種抗生素—青霉素,1941年前后英國病理學家霍華德·弗洛里與生物化學家錢恩實現了對青霉素的分離與純化,為今后青霉素的大量使用提供了技術支持。
青霉素是從青霉菌培養液中提制的,青霉素分子中含有青霉烷,能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用,是第一種能夠治療人類疾病的抗生素。
青霉素用于臨床是四十年代初,人們對青霉素進行大量研究后又發現一些青霉素,人們對青霉素進行化學改造,得到了一些有效的半合成青霉素。
根據青霉素菌種的不同,生產能力也有所不同,目前青霉素的生產能力可達66000-80000U/ml。
2、青霉素發酵生產工藝過程
2.1 青霉素生產流程
原料→培養基配制→蒸汽滅菌→一級種子罐←米孢子←斜面母瓶←青霉素菌種
↓
原料→培養基配制→蒸汽滅菌→二級種子罐
↓
原料→培養基配制→蒸汽滅菌→ 發酵罐 →發酵液
↓
帶放罐 →發酵液
2.2 發酵工藝過程
2.2.1 生產孢子的制備
將砂土保藏的菌種孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨組成的培養基進行斜面培養,經傳代活化。
最適生長溫度在25～26℃,培養6～8天,得單菌落,再傳斜面,培養7天,得斜面孢子。
移植到優質小米或大米固體培養基上,生長7天,25℃,制得小米孢子。
2.2.2 種子罐和發酵罐培養工藝
青霉素采用三級發酵。
一級種子發酵:發芽罐接入小米孢子后,孢子萌發,形成菌絲。
充分攪拌250-280r/min;pH自然,溫度25±1℃。
三級發酵罐:生產罐。
培養基成分:花生餅粉(高溫),麩質粉、玉米漿、葡萄糖,尿素,硫酸銨,硫酸鈉、硫代硫酸鈉,磷酸二氫鈉,苯乙酰胺及消泡劑等。
接種量為12～15%。
青霉素的發酵對溶氧要求極高,通氣量偏大,通氣比控制0.7～1.8;攪拌轉速150-200r/min;要求高功率攪拌。
2.2.3 培養基的滅菌
在青霉素生產中一般發酵培養基滅菌方式有連續滅菌和實罐滅菌兩種。
連續滅菌是將配好的培養基用泵打入連消塔,通過高溫蒸汽直接接觸滅菌,在進入維持罐維持5分鐘左右,然后進入冷卻器進行冷卻后進入發酵罐。
在實際生產中實罐滅菌也是比較常用的方法,它是將配制好的培養基用泵打入發酵罐,通入飽和蒸汽加熱,達到滅菌溫度(121℃)后,保溫滅菌約30分鐘,滅菌完畢通入無菌空氣維持罐壓,然后由內蛇管和外盤管通入冷卻水,冷卻到接種溫度,保壓待移種。
2.3 發酵生產過程控制
2.3.1 培養基的組成和補料控制
青霉素發酵中采用補料分批操作法,對葡萄糖、銨、苯乙酸進行緩慢流加,維持一定的最適濃度。
碳源:通常采用葡萄糖和乳糖。
氮源:玉米漿是最好的。
無機鹽:硫、磷、鎂、鉀等。
鐵有毒,控制在30ug/ml以下。
流加控制:補糖,殘糖在0.6%左右,pH開始升高時加糖。
補氮:流加酸酸銨、氨水、尿素,控制氨基氮0.05%。
添加前體:合成階段,苯乙酸及其衍生物,苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可為青霉素側鏈的前體,直接摻入青霉素分子中,但濃度大于0.19%時對細胞有毒性。
策略是流加低濃度前體,一次加入量低于0.1%。
2.3.2 溫度
前期控制在25-26℃左右,有的發酵過程在菌絲生長階段采用較高的溫度,以縮短生長時間,生產階段適當降低溫度,以利于青霉素合成。
2.3.3 PH
控制發酵液的PH是很重要的。
青霉素發酵也只有在合理的PH和溶氧下,生產和發酵才會達到最高效率,前期pH控制在5.7～6.3,中后期pH控制在6.3～6.6,通過補加氨水進行調節。
2.3.4 溶氧
青霉素發酵屬于好氧發酵。
從葡萄糖的氧化的需氧量來看,1mol的葡萄糖徹底氧化分解需6mol的氧,所以不能低于30%飽和溶氧濃度。
通氣比一般為1:0.8VVM。
在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定的罐溫,在整個發酵過程中,需不斷通入無菌空氣并不停地攪拌,以維持一定的罐壓或溶氧。
2.4 菌絲生長速度與形態、濃度
對于每個有固定通氣和攪拌條件的發酵罐內進行的特定好氧過程,都有一個使氧傳遞速率(OTR)和氧消耗率(OUR),在某一溶氧水平上達到平衡的臨界菌絲濃,超過此濃度,OUR>OTR,溶氧水平下降,發酵產率下降。
在發酵穩定期,濕菌濃可達15～20%,絲狀菌干重約3%,球狀菌干重在5%左右。
2.5 消沫
青霉素發酵過程中,由于通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養基中某些成分的分解等都有泡沫產生,過多的持久性泡沫對發酵是不利的,必須補入消沫劑。
通常用的有兩種,一種是天然油脂:玉米油;一種是化學消沫劑:泡敵。
需少量多次滴加。
在前期不適多加入,以免影響呼吸代謝。
2.6 取樣
青霉素的發酵過程控制十分精細,一般2h取樣一次,測定發酵液的pH、菌濃、殘糖、殘氮、苯乙酸濃度、青霉素效價等指標,同時取樣做無菌檢查。
截至2011年年底,我國的青霉素年產量已占世界青霉素年總產量的75%,居世界首位。
隨著對青霉素發酵過程和代謝途徑研究的不斷深入,一定能夠找到適當的方法來解決青霉素合成過程中的阻遏因素,從而大幅提高青霉素的產量。
參考文獻
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[2]莊毅.菌質-中藥的一個新領域[J].中藥新藥與臨床藥理,1992,3(2):49-51.
