硫酸双氢链霉素工艺设计(文献综述)-
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本文由ｍｉｎｇ０５１３０２０２贡献 ｄｏｃ文档可能在ＷＡＰ端浏览体验不佳。建议您优先选择ＴＸＴ，或下载源文件到本机 查看。 吉林化工学院 文 献 综 述 中文题目 中文题目 年硫酸双氢链霉素生产装置（分离系统 系统） ３５０ 吨∕年硫酸双氢链霉素生产 装置（分离系统）工艺 设计 外文题目 ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｄｉｈｙｄｒｏｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｉｎ ｓｕｌｆａｔｅ ｗｉｔｈ ａｎ ａｎｎｕａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ３５０ ｔｏｎｓ 性 质： □毕业设计 □毕业论文 教 学 院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 环境与生物工程学院 生工 ０５０２ 马 晓 明 ０５１３０２０２ 郑 昆 ２００９ 年 ０３ 月 １１ 日 吉林化工学院毕业设计（论文） 摘 要 本文综述了链霉素的国内外制药公司的生产技术水平，发展趋势及工艺研 究、 酶技术的应用。同时对链霉素工业生产的流程：主要是链霉素的发酵和分离 提纯方法 及实际操作中的条件控制方法加以分析论述。 关键词：链霉素 生产技术水平 发展趋 势 发酵 分离提纯 条件控制 Ｉ 吉林化工学院毕业设计（论文） 目 录 摘 要…… Ｉ 前 言…… １ 第 １ 章 国内外链霉素生产及技术水平概况 …… ２ １．２．１ 产量 及出口量…… ２ １．２．２ 生产技术水平…… ２ １．２．３ 产品质量…… ２ １．３ 国内外技术 水平比较和展望 …… ３ １．３．１ 菌种研究…… ３ １．３．２ 发酵工艺研究…… ３ １．３．３ 提炼工艺研究…… ３ １．３．４ 酶技术的工艺研究…… ３ 第 ２ 章 链霉素生产的工艺流 程…… ４ ２．１ 生产菌种 …… ４ ２．１．２ 出发菌株的选择…… ４ ２．１．２ 切断支路代谢 …… ５ ２．１．３ 解除自身的反馈调节…… ５ ２．１．４ 增加前体物的合成…… ５ ２．２、无 菌空气的制备 …… ６ ２．３、发酵工艺 …… ７ ２．３．１ 斜面孢子培养…… ７ ２．３．２ 摇 瓶种子培养…… ７ ２．３．３ 种子罐扩大培养…… ８ ２．３．４ 发酵罐培养…… ８ ２．４ 链霉 素发酵条件及中间控制 …… １１ ２．４．１ 溶氧的影响及控制…… １１ ２．４．２ 温度…… １２ ２．４．３ ｐＨ 值 …… １２ ２．４．４ 泡沫与消沫…… １２ ［１４］ ２．４．５ 中间补料优的化控 制 …… １３ ２．５ 提取及精制 …… １３ ２．５．１ 发酵液的过滤及预处理…… １３ ２．５．２ 提取和精制…… １４ 参考文献…… １６ ＩＩ 吉林化工学院毕业设计（论文） 前 言 链霉素（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｉｎ）是瓦克斯曼〔Ｗａｋｓｍａｎ Ｓ．Ａ．）于 １９４４ 年从灰色链霉 菌 （Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ，ｇｒｉｓｅｕｓ）培养液中分离出来的一种碱性抗生素。