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青霉素发酵过程优化控制问题及方法研究1）吴树坤(生物与化学工程学院 2012级生物工程 201210902029) 摘要：本文总结了各种过程优化控制方法的特点及其在青霉素发酵过程优化控制中的应用情况，指出了目前青霉素发酵过程建模和优化控制中存在的主要问题，并在对青霉素发酵过程复杂性进行分析的基础上提出了解决方法。
关键词：青霉素发酵过程，建模方法，优化控制1 引言目前，青霉素是世界各国需求量最大的抗生素，主要是通过微生物发酵法进行生产。
高成本和高能耗是其生产的特征，生产成本中，发酵部分占80％以上。
青霉素发酵过程的控制是在对生产菌的环境条件和代谢变化参数测量的基础上，结合代谢调控的基础理论进行，使产生菌的代谢变化沿着最佳的轨迹进行i以较低的能量和物料消耗生产更多的青霉素[1]。
因此，为了提高青霉素的产量，降低生产成本，对青霉索发酵过程进行优化控制就显得格外重要。
为了对青霉素发酵过程进行优化控制，提高产物产率，研究人员进行了大量的研究，并取得了很好的效果。
与青霉素生产初期相比，青霉素发酵的效价提高了1000多倍，平均生产率提高了40多倍，成本下降了90％[2]。
但由于青霉素是微生物的次级代谢产物，微生物发酵的生化反应过程机理复杂，表现出的动态行为复杂多变，使得目前的各种研究仍存在很大的局限性。
近年来，过程优化控制方法得到了较快的发展。
其在各个生产领域的应用也越来越广泛。
为了更好地对青霉素发酵过程进行优化控制，下面对各种优化控制方法的特点及其在青霉素发酵过程中的应用情况作一介绍，在此基础上指出目前青霉素发酵过程建模和优化控制中存在的主要问题，最后结合对青霉素发酵过程复杂性的分析指出解决途径。
2 青霉素发酵生产中的优化控制问题间歇补料批处理方式是目前我国青霉素生产最主要的生产方式，它在发酵开始时一次加入基础料，在发酵过程中不断流加营养物质，发酵终止时一次移走产物。
在青霉索分批发酵过程中，分泌期产生的青霉素约占总量的70％～80％。
实验二青霉素发酵综合实验（七）发酵罐的操作及控制[实验目的]1、学习发酵过程中发酵控制、取样、流加等一般操作过程。
2、了解和学习自动发酵罐的操作过程和注意事项。
[实验原理]一、发酵控制（一）发酵温度的控制1、一般来说，接种后应适当提高培养温度，以利于孢子的萌发或加快微生物的生长、繁殖，而且此时发酵的温度大多数是上升的。
随着发酵液的温度逐渐上升，发酵液的温度应该控制在微生物的最适生长温度；到主发酵旺盛阶段温度的控制可比最适生长温度低些，即控制在微生物代谢产物合成的最适温度；到发酵的后期，温度出现下降的趋势，直至发酵成熟即可放罐。
2、工业发酵过程一般无须加热，因为释放的发酵热常常超过微生物的最适生长温度，所以需要冷却阶段较多。
通常是利用发酵罐的热交换装置进行降温（如采用夹套或蛇形管进行调温），冬季发酵时空气还需进行加热处理，以便维持发酵的正常温度。
（二）发酵pH值控制首先应根据不同微生物的特性，不仅要控制原始培养基的pH值，而且在整个发酵过程中，必须随时检测pH值的变化情况，根据发酵过程中的pH值变化规律，选用适当的方法对pH值进行调节和控制。
在实际生产中，调节和控制pH值的方法主要有以下几种。
1、调节培养基的原始pH值，或加入缓冲溶液（如磷酸盐）制成缓冲能力强、pH值变化不大的培养基，或使眼泪和碳源的配比平衡。
2、在发酵过程中加入弱酸或弱碱经行pH值调节，进而合理的控制发酵条件；也可通过调整通风量来控制pH值。
3、如果仅用酸或碱调节pH值不能改善发酵情况时，进行补料是一个较好的办法，它既可调节培养基的pH值，又可补充营养，增加培养液的浓度和减少阻遏作用，进一步提高发酵产物产率。
4、采用生理酸性铵盐作为氮源时，可在培养液中加入碳酸钙来调节pH值。
但是碳酸钙的加入量一般都很大，在操作上很容易引起染菌。
因此，此方法在发酵过程中应用布氏太广。
5、在发酵过程中根据pH值的变化可用流加氨水的方法来调节，同行又可把氨水作为氮源供给。
青霉素发酵原理青霉素是一种重要的抗生素，它的发酵生产一直是人们关注的焦点。
青霉素发酵是利用青霉菌在发酵过程中产生青霉素，是一种生物技术生产方法。
青霉素的发酵原理是指在适当的条件下，青霉菌在发酵罐内进行代谢过程，产生青霉素这种有益的化合物。
下面我们将详细介绍青霉素发酵的原理及其相关知识。
首先，青霉素发酵的原理是基于青霉菌的生物代谢过程。
青霉菌是一种真菌，它在适宜的温度、pH值和营养物质条件下，能够进行生长和繁殖。
在发酵罐内，青霉菌通过吸收培养基中的营养物质，进行代谢活动，产生青霉素。
