青霉素类抗生素的生物制药工艺研究
专业班级生物工程
学号 101454218
姓名汪芳俊
摘要：抗生素指由细菌、霉菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类物质。青霉素的使用使人类战胜了因为各类感染所带来的痛苦，由于抗生素的优良抗菌抗病毒做用，抗生素的使用一直被密切研究，新型抗生素的研发和使用更是意义重大，并且有不可估量的经济效益。通过对抗生素生产工艺的不断学习和研究，本文引以青霉素的生产工艺为例，从而对揭示各类抗生素的工业生产工艺，为抗生素的生产和研究提供指导。
关键词：抗生素；青霉素；生产工艺；提炼；
abstract:, the discovery and use of antibiotics to human health are higher than ever before, because all mankind overcome the pain caused by infection, Since antibiotics do good antibacterial and antiviral use, antibiotic use has been closely studied the development and use of new antibiotics is of great significance, and have immeasurable economic benefits. The term antibiotic production process through the continuous study and research, the paper cited an example to penicillin production process, thus revealing all kinds of antibiotics in industrial production processes for antibiotic production and research guidance.
key words :Antibiotics; penicillin; production process; extraction;
1 前言
抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。是指“在低浓度下即可对某些生物的生命活动有特异抑制作用的化学物质的总称”。它的作用大致有五点：抗细菌感染、治疗肿瘤、抗病原虫、免疫抑制剂、刺激植物生长。现临床常用的抗生素有微生物培养液液中提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。
抗生素的生产目前主要由微生物发酵法进行生物合成，还可将生物合成法制得的抗生素用化学或生化方法进行分子结构改造而制成各种衍生物，称半合成抗生素。抗生素是次级代谢产物，这些产物与微生物的生长繁殖无明显的关系，物质的构造也因微生物种属不同而异，但产生这些物质的代谢过程基本相似。微生物生产抗生素的原理：控制发酵条件，使抗生素产生菌的代谢向合成抗生素的方向发展，从而有利于抗生素的产生。
2 青霉素
2.1 青霉素概述
青霉素又被称为青霉素G、盘尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。但它不能耐受耐药菌株所产生的酶，易被其破坏，主要对革兰氏阳性菌有效。
2.2青霉素的理化性质及应用
2.2.1 稳定性
固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系；
2.2.2溶解度
青霉素游离酸在水中溶解度很小，易溶于有机溶剂如醋酸乙酯、苯、氯仿、丙酮和乙醚中，而其钾盐、钠盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇2.2.3降解反应：
青霉素是很不稳定的化合物，遇酸碱或加热易分解而失去活性，并发生分子重排。
2.2.4紫外吸收
2.2.5过敏反应
2.3作用机制
细胞壁合成中的肽多糖合成的第三阶段肽多糖的D-丙氨酰-D-丙氨
酸二肽类似物竞争性与转肽酶结合，使转肽酶不能催化多肽链之间的交联。生长中的细胞有效，静止细胞无效
2.4天然存在的青霉素
青霉素是一族抗生素的总称，它们是由不同的菌种或扎起不同的培养条件所
得的同一类化学物质，其结构通式如图1.
3
2 H 3
图1.青霉素的结构通式
3 发酵条件下的生长过程
第1期：分生孢子萌发，形成芽管，原生质未分化，具有小泡。
第2期：菌丝繁殖，原生质体具有嗜碱性，类脂肪小颗粒。
第3期：形成脂肪包涵体，机理贮藏物，没有空泡，嗜碱性很强。
第4期：脂肪包涵体形成小滴并减少，中小空泡，原生质体嗜碱性减弱，开始产生抗生素。
第5期：形成大空泡，有中性染色大颗粒，菌丝呈桶状，脂肪包涵体消失，青霉素产量最高。
第6期：出现个别自溶细胞，细胞内无颗粒，仍然桶状。释放游离氨，pH上升。
第7期：菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。
镜检：规定时间取样，显微镜观察7个时期的形态变化，控制发酵。
1－4期为菌丝生长期，3期的菌体适宜为种子。
4－5期为生产期，生产能力最强，通过工程措施，延长此期，获得高产。在第六期到来之前结束发酵。
4 青霉素的发酵工艺及过程
4.1 工艺流程
冷冻管母瓶斜面孢子培养
大米孢子
孢子培养
一级种子瓶
1:2VVM
二级种子罐
25℃,13~15h，
1:5VVM 发酵罐
22~26℃,1：（1~0.8）
VVM,6~7d
放罐
冷却至15℃
提炼图2.青霉素的发酵工艺路线[7]
4.2 生物合成法生产青霉素的工艺过程
4.2.1 生产菌种
1、菌种——产黄青霉菌
2、方法——诱变育种得到高产的菌株
生产菌种是抗生素生物合成的主要基础，它必须具备产量高、性能稳定和容易培养等特点。
为了防止菌种衰退，生产菌种必须以休眠状态保存在砂土管或冷冻干燥管中，并置于0～4℃恒温冰箱，使用时可临时取出，接种后仍须冷藏。
生产菌种一般都严格规定其使用期，一般砂土管为 1 ～2年，生产菌种应不断纯化，淘汰变异菌落，防止衰退。
4.2.2 孢子制备
这是发酵工序的开端，是一个重要环节。其方法将砂土保藏的孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培养，经传代活化。最适生长温度在25~26 ℃，培养6~8天，得单菌落，再传斜面，培养7天，得斜面孢子。移植到优质小米或大米固体培养基上，生长7天，25℃，制得小米孢子。每批孢子必需进行严格摇瓶试验，测定效价及杂菌情况。
4.2.3 种子制备及发酵罐培养工艺
这一过程是使孢子发芽繁殖、以获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐。
种子培养要求产生大量健壮的菌丝体，因此，培养基应加入比较丰富的易利用的碳源和有机氮源。青霉素采用三级发酵：
一级种子发酵：发芽罐.小罐，接入小米孢子后，孢子萌发，形成菌丝。培养基成分：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油，消沫剂等。空气流量1：3（体积比）；充分搅拌300－350r/min；40~50小时；pH自然，温度