青霉素生產工藝論文【2】
[摘 要]從醫藥的種類上看，其屬于抗生素的一種，因此，進行青霉素生產工藝的研究和其他抗生素的工藝相類似。
本文主要介紹了青霉素的發酵和生產工藝，詳細地介紹了其生產制備的流程，同時介紹了青霉素發酵生產中的各個工藝點，希望能夠給青霉素制備的相關工作人員提供相應的借鑒和參考，進而提升我國藥品藥物制備工作的科學性和準確性。
[關鍵詞]青霉素;滅菌;生產流程;過程控制
對于抗生素來說，其發展的過程中比較復雜，最開始人們都稱之為抗菌素。
主要是由微生物和動植物產生的代謝產物，也就是某些微生物或高級動植物生長過程中產生的有效物質形式，可以提取其中的抗生素物質，然后經過人工合成等方式提煉而成。
在眾多的抗生素藥物中，青霉素比較常見，而且應用范圍較廣，普及程度也比較高。
而且這種藥物的副作用較小也是一個重要因素。
在實際的應用中，人類主要采用青霉素來作為抗菌藥物，治療疾病。
1、 青霉素的概述
青霉素的發展經歷了較長的發展時期，這種藥物最早產生于20世紀初，多年之后，藥物學家對這種青霉素藥物進行提純和制取，進而實現了青霉素的分離，然后將其進行制取。
這一研究為青霉素以后的應用和發展提供了重要的理論支撐和實踐的依據。
具體來說，青霉素主要是從青霉菌中制取而出，其中含有大量的青霉烷，這種物質對于細菌的繁殖有極大的抑制作用。
因此，這種物質得到了人們的高度認可，作為一種常見的抗生素。
不久，青霉素藥物應用到了臨床的診療中，為了將藥物的效果最大化，在實際的應用中發揮其應有的價值，人們不斷對其進行提純和改造，完成化學的改造。
由于青霉素的種類不盡相同，所以，杜宇不同的青霉素需要采用不同的方式來生產和提純。
2、 青霉素發酵生產工藝過程
2.1 青霉素生產流程
從其生產流程中可以看出，首先要準備好原料，然后進行培養基的制備工作，采用蒸汽法來進行滅菌、殺菌，然后采用一級種子罐。
將其作為主要的原料，采用同樣的方式獲得二級種子罐，繼續制備，指導產生發酵液為止。
這就是青霉素的生產流程。
2.2 發酵工藝過程
2.2.1生產孢子的制備
菌種孢子需要采用砂土的形式來進行制備，同時需要用甘油以及蛋白胨等成分來進行培養，保持菌種的活化性。
具體來說要對保存的溫度進行控制，通常情況下常溫即可。
培養時間通常要控制到一周到10天的范圍內。
經過傳斜面，得到斜面孢子。
可以隨意將其移至到谷類的培養基中，就可得到谷類的孢子。
2.2.2種子罐和發酵罐培養工藝
對于青霉素來說，其發酵過程中可以采用三級發酵的形式，第一級就是種子發酵，將一級種子罐接入到小米孢子中，經過萌芽可以得到菌絲，然后要對其進行均勻的攪拌，大約每分鐘150-180轉，要將酸堿中和指數控制在平穩的狀態下，要保證室內溫度在25℃之內，對于溫度來說可以存在著誤差，但是上下不能相差1℃。
三級發酵罐就是指生產罐。
其中主要的培養成分中包含檸檬酸、白砂糖以及硫酸鎂等等成分。
標準的接種量主要為20%左右。
需要注意的是，青霉素的發酵過程對于氧氣的需求量相對較高，所需的通氣量逐漸增大，因此，相應的培養工作人員需要控制好通氣的比例，同時還要控制好攪拌的速度，這樣才能保證高功率的攪拌。
2.2.3培養菌滅菌
在實際的青霉素生產中，培養菌的方式有很多種，主要有連續滅菌和單批滅菌等形式。
所謂的連續滅菌就是將在準備好的培養基中打入連消塔成分，然后經過高溫或者是高壓的作用進行滅菌，要將這種狀態維持在5分鐘左右，最終將成分放置到冷卻器中進行冷卻，最后將其放置到發酵罐當中。
這種方式由于在制備的過程中比較簡單，所以，得到人們的高度認可。