这个过程是一个复杂的生物化学反应过程，需要严格控制发酵条件，以保证青霉菌的生长和代谢活动。
其次，青霉素的发酵过程中，需要控制好发酵罐内的温度、pH值和氧气供应等因素。
温度是影响青霉菌生长和青霉素产生的重要因素，一般控制在28-30摄氏度之间。
pH值的控制也很关键，一般在发酵初期保持在酸性条件下，随着青霉素的产生逐渐转变为中性或微碱性。
此外，氧气的供应也要适量，以保证青霉菌的呼吸代谢和青霉素的产生。
青霉素的发酵原理还涉及到青霉菌的代谢途径和酶系统。
青霉菌在代谢过程中，需要通过不同的代谢途径，从培养基中吸收营养物质，合成青霉素的前体物质，最终产生青霉素。
这个过程中涉及到多种酶的参与，酶是生物体内催化生物化学反应的蛋白质，起着至关重要的作用。
总的来说，青霉素的发酵原理是一个复杂的生物化学过程，需要严格控制发酵条件，保证青霉菌的生长和代谢活动。
青霉素的发酵生产是一个重要的生物技术生产方法，对于青霉素的产量和质量都有着重要的影响。
通过对青霉素发酵原理的深入研究，可以进一步提高青霉素的产量和质量，促进青霉素的发展和应用。
希望通过本文的介绍，能够对青霉素发酵原理有一个更加深入的了解。
针对青霉素发酵过程精细化控制青霉素是一种重要的抗生素，主要是通过微生物发酵法进行生产。
生产成本中，发酵部分占80%以上。
在青霉素发酵的过程中，影响发酵生产水平的因素主要为菌种生产能力和控制力度。
但由于青霉素是微生物的次级代谢产物，青霉素发酵过程是微生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，其生化反应过程机理复杂，表现出的动态行为复杂多变，控制其发酵过程必然是比较复杂的。
种子质量、温度、pH值、溶氧、培养基中碳源、氮源、硫源、前提物质苯乙酸等因素影响青霉素发酵，使得青霉素的发酵过程变得复杂而难以控制。
因此，要想顺利的进行青霉素发酵的工作，就要对发酵过程进行精细化的控制，保障青霉素的整体发酵水平。
本文根据生产实践就青霉素发酵过程精细化控制进行了简要的探究。
标签：青霉素；发酵；精细化控制青霉素发酵从出现至今已经有60余年的历史，青霉素发酵水平随着菌种筛选与改造、自动化水平及工艺控制日渐成熟水平的提高而得到显著的提高。
菌种的生产能力不断提高是青霉素发酵水平提高的最主要的因素。
然而想要发挥出菌种的最大生产能力，主要还是在于对发酵过程的控制，青霉素发酵过程的控制是在对生产菌的环境条件和代谢变化参数测量的基础上，结合代谢调控的基础理论进行，使产生菌的代谢变化沿着最佳的轨迹进行，以较低的能量和物料消耗生产更多的青霉素，因此，为了提高青霉素的产量，降低生产成本，对青霉素发酵过程进行过程进行精细化控制就显得格外重要。
1.1菌种：点青霉菌（哈药集团制药总厂生产用菌种）。
1.2设备：种子罐，15m3；发酵罐，100 m3。
2主要控制参数2.1种子罐：发酵温度27±1℃，空气流量1：0.5～1.0，种子罐周期66—72h。
2.2发酵罐：发酵温度60h前，27℃；60～160h，25℃；160 h后，22～24℃。
空气流量1：0.6～1.2，pH值控制在6.45～6.55，发酵周期200h，发酵过程中连续补入葡萄糖、苯乙酸钠、硫铵、氨水、消沫剂。
青霉素的发酵控制方案姓名：学号：专业：生物化工指导教师：郭学武青霉素的发酵控制方案青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。
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，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。
1.生产菌株：青霉菌2.生产特性：青霉菌属多细胞，营养菌丝体无色、淡色或具鲜明颜色。
菌丝有横隔，分生孢子梗亦有横隔，光滑或粗糙。
基部无足细胞，顶端不形成膨大的顶囊，其分生孢子梗经过多次分枝，产生几轮对称或不对称的小梗，形如扫帚，称为帚状体。
分生孢子球形、椭圆形或短柱形，光滑或粗糙，大部分生长时呈蓝绿色。
有少数种产生闭囊壳，内形成子囊和子囊孢子，亦有少数菌种产生菌核。
菌体的生长发育：①分生孢子的Ⅰ期；②菌丝繁殖，原生质嗜碱性很强，有类脂肪小颗粒产生为Ⅱ期；③原生质嗜碱性仍很强，形成脂肪粒，积累贮藏物为Ⅲ期；④原生质嗜碱性很弱，脂肪粒减少，形成中、小空泡为Ⅳ期；⑤脂肪粒消失，形成大空泡为Ⅴ期；⑥细胞内看不到颗粒，并有个别自溶细胞出现为Ⅵ期。
其中Ⅰ～Ⅳ期称为菌丝生长期，菌丝的浓度增加很多，但产生的青霉素较少，处于该时期的菌丝体适用于做发酵种子。
Ⅳ～Ⅴ期是青霉素分泌期，此时菌丝体生长缓慢，并大量生产青霉素。