链霉素是一种 相当 强的有机碱，也是一种多糖类化合物。其分子结构是由链霉肌、链霉糖和 Ｎ－甲基－Ｌ－ 葡萄糖胺三部分以苷键相联结而成的。链霉素碱稳定性特别差，工业 产品主要是其硫 酸盐形式， 即硫酸链霉素（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｉｎ Ｓｕｌｆａｔｅ）。 链霉素对结核杆 菌有强大抗菌 作用，其最低抑菌浓度（ＭＩＣ）一般为 ０．５ ｍｇ／Ｌ。它对许多革兰氏阴 性菌（Ｇ－）如大肠杆 菌、肺炎杆菌、肠杆菌属、沙门菌属、布鲁菌属等也具抗菌作 用。链霉素对革兰氏阳
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性菌（Ｇ＋）抗菌活性较差。链霉素游离碱为白色粉末。大多 数盐类也是白色粉末或结晶 ，无嗅，味微苦。链霉素在中性溶液中能以三价阳离 子形式存在，所以，可用离子交 换法进行提取。其水溶液比较稳定，但其稳定性 受 ＰＨ 值和温度的影响较大。其硫酸 盐的水溶液在 ＰＨ＝４－７，室温下放置数星期， 仍很稳定，如在冰箱中保存三个月内活 性无变化。 目前抗生素的生产主要是利用微生物发酵来进行，少数采用化学合成的方 法，当然也有的采用化学法或生化法半合成。对于链霉素可由灰色链霉菌发酵生 产 。双氢链霉素可由湿链霉菌产生，但通常以半合成方法生产［１］。 一般认为链霉素是 治疗结核杆菌感染的首选药物，除此以外，还用于治疗革 兰氏阴性菌所引起的泌尿道 感染、结核性脑膜炎，鼠疫，肠道感染，肺炎，败血 症，百日咳等。链毒素的缺点是 容易产生耐药性；长期使用对第八对脑神经有毒 害除了医用外，也有报道将链霉素用 于农牧业的。例我国新疆某生产建设兵团的 农场自 １９８５ 年起应用链霉素治疗菜类瓜 类和粮食等作物的病害， 取得较好效果； 链霉素还可用于猪肺炎， 雏鸡白痢疾、 以及鸡， 鸭， 鹅的巴氏杆菌感染等的治疗。 国内有些厂家将生产的链霉素作为农用 出口，效益较好［２］。 第 １ 章 国内外链霉素生产的研究概况 １．１ 国外生产及技术水平概况 １ 吉林化工学院毕业设计（论文） 国外生产链霉素的有近二十个国家的约三十家制药公司。其中主要的公司 有美 国的默克（Ｍｅｒｅｋ 公司，辉瑞（Ｐｆｉｚｅｒ）公司，施贵宝（Ｓｑｕｉｂｂ）公司，英国的葛兰 素（Ｇ ｌａｘｏ）公司比彻姆（Ｂｅｅｃｈａｍ）公司，德国的赫斯特（Ｈｏｅｅｈｓｔ）公司，法国的罗 纳普朗克 （ＲｈｏｎｅＰｏｕｌｅｎｅ）公司，丹麦的挪佛（Ｎｏｖｏ）公司，日本的协和（Ｋｙｏｗａ） 发酵株式会社等 等。此外还有原苏联，荷兰、印度、保加利亚、西班牙等国家的 一些公司。 由于链 霉索的耳毒性较严重，世界各国的产量和使用量呈逐年下降趋势。如 原苏联 １９７６ 年 链霉素的产量达 １４１５ 吨，１９８７ 年降为 ６００ 吨，１９８９ 年为 ８００ 吨 左右。美国施贵 宝公司和匈牙利的诺因工厂先后于 １９７７ 年和 １９８０ 年停产。目前 国外链霉素的主要 生产企业是美国的辉瑞公司和法国的罗纳普朗克公司。目前 全世界链霉素产量估计在 ２５００ 吨至 ３０００ 吨左右。 １．２ 国内生产及技术水平概况 链霉素是我国较早投入生产的抗生素之一。生产企业曾有十几家，包括杭 州药 厂，扬州制药厂等。近几年仅剩华北制药厂等五家药厂生产。