青霉素的研究進(jìn)展l論文

1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持5文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯淺談青霉素研發(fā)進(jìn)展 學(xué)生姓名 康樹偉 班 級 生化 1406 專業(yè)名稱 生化制藥技術(shù) 系部名稱制藥工程系指導(dǎo)教師 馬麗鋒提交日期答辯日期河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院年月目錄一、青霉素的開發(fā)歷程 . 二、青霉素結(jié)構(gòu)確定 . 三、青霉素結(jié)構(gòu)與性質(zhì) . 四、青霉素分類 . 五、青霉素的合成 . 六、青霉素的抗菌作用機(jī)制 .七、青霉素抗生素的耐藥性 . 八、青霉素的結(jié)構(gòu)改造 九、 青霉素的生產(chǎn)方法 十、 青霉素使用現(xiàn)狀 十一、結(jié)語 十二、參考文獻(xiàn)文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word

2、 版本可編輯 .歡迎下載支持2文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持5文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯青霉素的研發(fā)進(jìn)展摘要 ：青霉素是第一種能夠治療人類疾病的抗生素 , 在與細(xì)菌作斗爭和保護(hù)人類健康中起 重要作用。 青霉素的出現(xiàn)， 使人類終于有了對抗細(xì)菌感染的特效藥， 在二戰(zhàn)時期歐洲戰(zhàn)場上無 數(shù)傷員因傷口感染化膿而死亡， 當(dāng)時的抗菌良藥磺胺也無濟(jì)于事， 此時青霉素發(fā)揮了它的作用， 挽救了成千上萬傷員的生命。青霉素的發(fā)現(xiàn)， 引發(fā)了醫(yī)學(xué)界尋找抗菌素新藥的高潮， 人類進(jìn)入了合成新藥的時代。 本文

3、 主要對青霉素的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、結(jié)構(gòu)和分類 , 以及青霉素的作用機(jī)制、生產(chǎn)方法和使用現(xiàn)狀等方 面進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞 ：青霉素；青霉素的結(jié)構(gòu)、分類；抗菌作用機(jī)制；生產(chǎn)方法一、青霉素的開發(fā)歷程1928 年 9 月，細(xì)菌學(xué)家亞歷山大 ?弗萊明在英國倫敦圣瑪麗醫(yī)院的一間實(shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)，青 霉菌具有強(qiáng)烈的殺菌作用， 而且就連其培養(yǎng)湯也有較好的殺菌能力。 于是他推論， 真正的殺菌 物質(zhì)一定是青霉菌生長過程的代謝物，并將青霉菌分泌的抑菌物質(zhì)稱為青霉素 1 。并于 1929 年在不列顛實(shí)驗(yàn)病理學(xué)雜志上，發(fā)表了關(guān)于霉菌培養(yǎng)的殺菌作用的研究論文，介紹了 青霉素的殺菌作用等性質(zhì)，由當(dāng)時提取的青霉素雜質(zhì)較多，性質(zhì)不穩(wěn)定，療

4、效不太顯著，人們 沒有給青霉素以足夠的重視。年錢恩、弗洛里等人在檢索文獻(xiàn)時，意外地發(fā)現(xiàn)了弗萊明 10 年前發(fā)表的關(guān)于青霉素 的文章。 他們立刻把所有工作轉(zhuǎn)到對青霉素的專門研究上來。 到了年底， 錢恩終于成功地分離 出像玉米淀粉似的黃色青霉素粉末， 并把它提純?yōu)樗巹?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面， 黃色粉劑稀釋三千萬 倍仍然有效且其抗菌作用比磺胺類藥物還強(qiáng) 9 倍，比弗萊明當(dāng)初提純的青霉素粉末的有效率還 高一千倍，而且沒有明顯的毒性。弗萊明動身趕到牛津會見錢恩和弗洛里，并毫不猶豫地把自己培養(yǎng)了多年的青霉素 產(chǎn)生菌送給了弗洛里，利用這些產(chǎn)生菌，錢恩等人培養(yǎng)出效力更大的青霉素菌株。弗洛里等人四處奔波， 希望英國的