3.主要控制参数：培养基：碳源：葡萄糖母液和工业用葡萄糖氮源：玉米浆、花生饼粉、麸质粉、玉米胚牙粉、尿素前体：苯乙酸、苯乙酰胺作为前体，具有毒性，任何时候浓度不能大于0.1%无机盐：S和P Ca Mg K 钾30% 钙20% 镁41% 铁离子铁离子对细胞具有毒害作用加糖控制丝：残糖控制在0.6%左右，PH上升以后开始加糖。
加糖控制：0-72小时0.6-0.8% 72小时放罐0.8-1.0% 加糖率每小时0.07-0.15% 每两小时加一次球：当Ph高于6.5，约20之后开始加糖，根据PH高低酌情。
青霉素发酵操作规程青霉素是一种广泛应用于临床医学的抗生素，其生产主要依赖于霉菌发酵技术。
以下是青霉素发酵操作的规程：一、菌株选取与预处理1. 选择高产的青霉菌株，如青霉菌属（Penicillium）或念珠霉菌属（Aspergillus）。
2. 青霉菌株经过连续传代，筛选得到高产菌株。
3. 青霉菌株在含有20%葡萄糖的培养基中培养，温度为25-30摄氏度，pH为6.0-7.0。
4. 青霉菌株所用的贮藏物和传代培养基要消毒，以防止杂菌污染。
二、发酵培养基的配制1. 培养基的配制可采用以下配方：葡萄糖20g/L，麦芽粉20g/L，酵母粉2g/L，酵母浸粉10g/L，氨盐混合液100ml/L（含无机氮7.5g/L，有机氮1.5g/L），氢氧化锂0.5g/L，乳糖5g/L，氯化钠2g/L，柠檬酸二钠2g/L，硫酸镁 0.5g/L，纯水 1000ml。
2. 上述配方中的成分按比例称取粉末，加入适量纯水溶解，调节pH至6.0-7.0，然后加入适量纯水至最终体积。
三、发酵罐的消毒与接种1. 发酵罐内表面应经过严格的清洁和消毒，如用75%乙醇清洁，然后用蒸汽消毒至121摄氏度，压力为15磅/平方英寸，持续30分钟。
2. 青霉素发酵种子可采用液体或固体发酵培养基接种。
3. 液体接种：用适量的种子培养物接种进入消毒好的发酵罐中，接种量约为发酵罐容积的3-5%。
4. 固体接种：将适量的种子培养物加入消毒好的固体发酵培养基中，然后将其均匀分布在发酵罐内。
四、发酵条件的控制1. 温度控制：发酵初期温度设定为25摄氏度，后期升高至28-30摄氏度，根据青霉菌的生长和代谢情况可调整温度。
2. pH控制：发酵罐内的pH值通常为6.0-7.0，可通过添加适量的无机酸或碱来控制。
3. 溶氧控制：发酵罐内的溶氧量应保持在5-20%之间，可通过调节搅拌速度、气体流速来控制。
4. 搅拌速度：发酵初期的搅拌速度设定为200-300转/分钟，后期可增加至400-500转/分钟。
浅析青霉素发酵的过程特点及其控制方法作者：陈启军来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第10期摘要：青霉素作为微生物发生了次级代谢而产生的一种物质，这种物质对于帮助相关疾病患者进行疾病的治疗拥有着良好的效果，有利于促进患者的身体健康。
当前随着我国技术水平的提升，医院可以通过使用合成技术生成青霉素。
但是由于青霉素的化学结构较为复杂，从而导致在生成青霉素时不仅需要大量的基质，同时还要拥有大量的前体，进而还要确保青霉素的正常发酵，从而通过这种方式，确保青霉素的最终生成。
本文主要对青霉素发酵的过程特点及其控制方法进行了深入的分析，促使青霉素在不断的发酵过程中能够最终生成，并且运用到患者疾病的治疗过程中，最终促使患者身体健康问题的改善。
关键词：青霉素;发酵的特点;控制方式作为一种抗菌素，青霉素的主要使用方式就是帮助患者在进行疾病的治疗过程中产生杀菌作用，对于细菌中的细胞壁拥有极大的破坏。
因此当前在青霉素的使用方面，不仅医院会对其进行使用，同时很多的工业企业在进行工业化的生产期间也会将青霉素运用其中。
但是作为一种帮助患者进行疾病治疗的抗菌素，青霉素还是在大部分的时间内被运用到了临床医疗之中。
通常情况下，为了保证青霉素的正常使用，就需要采取有效的措施进行青霉素的生成，而采取发酵的措施进行青霉素的制作，是这其中主要的生成青霉素的方式。
因此为了做好青霉素发酵的工作，本文主要对青霉素发酵的过程特点及其控制方法进行了深入的探究。
1 青霉素发酵的过程特点在对青霉素进行发酵工作期间，进行青霉素这种产物的生产是整个青霉素发酵过程的关键阶段。
而在进行这方面的工作期间，为了让微生物能够产生和分泌出大量的抗生素，就需要将其放置在大罐之中，只有这样，才能使得青霉素被大量发酵出来。
而在进行青霉素的发酵工作期间，还需要进行以下几个方面的工作：①为通入发酵藏的消毒空气温度、压力、流量：②尾气温度、压力、CO2含量和氧含量：③冷却水进出口温度，冷却水进口压力和流量：④发酵罐温度：⑤发酵过程补料量，等等，而这作为青霉素发酵的过程的主要控制任务，要想保证这些任务的顺利完成，就需要根据青霉素发酵过程的特点进行。