凭借不断的创 新进步和 “质量文化”的传承，目前，华北制药厂链霉素年产年产 １２００ 吨［３］， 占亚洲总产 量 ７５％、世界 ６０％的绝对优势，华胜公司成为目前世界最大的链霉 素生产企业，产量 居世界第一［４］。 １．２．１ 产量及出口量 近十年来，我国链霉素的年产量一直维持在 １０００ 吨以上，在 １９９３ 年以前 国 内产量最大的是华北制药厂，年产量在 ６５０ 吨左右，其次是大连制药厂和山东 济宁 抗生素厂，年产量均在 ２００￣２５０ 吨左右。 １．２．２ 生产技术水平 国内链霉素生产水平近十年来提高不快。以发酵单位为例，１９８２ 年在 １９０００￣２ １０００ｕ／ｍｌ 之间，而 １９９１ 年全国平均水平也仅为 ２１７１５ｕ／ｍｌ。国内水平最 高的是大 连制药厂，１９９１ 年发酵单位 ２２９９０ｕ／ｍ ｌ，生产指数 ０．６９８２ 总收率最高 的是华北制 药厂，１９９１ 年达 ７９．５５％ １．２．３ 产品质量 目前国内所有链霉素生产企业都能达到出口标准，一般认为华北制药广与 ２ 吉林化工学院毕业设计（论文） 上海第四制药厂的质量相对较好。链霉素质最方面的共性问题是：成品色级达不 到新优级品标准，异常毒性偏高一生物效价偏低、澄明度不符合标准等。 １．３ 国内外技术水平比较和展望
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我国链霉素生产最居世界前列。生产技术指标中，发酵水平与英、美公司 比略 显落后（英国葛兰素公司发酵单位 ３００００￣４００００ｕ／ｍｌ，但发酵周期比我国长 １ 倍，提 炼收率高于葛兰素公司，我国处于领先水平。 近几年链霉素工艺技术方面的研究主要 有下列几方面： １．３．１ 菌种研究 主要有链霉素产生菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍ—ｙｃｅｓ ｇｒｌｓｅｕｓ）之质粒研究［１７］。已经证明质粒 与链霉素的生物合成有关，并提出了该菌株质粒 ＤＮＡ 复制的初步棋式。另外还 有原 生质融合，质粒 ＤＮＡ 转化、ＤＮＡ 重组的研究等。 １．３．２ 发酵工艺研究 链霉素 Ｂ（甘露糖链霉素）的抑制，据报道链霉素 Ｂ 的生物恬性仅为链霉素 的五 分之一。一般用培养基中加入氯化钙，天门冬酰胺或者各氨酰胺抑制链霉素 Ｂ 的形成 。 另外也有报道在培养基中加入赖氨酸阻提高链霉素的发酵单位发酵过 程的微机控 制研究一除对罐温，罐压、ｐＨ，糖，氮，溶氧、二氧化碳进行在线 数据控制外，有的 企业还进行连续脉冲补料的应用研究。 １．３．３ 提炼工艺研究 自七十年代至今研究报道甚少。前苏联和东欧国家有一些离子交换动力学 等研 究文章，如氯化钙复盐一离子交换工艺。我国的工艺比英国葛兰素公司的更 为简便， 曾有印度公司对我国工艺有兴趣。国内有些厂家在进行高压反渗透膜分 离技术应用的 研究，据悉可提高提炼总收率 ０．９５％～１．３３％［１８］。内压中空纤维膜 在链霉素发酵 液除菌中的应用也显示了其优点：膜对菌体可 １００％截留，过滤液澄 清，黏度低，杂质少 ，对硫酸链霉素发酵液可取代离心工艺。目前有些厂家在进行 Ｕｌｔｒａ－ｆｌｏ 超滤膜的技 术研究，虽然此工艺还未用于大规模的生产应用，但实验 证明：Ｕｌｔｒａ－ｆｌｏ 超滤膜 的应用，能大大提高链霉素预处理的收率，降低链霉素 的损失，减少产品在母液及其 他废液中的损失，有利环境保护。 １．３．４ 酶技术的工艺研究 ３ 吉林化工学院毕业设计（论文） 据报道，限定量的磷酸盐能诱导链霉索的形成，并导致胞内磷酸醇酶和三 磷酸 腺苷酶的形成。