5、藥廠能投產(chǎn)這一大有前途的新藥， 遺憾的是多數(shù)藥廠都 借口戰(zhàn)時困難而置之不理。 最后， 他們帶著滿身的疲憊和殘存的希望， 遠(yuǎn)涉重洋， 來到了美國， 在美國，弗洛里等人終于得到了自己需要的幫助。年 12 月美國軍方宣布青霉素為優(yōu)先制造的軍需品。 伊利諾斯州皮奧里亞的一家工廠 生產(chǎn)了第一批青霉素，但產(chǎn)量少得可憐，因?yàn)榍嗝顾氐纳a(chǎn)工藝十分復(fù)雜。直到 1942 年，人 們發(fā)現(xiàn)了一種來源廣泛又非常便宜的營養(yǎng)液、 和一種生產(chǎn)速度很快的金菌青霉素青霉菌， 而且 找到了一種更為有效的培養(yǎng)方法，使得青霉素的大規(guī)模生產(chǎn)變?yōu)榭赡堋５?1942 年末，有二十 余家美國公司開始大量生產(chǎn)青霉素。青霉素應(yīng)用之初， 不僅一般人

6、對它表示懷疑， 就連多數(shù)醫(yī)務(wù)工作者也不相信它的藥效。 直 到 1944 年，英美聯(lián)軍在諾曼底登陸，開始大規(guī)模地同德國法西斯作戰(zhàn)，受傷士兵越來越多， 對抗菌藥物的需要尤為迫切。 在這次戰(zhàn)爭中， 磺胺藥在醫(yī)治重傷員時效果卻不理想， 而為數(shù)不 多的青霉素填補(bǔ)了磺胺藥的空白， 顯示了較大的威力， 活生生的事實(shí)， 使得醫(yī)護(hù)人員不能不對 青霉素刮目相看 2 。青霉素的發(fā)現(xiàn)是人類取得的一個了不起的成就，為表彰弗萊明等人對人類作出的杰出貢獻(xiàn)， 1945 年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎授予了弗萊明、弗洛里和錢恩三人。1953 年 5 月，中國第一批國產(chǎn)青霉素誕生，揭開了中國生產(chǎn)抗生素的歷史。目前，中國 已成為世界上最大青霉素

7、生產(chǎn)國，青霉素潛在產(chǎn)能 10 萬噸，市場占有率達(dá)到 80%以上。二、青霉素結(jié)構(gòu)的確定自從青霉素被廣泛應(yīng)用以來 , 青霉素的結(jié)構(gòu)便成為眾多化學(xué)家追尋的問題， 科學(xué)家相繼從 自然界中發(fā)現(xiàn)了 6 種青霉素（圖一） 。經(jīng)過眾多化學(xué)家的艱苦研究 , 從各種結(jié)構(gòu)中篩選出了 3 種最為可能的結(jié)構(gòu) （圖 2）。它們分 別是噻唑烷 -噁唑酮結(jié)構(gòu)、三環(huán)結(jié)構(gòu)和 -內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)。1949 年將青霉素的結(jié)構(gòu)確定為 -內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)，青霉素結(jié)構(gòu)的確定距離弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素 已經(jīng)有 21 年3。為了紀(jì)念弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素 , 把他發(fā)現(xiàn)的青霉素命名為青霉素 F。圖 1 自然界中 6 種青霉素及人工合成青霉素 V 的結(jié)構(gòu)圖2 青霉素的

8、3種可能結(jié)構(gòu)三、青霉素結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性質(zhì)青霉素是發(fā)現(xiàn)最早、最卓越的一種 -內(nèi)酰胺類抗生素。青霉素分子中有一個游離的羥基 和酰胺側(cè)鏈，氫化噻唑環(huán)與-內(nèi)酰胺合并構(gòu)成其母核，稱為 6- 氨基青霉烷酸3文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . ( 6-aminopenicillanic acid,簡稱 6-APA)。青霉素的分子結(jié)構(gòu)由側(cè)鏈 RCO與母核 6-APA 兩部分結(jié)合而成。 - 內(nèi)酰胺環(huán)是青霉素的結(jié)構(gòu)活性中心，性質(zhì)活潑，是分子中最不穩(wěn)定部分，易發(fā)生水解 和分子重排，導(dǎo)致 -內(nèi)酰胺環(huán)的破壞而失去抗菌活性。青霉素分子中