浅析青霉素发酵的过程特点及其控制方法【摘要】青霉素本身是一种微生物次代谢产物，总体上来说，其化学结构十分复杂，和前代产品相比，合成需要较多的基质。
青霉素的生化过程的典型代表就是青霉素的发酵过程，这种过程存在着重复性差和机理复杂的特点，包括葡萄糖浓度和菌丝浓度在内的很多关键参数都无法进行随时监测，所以在发酵过程中，对其进行控制是比较困难的。
【关键词】青霉素；发酵；特点；控制一、青霉素发酵过程生产方式的原料及分类（一）青霉素发酵过程生产方式的原料以产黄青霉菌的JS-8和STP-3(球状结团形态)为菌种，在玉米浆、棉籽粉等基础培养基中进行实验室条件或工厂生产规模发酵，小试在30L发酵罐(MARUBISHI，MSJ-U3)上进行，中试为6吨罐，生产规模为50发酵罐，有关实验数据在中试和生产罐上得到。
大罐的参数检测与控制。
其中第二级计算机(DIMENSION)主要作数据管理用，有两个智能终端(东海0520)，其中NO1终端作数据处理，例如数据保存、间接参数计算、过程显示和人工干预等、NO2终端主要作过程建模、辨识或实施模糊专家系统控制。
（二）青霉素在发酵方式上的分类当前一共有三种方式来进行青霉素的发酵生产，第一种是连续方式，第二种是批操作方式，第三种是间歇补料批处理方式，在我国的青霉素生产中，最重要的生产方式就是间歇补料批处理方式了。
这种处理方式在发酵一开始就直接一次性加入所有的基础料，然后在发酵过程中，一直加入营养物质，在发酵终止之后，一次性移除所有的产物。
青霉素分批发酵的时候，分泌期一共产生大约70%以上的青霉素总量。
为了对青霉素的生长速率进行保障，实验工作人员需要根据青霉素的生长条件进行科学与精细的管理，让青霉素的分泌期得到有效的延长，不仅需要按照生产菌生长习性对生长的环境影响因素进行控制，同时也要对生长的温度与湿度进行精确的掌握，只有将菌群生长的各个条件进行满足，才能让发酵的效果达到理想化，这样条件下生长的菌体可以不易衰老，并且健康，不会轻易被其他菌群给污染到。
子学习情境4 青霉素发酵任务一青霉素的结构和理化性质一、β-内酰胺类抗生素特性和作用机制1.结构特性都含有一个四元的内酰氨环，并通过N与相邻的碳原子和另外一个杂环相稠合。
2.物理性质白色或黄色无定型或结晶性固体。
熔点不明显，具有旋光，酸性形式易溶于有机溶剂，盐易溶于极性溶剂，特别是水。
3.化学性质化学性质活泼，由于稠环的作用，青霉素的内酰胺环很易开环，头孢菌素相对稳定。
4.作用机制通过抑制肽聚糖转肽酶及D-丙氨酸羧肽酶的活性抑制肽聚糖的合成，从而干扰细胞壁的合成。
二发展概况1929 Fleming 首先发现青霉素可抑制葡球菌的生长，但并未获得足够重视1940Florey Chain青霉菌发酵液中提取出了青霉素1945 意大利Brotzu 发现头孢菌素C1958后人工合成半合成青霉素、头孢菌素陆续发现头霉素、克拉维酸、硫霉素、单环β-内酰胺三常用的β-内酰胺类抗生素（一）青霉素：苄青霉素、青霉素V、氨苄西林、替卡西林、甲氧西林、氯唑西林(一)头孢菌素头孢菌素C、头霉素C、头孢力行、头孢克洛、头孢唑啉、头孢西丁、头孢他啶（一）新型β-内酰胺四、天然存在的青霉素青霉素是一族化合物的总称。
分子式：R为侧链，根据R基不同青霉素G C6H5CH2-青霉素X HOC6H4CH2-青霉素F CH3CH2CH=CHCH2-青霉素K CH3(CH2)6-双氢青霉素F CH3(CH2)4-青霉素V C6H5OCH2-五、青霉素的理化性质（一）稳定性干燥纯净的青霉素盐很稳定，有效期都在三年以上，并且对热稳定，如结晶青霉素钾盐在150O C加热1.5小时效价不降低。
青霉素水溶液PH=5-7较稳定。
最稳定的PH为6-6.5。
（一）溶解度青霉素在水中溶解度小，易溶于有机溶剂青霉素盐易溶于水、甲醇（二）降解反应青霉素遇酸、碱、加热易开环，倒是抗菌活性丧失。
详见课本（三）紫外吸收光谱在252nm 257nm 264nm具有弱的吸收峰（四）过敏反应任务二发酵法工艺过程现代抗生素生产绝大多数采用发酵法生产，虽然种类繁多，但其基本过程大致相同。
青霉素发酵过程特点与控制对策作者：贾旭来源：《科学与财富》2016年第10期摘要：青霉素的出现是因为微生物发生了次级代谢，在合成青霉素的时候，需要的基质多，而且还要有大量的前体，这都是因为青霉素的化学结构复杂。
青霉素在发酵也是其生化的过程，在这一过程中，主要的特点就是青霉素不能多次的重复，某些因素都不能检测。
包括一些关键性的因素，例如葡萄糖的浓度等，在不能控制这些参数的时候，就没有办法合理的控制发酵。