发酵 ２～３ｄ 后，胞外磷酸醑酶和蛋白酶亦在培养液中发现。 当这两 种酶活性高时，链霉索单位也较高。 在菌种选育方面，ＤＮＡ￣（Ｒ—ＤＮＡ）技术在链霉素菌 种选育中也有发展。 ＤＮＡ 重组就是在特定的核苷酸位点用限制性内切酶将一部分 ＤＮ Ａ 从麻分子中 切下来．然后再将不同的 ＤＮＡ 连接在一起，新形成的杂交 ＤＮＡ 再插入 到宿主 微生物细胞中，在宿主细胞中杂交 ＤＮＡ 就象宿主正常基因片段那样进行克隆 化 （复制），继而提高抗生素的产量。 第２章 链霉素生产的工艺流程 ２．１ 生产菌种 放线菌是与人类关系极为密切的一类微生物，它们广泛存在于不同的自然 生态环 境中，很多抗生素和具有生物活性的次级代谢产物均来自放线菌，链霉菌 更是研究的 最多的一类菌种。由于抗生素的滥用和使用不当，临床上耐药菌株不 断出现，甚至出现 超级耐药菌，筛选抗耐药菌的新抗生素或者寻找传统抗生素的替 代品成为新的趋势。 链霉菌的研究主要集中在链霉素及其改良抗生素。筛选能够 抑制耐药菌株的链霉菌是 今后努力的方向［５］。 早期发现产链霉素的菌种是灰色链霉菌， 后来又找到了产链霉 素或其它类 型链霉素族抗生素（如羟基链霉素、双氢链霉素）的菌种。如比基尼链霉 素、灰 肉链霉素等。 灰色链霉菌除产生链霉素族抗生素外还产生其他族抗生素，如 细菌的多肽 类抗生素和杀假丝菌素、 放线酮等物质。 放线酮对酵母和其它真菌有很 强的作用， 但由于毒性大，不能用于治疗人或动物疾病。 根据链霉素生物合成途径 及代谢调节机制，选育链霉素生产菌应从如下几 个方面着手［６］ ２．１．２ 出发菌株的选择 出发菌株多采用灰色链霉菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｇｒｉｓｅｕｓ） 、比基尼链霉菌和灰色 链霉菌等。灰色链霉菌的孢子梗直而短，不呈螺旋形，孢子数量很多，孢子乃断 裂 而成，呈椭圆形，气生菌丝和孢子均呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花型或馒
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性菌（Ｇ＋）抗菌活性较差。链霉素游离碱为白色粉末。大多 数盐类也是白色粉末或结晶 ，无嗅，味微苦。链霉素在中性溶液中能以三价阳离 子形式存在，所以，可用离子交 换法进行提取。其水溶液比较稳定，但其稳定性 受 ＰＨ 值和温度的影响较大。其硫酸 盐的水溶液在 ＰＨ＝４－７，室温下放置数星期， 仍很稳定，如在冰箱中保存三个月内活 性无变化。 目前抗生素的生产主要是利用微生物发酵来进行，少数采用化学合成的方 法，当然也有的采用化学法或生化法半合成。对于链霉素可由灰色链霉菌发酵生 产 。双氢链霉素可由湿链霉菌产生，但通常以半合成方法生产［１］。 一般认为链霉素是 治疗结核杆菌感染的首选药物，除此以外，还用于治疗革 兰氏阴性菌所引起的泌尿道 感染、结核性脑膜炎，鼠疫，肠道感染，肺炎，败血 症，百日咳等。链毒素的缺点是 容易产生耐药性；长期使用对第八对脑神经有毒 害除了医用外，也有报道将链霉素用 于农牧业的。例我国新疆某生产建设兵团的 农场自 １９８５ 年起应用链霉素治疗菜类瓜 类和粮食等作物的病害， 取得较好效果； 链霉素还可用于猪肺炎， 雏鸡白痢疾、 以及鸡， 鸭， 鹅的巴氏杆菌感染等的治疗。 国内有些厂家将生产的链霉素作为农用 出口，效益较好［２］。 第 １ 章 国内外链霉素生产的研究概况 １．