9、含有三個手性碳原子， 故具有旋光性。 青霉素中游離的羥基具有一定的酸性， 能與無機(jī)堿或某些有機(jī)堿形成鹽， 青霉 素幾乎不溶于水但其鹽極易溶于水。經(jīng)過研究確定抗菌性能最好 , 也是我們現(xiàn)在最常用的青霉素是青霉素G。青霉素 G，其化學(xué)名稱為 ( 2S, 5R, 6R ) -3, 3-二甲基-6-( 2-苯乙酰氨基 ) -7-氧代-4-硫雜-1-氮雜雙環(huán) 3. 2. 0庚烷-2- 甲酸 。英文名稱為 ( 2S, 5R, 6R ) -3, 3-dimethy l-7-oxo-6- ( 2-pheny lacetyl ) amino -4-thia-1-azabicyclo 3. 2. 0 heptan

10、e-2-carboxylic acid 。分子式為 C16H18N2O44S, 相對分子質(zhì)量為 334. 4, 比旋光度 D20 為+ 269( c= 1, 甲醇)4，其結(jié)構(gòu)式如圖 1所示。圖 3 青霉素 G四、青霉素的分類1928 年發(fā)現(xiàn)青霉素到現(xiàn)在 , 已經(jīng)過去了 80 多年， 截止目前青霉素可分為三代： 第一代青 霉素指天然青霉素，如青霉素 G、F、K 等；第二代青霉素是指以青霉素母核6氨基青霉烷酸( 6APA)改變側(cè)鏈而得到半合成青霉素，如甲氧氨芐青霉素、苯青霉素、羧芐青霉素； 第三代青霉素是母核結(jié)構(gòu)， 它帶有與青霉素相同的內(nèi)酰胺環(huán)， 但不具有四氫噻唑環(huán)， 如硫 霉素、奴卡霉素。青霉素

11、按其特點(diǎn)可分為6 類 5：青霉素 G 類：如青霉素 G 鉀、青霉素 G 鈉、長效西林等。青霉素 V 類：如青霉素 V 鉀等?？辜賳伟嗝顾兀喝玺绕S西林、哌拉西林、替卡西林等。廣譜青霉素：如氨芐青霉素、羥氨青霉素等。耐酶青霉素：如苯唑青霉素、氯唑青霉素等。氮咪青霉素：如美西林及其酯匹美西林等 , 其特點(diǎn)為較耐酶 , 對某些陰性桿菌如克雷 伯氏菌、大腸桿菌和沙門氏菌有效 , 但對綠膿桿菌效果較差。文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持5文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯五、青霉素的合成1579 年 3 月 R.K,Henrylogan 發(fā)表了一篇題

12、目為“ 青霉素 v 的全合成”的報導(dǎo) 6 。1945 年以前，多數(shù)化學(xué)家接受青霉素的結(jié)構(gòu)式是四氫噻吩-噁唑酮結(jié)構(gòu)式 ，如圖 4 所示，第一次成功合成青霉素 7 是依據(jù)四氫噻吩 -噁唑酮結(jié)構(gòu)式設(shè)計的。圖 4 四氫噻吩 - 噁唑酮結(jié)構(gòu)式青霉素（以苯甲基青霉素為代表）的一個主要降解反應(yīng)是堿性水解 , 先生成 D -苯甲基青 霉酸（ D-benzylpenicilloic acid），此化合物不穩(wěn)定，在室溫脫羧成D-苯甲基脫羧青霉酸，再經(jīng)過氯化高汞水溶液的處理，打開四氫噻唑環(huán)，最后生成苯甲基青霉醛和青霉胺，過程如圖5。圖 5 苯甲基青霉醛和青霉胺合成過程首次苯甲基青霉素的合成是用青霉胺與4甲氧甲亞基