关键词：青霉素；发酵；特点；控制青霉素属于抗菌素，其作用是用于杀菌。
青霉素需要从青霉菌中提炼而成，在使用的时候，可以杀掉细菌中的细胞壁，现在很多的工业化生产中也使用了青霉素。
但是青霉素的大量使用主要还是在临床医疗上，让青霉素发挥杀菌的作用，从而医治患者。
使用青霉素越多，就越要关注青霉素的发酵过程，本篇文章主要是讲述了青霉素在发酵过程中的特点还有怎样在这一过程中优化对青霉素的控制。
1、分类青霉素发酵过程的生产方式青霉素发酵过程的生产方式有三种，分别是连续方式、批操作方式和间歇补料批处理方式。
间歇补料批处理方式是目前我国青霉素生产最主要的生产方式，它在发酵开始时一次加入基础料，在发酵过程中不断流加营养物质，发酵终止时一次移走产物。
在青霉素分批发酵过程中，分泌期产生的青霉素约占总量的 70%～80%左右。
可见提高青霉素产量的关键是缩短菌体生长期、延长青霉素分泌期并保持青霉素生产的最大增长率。
因此，我们不仅要按照产生菌的生理特性选择合适的发酵培养基和发酵条件，而且必须根据发酵过程中的代谢变化对培养基和发酵条件进行控制，使菌体生长既迅速又不易衰老，且能保持青霉素的最大生产速率。
在实际生产中，对补料的控制是以固定补料浓度的补料速率作为控制手段。
2、青霉素发酵的过程的主要控制任务还有特点2.1 青霉素发酵的过程的主要控制任务青霉素发酵过程中，产物青霉素的生产是整个青霉素发酵过程的关键阶段，此阶段是在发酵大罐中进行，目的是为了使微生物分泌大量的抗生素。
青霉素发酵的代谢控制青霉素发酵的代谢控制内容摘要：在青霉素发酵过程中，通常通过筛选优良菌株种类，调节菌体的代谢发育和生长等生物过程，给予最适PH、温度、以及发酵液中的碳源和氮源，是生物产量达到最大值。
这些控制条件以及各种生物、理化和工程环境因素对这些过程的影响很大，因此研究菌体的培养规律，外界控制因素和达到最佳效果等问题就成为发酵工程的重要任务。
关键字：青霉素、菌株、代谢、发酵控制一、概述发酵工艺过程不同于化学反应过程。
它既涉及生物细胞的生长、生理和繁殖的生命过程，又涉及微生物细胞分泌的各种酶所催化的生化反应及其影响因素的多酶反应过程，所以发酵是微生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，由于发酵过程的复杂性，控制其过程是比较复杂的。
尤其是控制青霉素等次级代谢产物的发酵。
二、青霉素的用途及主要生产流程青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素作为杀菌药，主要作用于大多数革兰阳性菌、革兰阴性球菌、螺旋体和放线菌。
青霉素阻抑粘肽合成，造成细胞壁缺损。
由于敏感菌菌体内渗透压高，使水分不断内渗，以致菌体膨胀，促使细菌裂解、死亡。
青霉素的杀菌作用特点为：①对革兰阳性菌作用强，对革兰阴性菌作用弱；②对繁殖期细菌有作用对静止期细菌无作用；③因为哺乳类动物和真菌细胞无细胞壁，故青霉素对人毒性小，对真菌无效。
生产流程：冷冻干孢子→琼脂斜面→米孢子→种子罐→发酵罐→过滤→醋酸丁酯提取→脱水脱色→结晶→洗涤晶体→工业盐→菌丝体→综合利用在发酵过程中添加碳源、氮源和前体、消泡剂三、青霉素产生菌的选育1、出发菌株的选择青霉素产生菌主要是产黄青霉51-20和点青霉。
以产黄青霉51-20的菌株为亲株，经不断诱变，目前已获得产青霉素为30000u/ml以上的高产菌株。
青霉菌在固定培养基上具有一定形态特征。
开始生长时，孢子先胀大，长出芽管并急速伸长，形成隔膜，繁殖成菌丝，然后产生复杂的分支，交织成网状而形成菌落。
探讨影响青霉素发酵产率的因素及过程控制王庆起本文以青霉菌为出发菌株，论述了青霉素的发酵生产的一般流程、影响发酵产率的因素及发酵过程控制。
1．青霉素的发酵生产(1) 菌种保存青霉素生产菌种一般在真空冷冻干燥状态下保存其分生孢子［1-2］。
也可以用甘油或乳糖溶液做悬浮剂，在-70℃冰箱或液氮中保存孢子悬浮液或营养菌丝体。
( 2) 青霉素的发酵生产种子制备阶段包括孢子培养和种子培养两个过程，孢子培养以产生丰富的孢子( 斜面的孢子培养) 为目的。
而种子培养以繁殖大量健壮的菌丝体( 种子罐的培养) 为主要目的。
( 3) 青霉素的工艺要点①生产孢子的制备将砂土孢子用甘油、葡萄糖和蛋白胨组成的培养基进行斜面培养后移到大米或小米固体培养基上，于25℃培养7 天到孢子成熟后进行真空干燥，并以这种形式低温保存备用。
②生产种子的制备种子制备时以每吨培养基不少于200 亿孢子的接种量，接种到以葡萄糖、乳糖和玉米浆等为葡萄糖的一级种子罐内，于( 27 + - 1) ℃培养40h 左右，控制通气量为1: 3m3 / ( m3 min) ，搅拌转速为300-350r /m in。