１ 国外生产及技术水平概况 １ 吉林化工学院毕业设计（论文） 国外生产链霉素的有近二十个国家的约三十家制药公司。其中主要的公司 有美 国的默克（Ｍｅｒｅｋ 公司，辉瑞（Ｐｆｉｚｅｒ）公司，施贵宝（Ｓｑｕｉｂｂ）公司，英国的葛兰 素（Ｇ ｌａｘｏ）公司比彻姆（Ｂｅｅｃｈａｍ）公司，德国的赫斯特（Ｈｏｅｅｈｓｔ）公司，法国的罗 纳普朗克 （ＲｈｏｎｅＰｏｕｌｅｎｅ）公司，丹麦的挪佛（Ｎｏｖｏ）公司，日本的协和（Ｋｙｏｗａ） 发酵株式会社等 等。此外还有原苏联，荷兰、印度、保加利亚、西班牙等国家的 一些公司。 由于链 霉索的耳毒性较严重，世界各国的产量和使用量呈逐年下降趋势。如 原苏联 １９７６ 年 链霉素的产量达 １４１５ 吨，１９８７ 年降为 ６００ 吨，１９８９ 年为 ８００ 吨 左右。美国施贵 宝公司和匈牙利的诺因工厂先后于 １９７７ 年和 １９８０ 年停产。目前 国外链霉素的主要 生产企业是美国的辉瑞公司和法国的罗纳普朗克公司。目前 全世界链霉素产量估计在 ２５００ 吨至 ３０００ 吨左右。 １．２ 国内生产及技术水平概况 链霉素是我国较早投入生产的抗生素之一。生产企业曾有十几家，包括杭 州药 厂，扬州制药厂等。近几年仅剩华北制药厂等五家药厂生产。凭借不断的创 新进步和 “质量文化”的传承，目前，华北制药厂链霉素年产年产 １２００ 吨［３］， 占亚洲总产 量 ７５％、世界 ６０％的绝对优势，华胜公司成为目前世界最大的链霉 素生产企业，产量 居世界第一［４］。 １．２．１ 产量及出口量 近十年来，我国链霉素的年产量一直维持在 １０００ 吨以上，在 １９９３ 年以前 国 内产量最大的是华北制药厂，年产量在 ６５０ 吨左右，其次是大连制药厂和山东 济宁 抗生素厂，年产量均在 ２００￣２５０ 吨左右。 １．２．２ 生产技术水平 国内链霉素生产水平近十年来提高不快。以发酵单位为例，１９８２ 年在 １９０００￣２ １０００ｕ／ｍｌ 之间，而 １９９１ 年全国平均水平也仅为 ２１７１５ｕ／ｍｌ。国内水平最 高的是大 连制药厂，１９９１ 年发酵单位 ２２９９０ｕ／ｍ ｌ，生产指数 ０．６９８２ 总收率最高 的是华北制 药厂，１９９１ 年达 ７９．５５％ １．２．３ 产品质量 目前国内所有链霉素生产企业都能达到出口标准，一般认为华北制药广与 ２ 吉林化工学院毕业设计（论文） 上海第四制药厂的质量相对较好。链霉素质最方面的共性问题是：成品色级达不 到新优级品标准，异常毒性偏高一生物效价偏低、澄明度不符合标准等。 １．３ 国内外技术水平比较和展望
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我国链霉素生产最居世界前列。生产技术指标中，发酵水平与英、美公司 比略 显落后（英国葛兰素公司发酵单位 ３００００￣４００００ｕ／ｍｌ，但发酵周期比我国长 １ 倍，提 炼收率高于葛兰素公司，我国处于领先水平。 近几年链霉素工艺技术方面的研究主要 有下列几方面： １．３．１ 菌种研究 主要有链霉素产生菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍ—ｙｃｅｓ ｇｒｌｓｅｕｓ）之质粒研究［１７］。已经证明质粒 与链霉素的生物合成有关，并提出了该菌株质粒 ＤＮＡ 复制的初步棋式。另外还 有原 生质融合，质粒 ＤＮＡ 转化、ＤＮＡ 重组的研究等。 １．３．