13、2苯甲基 5（4）噁唑酮或4-乙氧甲亞基 2苯甲基 5（ 4）噁唑酮縮合而成?？s合分兩步進(jìn)行，首先在吡啶中和在 三乙胺的存在下使 Xa與在 00 縮合 10min,再低溫析離后， 再在吡啶中， 在微量的吡啶酸存 在下，加入少量的二乙胺，在 1300 加熱 7min ，在這樣的條件下所得到的產(chǎn)物中含有不超過 0.1%的苯甲基青霉素的活性，如圖 6 所示 8。圖 6 苯甲基青霉素的合成目前青霉素的生產(chǎn)方法主要是半合成法，利用微生物產(chǎn)生的青霉素?；噶呀馇嗝顾?G 或 V 得到 6-氨基青霉烷酸 （ 6-aminopenicilanic acid, 6APA ） （ 圖 7） , 以其為原料 , 用

14、化學(xué)或生物化 學(xué)等方法將各種類型的側(cè)鏈與其縮合 , 制成各類具有耐酶、 耐酸或廣譜抗菌性質(zhì)的青霉素類抗 生素。圖 7 6- 氨基青霉烷酸的結(jié)構(gòu)化學(xué)半合成法是先將各種前體羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)轷Ｂ然蛩狒?, 然后與 6-氨基青霉烷酸于低溫下 縮合得到青霉素（圖 8）。圖 8 青霉素的半合成法隨著酶催化法合成青霉素工業(yè)發(fā)展日趨成熟， 現(xiàn)在利用酰胺酶裂解青霉素成 6-氨基青霉烷 酸的逆反應(yīng) , 在 pH 5 和適宜的溫度下 , 可使 6氨基青霉烷酸和側(cè)鏈縮合成相應(yīng)的新青霉素9。六、青霉素的抗菌作用機(jī)制黏肽是細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分 , 是細(xì)菌細(xì)胞壁中最堅硬的一層， 它的存在可以維持細(xì)菌細(xì) 胞的外形 ,保持細(xì)菌細(xì)胞壁

15、的通透性。黏膜是敏感細(xì)菌細(xì)胞壁的基礎(chǔ)成分，青霉素的主要作用 就是抑制黏膜的合成， 使細(xì)菌不能形成黏肽， 最終導(dǎo)致細(xì)胞壁不能形成， 使細(xì)菌體無法生成保 護(hù)屏障，內(nèi)外滲透導(dǎo)致菌體腫脹、破裂而被殺滅。青霉素的結(jié)構(gòu)同黏肽的末端結(jié)構(gòu)丙氨酰丙氨酸相似 , 青霉素通過取代丙氨酰丙氨酸與酶 的活性中心結(jié)合 （圖 9），使組成黏肽的多肽不能交聯(lián)形成網(wǎng)狀的黏肽, 從而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁不能形成，最終引起細(xì)菌被溶解而死亡10 。由于細(xì)菌與哺乳動物的細(xì)胞壁有區(qū)別,而青霉素對菌體細(xì)胞壁的選擇性很強(qiáng) ,所以對人而言，青霉素的毒性不大，青霉素對真菌無效，因?yàn)檎婢鷽] 有細(xì)胞壁。圖 9 青霉素的抗菌作用機(jī)制七、青霉素抗生素的耐藥性

16、青霉素的藥效高、毒副作用小且價格便宜 , 成為人們殺菌治病的首選藥物。在上個世紀(jì)的 50 年代，也就是青霉素開始大量在臨床上使用時，一個病人每一次注射青霉素只需要 20 萬單 位，而到了 90 年代，一個病人每一次注射的青霉素需要80 100 萬單位，青霉素用量幾乎增加了近 5 倍，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是細(xì)菌對青霉素出現(xiàn)了耐藥性 111212 。有些致病菌不僅能夠耐藥，而且還產(chǎn)生了破壞青霉素的能力，能夠?qū)⑶嗝顾氐哪负似茐模?使其喪失殺菌活性。細(xì)菌對青霉素類抗生素產(chǎn)生耐藥性主要表現(xiàn)在以下 3 個方面 13 ：PBPS親和力下降PBPS 是與細(xì)菌細(xì)胞壁合成、維持以及肽聚糖結(jié)構(gòu)特征的調(diào)節(jié)等有關(guān)的一組酶