③发酵生产发酵以葡萄糖、花生饼粉、麸质水、尿素、硝酸铵、硫代硫酸钠、苯乙酰胺和碳酸钙为培养基。
发酵阶段的工艺要求如表 1 所列对于分批发酵来说，这一过程又分为菌体生长和产物合成两个阶段。
( 4) 影响发酵产率的因素及过程控制①基质浓度的影响青霉菌能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖、阿拉伯糖、淀粉和天然油脂等。
乳糖是青霉素生长合成的最好碳源，葡萄糖次之，但必须控制其加入浓度，因为它的分解代谢物会抑制抗生素合成酶形成而影响青霉素的合成。
可以采用连续添加葡萄糖的方法来代替乳糖。
在分批发酵中，常常因为前期基质浓度过高对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制，而后期基质浓度低，限制了菌丝生长和产物合成。
为了避免这一现象，在青霉素发酵中，通常采用分批补料操作法，即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加，以维持一定的最适浓度。
实验三青霉素的发酵系列实验一.实验目的1.通过青霉素发酵,对抗生素发酵有一个初步的了解；2.掌握抗生素发酵过程中一些重要生理指标的分析方法。
二、实验原理抗生素产生菌在发酵过程中，利用培养基中的各种营养成分进行一系列的代谢变化，同时分泌出许多的代谢产物。
就菌体代谢类型来说，可分为分解代谢产物和合成代谢产物，而合成代谢产物又分为初级代谢产物和次级代谢产物，抗生素就是次级代谢产物中的一类。
抗生素发酵的过程中生成菌株的代谢研究是提高抗生素产量的一个重要环节，很多工作，如生产菌株的选育、新抗生素的研究、菌株营养要求、发酵调节以及工艺设备的改进等，都与菌株的代谢研究密切相关。
三、实验材料与器材1.菌种产黄青霉2.发酵培养基配方如下:PDA培养基3.金黄色葡萄球菌4.器材：不锈钢小杯（牛津小杯），培养皿，移液枪，三角瓶等。
四、实验方法1.菌种培养将产黄青霉3.546接种到察氏琼脂斜面培养基上,26度培养5~6天备用.2.发酵从察氏斜面培养基上移种环青霉菌孢子,接种到三角瓶发酵培养液中,然后将三角瓶置于冰箱保存，每隔24h取出一瓶,放入摇床。
3.分析、测定青霉菌效价的测定（单位/mL）抗菌物质的微生物测定方法有稀释法、比浊法以及琼脂扩散法。
本实验采用国际上最普遍应用的琼脂平板扩散法来测定青霉素效价。
它是将规格一定的不锈钢小管置于带菌的琼脂平板上，管中加入被测液，在室温中扩散一定时间后放入恒温箱培养。
在菌体生长的同时，被测液（抗生素）扩散到琼脂平板内，抑制周围菌体的生长或杀死周围菌体，从而产生不长菌的透明抑菌圈。
在一定范围内，抗菌物质的浓度（对数值）与抑菌圈直径（数学值）呈直线关系。
4.金黄色葡萄球菌悬液的制备取在传代琼脂培养基上连续培养3~4代的金黄色葡萄球菌，用0.85%的生理盐水洗下，离心沉淀，倾去上层清夜，菌体沉淀后再用生理盐水洗1~2次，最后将菌液稀释至18~21亿个/mL。
或者用光电比色计测定，透光率为20%（波长在650nm）。
青霉素发酵的代谢控制内容摘要：内容摘要：在青霉素发酵过程中，通常通过筛选优良菌株种类，调节菌体的代谢发育和生长等生物过程，给予最适PH、温度、以及发酵液中的碳源和氮源，是生物产量达到最大值。
这些控制条件以及各种生物、理化和工程环境因素对这些过程的影响很大，因此研究菌体的培养规律，外界控制因素和达到最佳效果等问题就成为发酵工程的重要任务。
关键字：关键字：青霉素、菌株、代谢、发酵控制一、概述发酵工艺过程不同于化学反应过程。
它既涉及生物细胞的生长、生理和繁殖的生命过程，又涉及微生物细胞分泌的各种酶所催化的生化反应及其影响因素的多酶反应过程，所以发酵是微生物、化学和工程等学科的理论和技术的综合利用，由于发酵过程的复杂性，控制其过程是比较复杂的。
尤其是控制青霉素等次级代谢产物的发酵。
二、青霉素的用途及主要生产流程青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。
青霉素作为杀菌药，主要作用于大多数革兰阳性菌、革兰阴性球菌、螺旋体和放线菌。
青霉素阻抑粘肽合成，造成细胞壁缺损。
由于敏感菌菌体内渗透压高，使水分不断内渗，以致菌体膨胀，促使细菌裂解、死亡。
青霉素的杀菌作用特点为：①对革兰阳性菌作用强，对革兰阴性菌作用弱；②对繁殖期细菌有作用对静止期细菌无作用；③因为哺乳类动物和真菌细胞无细胞壁，故青霉素对人毒性小，对真菌无效。