２ 发酵工艺研究 链霉素 Ｂ（甘露糖链霉素）的抑制，据报道链霉素 Ｂ 的生物恬性仅为链霉素 的五 分之一。一般用培养基中加入氯化钙，天门冬酰胺或者各氨酰胺抑制链霉素 Ｂ 的形成 。 另外也有报道在培养基中加入赖氨酸阻提高链霉素的发酵单位发酵过 程的微机控 制研究一除对罐温，罐压、ｐＨ，糖，氮，溶氧、二氧化碳进行在线 数据控制外，有的 企业还进行连续脉冲补料的应用研究。 １．３．３ 提炼工艺研究 自七十年代至今研究报道甚少。前苏联和东欧国家有一些离子交换动力学 等研 究文章，如氯化钙复盐一离子交换工艺。我国的工艺比英国葛兰素公司的更 为简便， 曾有印度公司对我国工艺有兴趣。国内有些厂家在进行高压反渗透膜分 离技术应用的 研究，据悉可提高提炼总收率 ０．９５％～１．３３％［１８］。内压中空纤维膜 在链霉素发酵 液除菌中的应用也显示了其优点：膜对菌体可 １００％截留，过滤液澄 清，黏度低，杂质少 ，对硫酸链霉素发酵液可取代离心工艺。目前有些厂家在进行 Ｕｌｔｒａ－ｆｌｏ 超滤膜的技 术研究，虽然此工艺还未用于大规模的生产应用，但实验 证明：Ｕｌｔｒａ－ｆｌｏ 超滤膜 的应用，能大大提高链霉素预处理的收率，降低链霉素 的损失，减少产品在母液及其 他废液中的损失，有利环境保护。 １．３．４ 酶技术的工艺研究 ３ 吉林化工学院毕业设计（论文） 据报道，限定量的磷酸盐能诱导链霉索的形成，并导致胞内磷酸醇酶和三 磷酸 腺苷酶的形成。发酵 ２～３ｄ 后，胞外磷酸醑酶和蛋白酶亦在培养液中发现。 当这两 种酶活性高时，链霉索单位也较高。 在菌种选育方面，ＤＮＡ￣（Ｒ—ＤＮＡ）技术在链霉素菌 种选育中也有发展。 ＤＮＡ 重组就是在特定的核苷酸位点用限制性内切酶将一部分 ＤＮ Ａ 从麻分子中 切下来．然后再将不同的 ＤＮＡ 连接在一起，新形成的杂交 ＤＮＡ 再插入 到宿主 微生物细胞中，在宿主细胞中杂交 ＤＮＡ 就象宿主正常基因片段那样进行克隆 化 （复制），继而提高抗生素的产量。 第２章 链霉素生产的工艺流程 ２．１ 生产菌种 放线菌是与人类关系极为密切的一类微生物，它们广泛存在于不同的自然 生态环 境中，很多抗生素和具有生物活性的次级代谢产物均来自放线菌，链霉菌 更是研究的 最多的一类菌种。由于抗生素的滥用和使用不当，临床上耐药菌株不 断出现，甚至出现 超级耐药菌，筛选抗耐药菌的新抗生素或者寻找传统抗生素的替 代品成为新的趋势。 链霉菌的研究主要集中在链霉素及其改良抗生素。筛选能够 抑制耐药菌株的链霉菌是 今后努力的方向［５］。 早期发现产链霉素的菌种是灰色链霉菌， 后来又找到了产链霉 素或其它类 型链霉素族抗生素（如羟基链霉素、双氢链霉素）的菌种。如比基尼链霉 素、灰 肉链霉素等。 灰色链霉菌除产生链霉素族抗生素外还产生其他族抗生素，如 细菌的多肽 类抗生素和杀假丝菌素、 放线酮等物质。 放线酮对酵母和其它真菌有很 强的作用， 但由于毒性大，不能用于治疗人或动物疾病。 根据链霉素生物合成途径 及代谢调节机制，选育链霉素生产菌应从如下几 个方面着手［６］ ２．１．２ 出发菌株的选择 出发菌株多采用灰色链霉菌（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ ｇｒｉｓｅｕｓ） 、比基尼链霉菌和灰色 链霉菌等。灰色链霉菌的孢子梗直而短，不呈螺旋形，孢子数量很多，孢子乃断 裂 而成，呈椭圆形，气生菌丝和孢子均呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花型或馒