17、。某些細(xì)菌 通過改變 PBPS親和力，改變菌體內(nèi)青霉素結(jié)合蛋白與藥物的親合力，使菌體內(nèi)的青霉素結(jié)合 蛋白參與細(xì)菌的正常分裂繁殖活動受到抑制，從而使其對-內(nèi)酰胺類藥物的敏感度降低，產(chǎn)生耐藥性。- 內(nèi)酰胺酶細(xì)菌對青霉素類抗菌藥的主要耐藥機(jī)制還是-內(nèi)酰胺酶胺酶， 青霉素類藥物在這類酶的 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 作用下，使 -內(nèi)酰胺環(huán)水解開環(huán)，而 -內(nèi)酰胺環(huán)是與 PBPS結(jié)合的活性功能部位，因此 -內(nèi)酰胺環(huán)的破壞使其失去了干擾細(xì)菌細(xì)胞壁合成的功能，細(xì)菌產(chǎn)生-內(nèi)酰胺酶導(dǎo)致細(xì)菌對青霉素抗菌藥物產(chǎn)生耐藥

18、性。通透性某些細(xì)菌通過改變菌體外膜的通透性 , 減少菌體內(nèi)藥物的蓄積， 從而使自身產(chǎn)生耐藥性。八、青霉素的結(jié)構(gòu)改造隨著細(xì)菌對青霉素類抗生素耐藥性的產(chǎn)生， 科學(xué)家們致力于青霉素結(jié)構(gòu)的研究， 希望通過 改變青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)從而減少細(xì)菌對青霉素的耐藥性。在研究青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與藥效關(guān)系中， 發(fā)現(xiàn)青霉素母核 6-APA 是由一個四元環(huán)與一個五 元環(huán)并在一起所組成的分子活性部分，它是青霉素抗菌活性的關(guān)鍵部位，如果四元環(huán)被破壞， 青霉素就失去了抗菌活性。另一部分是與之連接的側(cè)鏈RCO，研究發(fā)現(xiàn)改變側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)，可以增加耐受致病菌破壞的能力和增加母核的穩(wěn)定性， 通過對青霉素的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)改造， 可以達(dá)到 提高青霉

19、素藥效和治療作用的目的 14 。致病菌對經(jīng)過改裝的青霉素的破壞和耐受能力降低，容易被殺死，與原來的青霉素相比， 因?yàn)閭?cè)鏈改變了，原來對青霉素有抗性的致病菌對它有些“面生”不怎么認(rèn)得，于是被稀里糊 涂地殺死了。九、青霉素的生產(chǎn)方法天然青霉素主要通過發(fā)酵來生產(chǎn)， 分為菌種發(fā)酵和提取精制兩個步驟； 半合成青霉素則是 以 6APA 為中間體與多種化學(xué)合成有機(jī)酸進(jìn)行酰化反應(yīng)，制得各種類型的半合成青霉素。發(fā)酵條件下的生長過程：第 1 期：分生孢子萌發(fā)，形成芽管，原生質(zhì)未分化，具有小泡。第 2 期：菌絲繁殖，原生質(zhì)體具有嗜堿性，類脂肪小顆粒。第 3 期：形成脂肪包涵體，機(jī)理貯藏物，沒有空泡，嗜堿性很強(qiáng)。第

20、4 期 ：脂 肪 包 涵 體 形 成 小 滴 并 減 少 ，中 小 空 泡 ，原 生 質(zhì) 體 嗜 堿 性 減 弱 ，開 始 產(chǎn)生抗生素。第 5 期 ：形 成 大 空 泡 ，有 中 性 染 色 大 顆 粒 ，菌 絲 呈 桶 狀 ，脂 肪 包 涵 體 消 失 ，青 霉素產(chǎn)量最高。文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 第 6 期 ：出 現(xiàn) 個 別 自 溶 細(xì) 胞 ，細(xì) 胞 內(nèi) 無 顆 粒 ，仍 然 桶 狀 。釋 放 游 離 氨 ， pH 上 升 。 第 7 期：菌絲完全自溶，僅有空細(xì)胞壁。 鏡檢：規(guī)定時間取樣，顯微鏡觀察 7 個時期的形態(tài)變化，控制發(fā)酵。 14期為