生产流程：冷冻干孢子→琼脂斜面→米孢子→种子罐→发酵罐→过滤→醋酸丁酯提取→脱水脱色→结晶→洗涤晶体→工业盐→菌丝体→综合利用在发酵过程中添加碳源、氮源和前体、消泡剂三、青霉素产生菌的选育1、出发菌株的选择青霉素产生菌主要是产黄青霉51-20 和点青霉。
以产黄青霉51-20 的菌株为亲株，经不断诱变，目前已获得产青霉素为30000u/ml 以上的高产菌株。
青霉菌在固定培养基上具有一定形态特征。
开始生长时，孢子先胀大，长出芽管并急速伸长，形成隔膜，繁殖成菌丝，然后产生复杂的分支，交织成网状而形成菌落。
菌落外观有的平坦有的褶皱很多。
在营养分布均匀的培养基中，菌落一般都是圆形的，其边缘或整齐或呈锯齿状或呈扇状。
在发育过程中跟中从气生菌丝大梗和小梗，于小梗上着生分生孢子，排列成链状，形状似毛笔，称为青霉穗。
分生孢子成黄绿色、绿色或蓝色，老了以后变成黄棕色、红棕色和灰色等。
分生孢子有椭圆形、圆柱形、圆形，每种菌种的孢子菌具有一定的形态，多次传代后也不变。
在沉默培养是一般不产生分生孢子。
2、切断支路代谢途径当菌种的初级代谢和次级代谢处于分路途经事，初级代谢产物的营养缺陷型菌株常可使相应的次级代谢产物增产。
有人采用了诱变的方式获得了亮氨酸营养缺陷型菌株结果是青霉素的产量提高了四倍。
青霉素的生物合成受赖氨酸的反馈抑制，这是由于赖氨酸可使高柠檬酸合成受到抑制或阻遏，因侧悬于赖氨酸缺陷突变菌株，通过在培养基中添加赖氨酸，可使青霉素产量明显提高。
3、解除菌体自身的反馈调节选育结构类似物抗性突变株（1）筛选自身耐受性突变株不同活性的菌株，其自身耐受性不同，高产菌株能耐受高浓度的自产抗生素。
为此，可以用自产抗生素来选育高产菌株。
如有人选遇到能耐100000u/ml 青霉素V 的突变菌株，是青霉素的发酵单位提高到约40000u/ml。
这种自身耐受性突变型菌株可能是由于反馈抑制被解除，使青霉素合成酶的活力大为提高，因而促进青霉素V 的合成。
（2）筛选前提或前体类似物抗性突变菌株毒性前提或其类似物对某些微生物的生长产生抑制作用，且可抑制代谢中产物的生物合成。
选育毒性前提及其类似物的抗性菌株，就可以消除他们对微生物生长及其生物合成终产物的抑制作用，提高终产物的产量。
以苯氧基乙酸为青霉素发酵的前体，选用耐1.3%苯氧基乙酸的突变株，青霉素V 的发酵单位可达50000u/ml。
此外选育苯乙酸、苯乙酰胺抗性突变株，也可以明显提高青霉素的产量。
（3）选育营养缺陷型的回复突变株有人采用将原养性菌株诱变成营养缺陷型菌株，再诱变成原养性菌株的途径，获得了比亲株单位高 2 倍的青霉素高产菌株。
当一种初级代谢产物是次级代谢产物而前体时，这种初级代谢产物营养缺陷型的恢复菌株可能是获得高产菌株的一种有效方法。
有人采用了诱变的方法获得了a-氨基乙二酸缺陷的回复突变株，截过是青霉素的产量提高了2.4 倍。
此外选育半胱氨酸缺陷型的回复突变株，异亮氨酸缺陷型回复突变株和苏氨酸缺陷的回复突变株，均可使青霉素的产量大幅度的提高。
4、增加前体物的合成缬氨酸是青霉素合成的前体物。
如前所述，乙酰羟酸合成酶将丙酮酸转变成乙酰乳酸，最后形成缬氨酸。
但是过量的缬氨酸会反馈抑制乙酸羟胺合成酶。
通过诱变选育的产黄青霉的青霉素高产菌株，L-缬氨酸对乙酰羟酸合成酶的反馈抑制比亲株小得多，从而使细胞内积累较多的缬氨酸，结果是青霉素产量大幅度的提高。
5、选育形态突变株在长期的选育过程中，发现青霉菌在产量逐步提高的过程中，菌落直径逐渐变小，菌体表面结构由平坦变为褶皱，孢孢子也逐渐减少。
头孢菌素产生菌在沉默培养基中，呈现菌丝、节孢子、分生孢子等多种形态，菌丝分化期转移至节孢子阶段直接与β-内酰胺抗生素合成的最高速度相吻合。
随着发酵液中节孢子数量的增多，抗生素的活性也增大。
因此通过挑选形态突变株，可获得青霉素高产菌株。
6、其他标记（1）筛选抗生长抑制剂突变株在青霉菌和头孢霉菌选育中，经常应用筛选抗重金属离子突变株的方法。
重金属离子本身有毒性，与青霉素结合能消除毒性，产生抗性菌株，可提高抗生素的产量。
(2)筛选耐消泡剂的菌株在青霉素的生产中，需耗费大量的植物油，为减少植物油的消耗，可以筛选耐合成消泡剂的高产突变株，其方法是在培养基中加入合成消泡剂，挑取耐消泡剂的高产菌株用于生产。
(3)选育细胞膜渗透性良好的菌株有人通过诱变的方法获得了产黄青霉细胞膜渗透性发生改变的突变株，发现其摄取无机硫酸盐的能力比亲株提高了两到三倍，并可减轻了无机硫的调节机制控制，从而有效的转变了半光氨酸，结果青霉素的产量提高了2.4 倍。
(4)构建基因工程菌株前苏联科技工作者利用基因工程技术，将青霉素G 酰化酶基因进行了克隆强化了青霉素生物合成能力，构建出的工程菌株，其青霉素的产量可提高3.3 倍。