此種方法對于設備和人員操作要求較高，故在實際生產中單批實罐滅菌是比較常用的方法，它是將配制好的培養基用泵打人發酵罐，通入飽和蒸汽加熱，達到滅菌溫度(121℃)后，保溫滅菌約3分鐘，滅菌完畢通入無菌空氣維持罐壓，然后由內蛇管和外盤管通入冷卻水，冷卻到接種溫度，保壓待移種。
2.3 發酵生產過程控制
青霉素發酵是一種復雜的生物化學反應過程，具有高度的非線性、時變性和不確定性，很難通過數學解析或實驗法得到一個精確的數學模型。
就補料過程而言，隨著發酵的進行，微生物的生長和生物代謝都要求連續不斷地補充營養物質，使微生物沿著優化的生長軌跡生長，以獲得高產的微生物代謝物。
2.3.1培養基的組成和補料控制
青霉素發酵中采用補料分批操作法，對葡萄糖、銨、苯乙酸進行緩慢流加，維持一定的最適濃度。
碳源：通常采用葡萄糖和乳糖。
有機氮源：玉米漿是最好的。
無機鹽：硫、磷、鎂、鉀、鈉等。
鐵有毒，控制在30ug/ml以下。
流加控制：補糖，殘糖在0.6%左右，pH開始升高時加糖。
補氮：流加硫酸銨、氨水，控制氨氮300～800oom。
添加前體：合成階段，苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可為青霉素側鏈的前體，直接摻入青霉素分子中，但濃度大于0.19%時對細胞有毒性。
策略是流加低濃度前體，一次加入量低于0.1%
2.3.2溫度
前期控制在25～26℃左右，有的發酵過程在菌絲生長階段采用較高的溫度，以縮短生長時間，生產階段適當降低溫度，以利于青霉素合成。
目前工業上使用的意大利菌種溫度全程控制在25±0.5℃。
2.3.3pH
控制發酵液的pH是很重要的。
青霉素發酵也只有在合理的pH下，發酵生產才會達到最高效率，前期pH控制在5.7～6.3，中后期pH控制在6.3～6.6，通過補加氨水進行調節。
2.3.4溶氧
青霉素發酵屬于好氧發酵。
從葡萄糖的氧化的需氧量來看，1tool的葡萄糖徹底氧化分解需6ml的氧，所以不能低于30%飽和溶氧濃度。
通氣比一般為1：0.8WM。
在罐的夾層或蛇管中需通冷卻水以維持一定的罐溫，在整個發酵過程中，需不斷通入無菌空氣并不停地攪拌，以維持一定的罐壓從而保證溶氧滿足生產需求。
2.4 菌絲生長速度與形態、濃度
對于每個有固定通氣和攪拌條件的發酵罐內進行的特定好氧過程，都有一個使氧傳遞速率(OTR)和氧消耗率(OUR)，在某一溶氧水平上達到平衡的臨界菌絲濃度，超過此濃度，OUR>OTR，溶氧水平下降，發酵產率下降在發酵穩定期，濕菌濃可達25～35%，絲狀菌干重約3%，球狀菌千重在5%左右。
2.5 消沫
青霉索發酵過程中，由于通氣攪拌、微生物的代謝過程及培養基中某些成分的分解等都有泡沫產生，過多的持久性泡沫對發酵是不利的，必須補人消沫劑。
通常用的有兩種，一種是天然油脂：玉米油、大豆油;一種是化學消沫劑：泡敵。
泡敵消沫作用明顯，但是多加對菌絲體不利，故生產上多使用植物油和泡敵混合方式來消泡，需少量多次滴加。
在前期不適多加入，以免影響呼吸代謝。
2.6 取樣
青霉素的發酵過程控制十分精細，一般6h取樣一次，測定發酵液的pH、菌濃、殘糖、殘氮、苯乙酸濃度、青霉素效價等指標，同時取樣做無菌檢查。
3、結語
截至2011年年底，我國的青霉素年產量已占世界青霉素年總產量的75%，居世界首位。
目前國內青霉素發酵水平比國際水平略低，究其原因主要是設備條件不能完全滿足高產菌種的需要。
隨著對青霉素發酵過程和代謝途徑研究的不斷深入和技術水平的不斷提高，一定能夠找到適當的方法來解決青霉素合成過程中的阻遏因素，從而大幅提高青霉素的產量。
參考文獻
[1]莊毅.菌質一中藥的一個新領域[J].中藥新藥與臨床藥理，1992，3(2)：49-51.
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