21、菌絲生長期，3期的菌體適宜為種子。 45期為生產(chǎn)期，生產(chǎn)能力最強(qiáng)，通過工程措施，延長此期，獲得高產(chǎn)。 在第六期到來之前結(jié)束發(fā)酵。青霉素生產(chǎn)流程：發(fā)酵工藝過程（1）生產(chǎn)孢子的制備 將砂土保藏的孢子用甘油、葡 萄糖、蛋 白胨組成的培養(yǎng)基進(jìn)行斜面培養(yǎng)，經(jīng)傳 代活 化。最適生長 溫度在 2526 ， 培養(yǎng) 68 天， 得單菌 落，再傳斜面 ，培養(yǎng) 7 天，得斜面孢子。移植到優(yōu)質(zhì)小米或大米固體培養(yǎng)基上，生長 7 天，25，制得小米孢子。 每批孢子必需進(jìn)行嚴(yán)格搖瓶試驗(yàn)，測定效價及雜菌情況。（2）種子罐和發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝種 子 培 養(yǎng) 要 求 產(chǎn) 生 大 量 健 壯 的 菌 絲 體 ，因 此 ，培 養(yǎng) 基 應(yīng)

22、 加 入 比 較 豐 富 的 易 利 用 的碳源和有機(jī)氮源。青霉素采用三級發(fā)酵 一級種子發(fā)酵：發(fā)芽罐.小罐，接入小米孢子后，孢子萌發(fā)，形成菌絲。培養(yǎng) 基 成 分 ：葡 萄 糖 ，蔗 糖 ，乳 糖 ，玉 米 漿 ，碳 酸 鈣 ，玉 米 油 ，消 沫 劑 等 。通 無 菌 空 氣，空 氣流量 1：3（體積 比）；充分?jǐn)嚢?300 350r/min ； 4050 小 時；pH 自 然 ， 溫 度 27 1 。二 級發(fā)酵 罐：繁殖罐 .大 量繁殖。玉米漿、葡 萄糖等。1：1 1.5 ；250 280r/min ； pH 自 然 ， 251 ； 0 14h 。三 級 發(fā) 酵 罐 ： 生 產(chǎn) 罐 。 花

23、生 餅 粉 （ 高 溫 ）， 麩 質(zhì) 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 ， CaCO3 等 。 接種量為 1215% 。青霉素 的發(fā)酵對溶氧 要求極高，通氣 量偏大，通氣比控制 0.71.8 ； 150 200r/min ； 要 求 高 功 率 攪 拌 ， 100 m3 的 發(fā) 酵 罐 攪 拌 功 率 在 200300 Kw，罐 壓 控 制 0.040.05 MPa，于 2526 下 培 養(yǎng) ，發(fā) 酵 周 期 在 200h文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版

24、本可編輯 .歡迎下載支持 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .左 右。前 60h ， pH5.76.3 ， 后 6.36.6 ；前 60h 為 26， 以后 24。發(fā)酵過程控制：反 復(fù) 分 批 式 發(fā) 酵 ， 100m3 發(fā) 酵 罐 ， 裝 料 80m3， 帶 放 6 10 次 ， 間 隔 24h 。 帶 放量 10，發(fā) 酵時間 204h 。發(fā) 酵過 程需連 續(xù)流加 補(bǔ)入葡萄 糖、硫 酸銨以及 前體物 質(zhì)苯乙酸鹽，補(bǔ)糖率是最關(guān)鍵的控制指標(biāo)，不同時期分段控制。在 青 霉 素 的 生 產(chǎn) 中 ，讓 培 養(yǎng) 基 中 的 主 要 營 養(yǎng) 物 只 夠 維 持 青 霉 菌 在 前 40