四、发酵的优化控制1、碳源青霉素能利用多种碳源，如乳糖、蔗糖、葡萄糖、阿拉伯糖甘露糖、淀粉、天然油脂等乳糖是青霉素生物合成的最好碳源，葡萄糖也是很好的碳源，但必须控制好其加入的浓度，因为葡萄糖容易被菌体氧化并产生抑制抗生素合成酶形成的物质，从而影响青霉素的合成，所以采用连续添加葡萄糖的方法来代替乳糖。
苯乙酸或其衍生物苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可作为青霉素G 的侧链前体。
菌体对前体的利用有两个途径：直接结合到产物分子中，或作为养料和能源利用，即氧化为二氧化碳和水。
前体究竟通过哪个途径被菌体利用，主要取决于培养条件以及所用菌种的特性。
例如早期采用的Q-176 菌株将大部分前体（71%-94%）氧化消耗掉，只有2%-10%转化为青霉素。
而现代工业所用的菌种，前体转化率为46%-90%，为了避免前提加入浓度过大而对菌体有毒害，除基础料加入0.07%的前体外，其余按需要同氮源一起补入。
卢里叶等比较了苯乙酰胺、苯乙酸及苯氧基乙酸的毒性。
除苯氧基乙酸外，苯乙酰胺和苯乙酸的毒性取决于培养集中的PH 和前体浓度。
苯乙酰胺在碱性时有毒，PH8 时抑制霉菌生长；苯乙酸在酸性（PH5.5）时毒性较大，碱性时不抑制菌体生长；当培养基PH 为中性时，苯乙酰胺的毒性大于苯乙酸。
前体用量大于0.1%时，除苯氧乙酸外，青霉素的生物合成均下降，尤其苯乙酰胺。
一般认为，发酵液中前体浓度以始终维持在0.1%为宜。
在碱性条件下，苯乙酸被菌体氧化的速度随培养基的PH 上升而增加。
年幼的菌丝不氧化前体，而仅用它来构成青霉素分子。
随菌龄的增长，氧化能力逐渐增加。
培养及成分对前体的氧化程度有较大影响，合成培养基比复合培养基对前体的氧化量少。
在摇瓶发酵试验中发现，通通气条件差的情况下，微生物氧化前体的能力显著降低。
为了减少苯乙酸的氧化，在生产上多用间歇或连续添加低浓度苯乙酸的方法，以保持前体的供应速率仅略大于生物合成的需要。
据报道，用蔗糖和苯乙酸钠盐压成的片剂对青霉素摇瓶发酵进行间歇补料，这种片剂内含物在溶液缓慢释放，以控制其释放的时间和速度。
采用这一方法，发酵9 天，青霉素单位可高达16150u/ml. 2、PH 在青霉素发酵过程中，PH 是通过下列手段控制的：如PH 过高，则添加糖、硫酸和无机氮源；若PH 较低，则加入CaCO3 、氢氧化钠、氨或尿素，也可利用自动加入酸或碱的方法，使发酵液PH 维持在 6.8~7.2,以提高青霉素的产量。
据报道，用补糖来控制PH 比用酸碱来控制要好。
一种方法是采用恒速补糖，用酸碱来控制PH，另一种方法是根据PH 来补糖，即PH 上升快就多补，PH 下降时就少补，以维持PH 在 6.6~6.9 的范围内。
3、温度青霉菌生长的适宜温度时30℃，而分泌青霉素的适宜温度为20℃左右，生产上采用变温控制法，使之适合不同阶段的需求。
如采用从26℃逐渐降温至22℃的发酵温度，可延缓菌丝衰老，增加培养液的溶氧浓度，延长发酵周期，有利于发酵后期青霉素单位的增长。
Constantinides 等人对青霉素分批发酵进行了研究，并以所得实验数据进行发酵实验：0~56h 维持在27.2℃，然后恒速降温至18.7℃，并维持到184h 最后24h 回复到27.2℃培养。
采用这种变温培养方法比常温25℃培养产量增加了16%。
4、补料发酵过程中除以中间补糖控制糖浓度及PH 外，补加氮源可提高发酵单位。
经实验证实：若在发酵60~70h 开始分次补加硫酸铵，则在90h 后菌丝含氮量几乎不下降，维持在6%~7%，且60%~70%的菌丝处于年幼阶段，菌丝呼吸强度维持在CO2 量为16µl/(mg 菌丝·h),且抗生素的产量下降为零，总产量仅为试验罐得1/2。
因此，为了延长发酵周期，提高青霉素产量，发酵过程分次补加氮源也是有效的措施。
又如在基础料中加入0.05%的尿素，并在补糖时加 2 次尿素，可以扭转发酵液浓度转稀、PH 低和青霉素单位增长慢的情况。
在发酵过程中与料液一起补入表面活性剂，如新洁尔灭50mg/l，或聚氧乙烯、单油酸酯和三油酸酯等非离子表面活性剂也能增加青霉素的产量。
在青霉素发酵过程中加入少量可溶性高分子化合物，如40mg/l 聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、聚二乙胺，能是青霉素产量增加38%.这些物质能够提高产量的原因是：（1）当发酵罐使用较大的搅拌功率和较快的搅拌叶尖速时，这些高分子化合物能使临近搅拌叶的液体速度梯度降低，避免打断菌丝，而且促进氧在培养基中充分溶解的同时还有利于除去CO2。