25、h 生 長 ， 而 在 40h 后 ， 靠 低 速 連 續(xù) 補(bǔ) 加 葡 萄 糖 和 氮 源 等 ， 使 菌 半 饑 餓 ， 延 長 青 霉 素 的 合 成 期，大大提高了產(chǎn)量。所需營養(yǎng)物限量的補(bǔ)加常用來控制營養(yǎng)缺陷型突變菌種， 使代謝產(chǎn)物積累到最大。（ 1） 培 養(yǎng) 基青霉素發(fā)酵中采用補(bǔ)料分批操作法，對葡萄糖、銨、苯乙酸進(jìn)行緩慢流加， 維持一定的最適濃度。葡萄糖的流加，波動范圍較窄，濃度過低使抗生素合成速 度減慢或停止，過高則導(dǎo)致呼吸活性下降，甚至引起自溶，葡萄糖濃度調(diào)節(jié)是根 據(jù) pH，溶氧 或 CO2釋放率 予以調(diào)節(jié) 。碳源的選擇：生產(chǎn)菌能利用多種碳源，乳糖，蔗糖，葡萄糖，阿拉伯糖，甘 露糖

26、，淀 粉和天然油脂 。經(jīng) 濟(jì) 核 算問 題，生 產(chǎn) 成本中 碳源占 12 以上，對 工藝影 響很大 ；糖與 6-APA 結(jié)合形 成糖基-6-APA ， 影響青 霉素的 產(chǎn)量。 葡萄糖、 乳糖結(jié) 合能力強(qiáng)，而且隨時間延長而增加。通常采用葡萄糖和乳糖。發(fā)酵初期，利用快 效的葡 萄糖進(jìn) 行菌絲 生長。當(dāng) 葡萄糖 耗竭后 ，利 用緩 效的乳 糖，使 pH穩(wěn) 定，分 泌 青霉素?？筛鶕?jù)形態(tài)變化，滴加葡萄糖，取代乳糖。目前普遍采用淀粉的酶水解 產(chǎn)物，葡萄糖化液流加。降低成本。 氮源：玉米漿是最好的，是玉米淀粉生產(chǎn)時的副產(chǎn)品，含有多種氨基酸及其前體 苯乙酸和衍生物。玉米漿質(zhì)量不穩(wěn)定，可用花生餅粉或棉籽餅粉取

27、代。補(bǔ)加無機(jī) 氮源。無機(jī)鹽 ：硫、 磷、鎂 、鉀等 。鐵有毒 ，控制 在 30g/ml 以 下。流加控 制：補(bǔ) 糖，根 據(jù) 殘?zhí)恰?pH、尾 氣中 CO2和 O2 含量 。殘 糖 在 0.6 左右，pH 開始升 高時加 糖。補(bǔ) 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(cè)鏈的 前體，直接 摻入青 霉素分 子中。也 具有刺 激青霉素 合成作 用。 但濃度 大于 0.19 時對細(xì) 胞和合成 有毒性 。還 能被 細(xì)胞氧 化。策 略是流加 低濃度 前體， 一次加 入量低 于 0.1% ，保持

28、 供應(yīng)速 率略大 于生物 合成的需 要。（2）溫度一 生長適 宜溫度 30 ，分泌 青霉素 溫度 20。 但 20青霉 素破壞少 ，周期 很長。生 產(chǎn)中采用變溫 控制，不 同階 段不同溫 度。前 期控制 25 26左 右，后 期 降溫控 制 23。過 高則會降 低發(fā)酵 產(chǎn)率，增 加葡萄 糖的維 持消耗 ，降 低葡 萄糖至 青霉素的轉(zhuǎn)化得率。有的發(fā)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(chǎn)階段適當(dāng)降低溫度，以利于青霉素合成。（ 3 ） pH合 成 的 適 宜 pH6.4 6.6 左 右 ， 避 免 超 過 7.0 ， 青 霉 素 在 堿 性 條 件 下 不 穩(wěn) 定 ， 易水解 。

29、緩 沖 能力弱的 培養(yǎng)基 ，pH 降低，意 味著加 糖率過 高造成 酸性中間 產(chǎn)物積 累 。 pH 上 升 ，加 糖 率 過 低 不 足 以 中 和 蛋 白 產(chǎn) 生 的 氨 或 其 他 生 理 堿 性 物 質(zhì) 。前 期 pH 控 制 在 5.76.3 ， 中 后 期 pH 控 制 6.36.6 ， 通 過 補(bǔ) 加 氨 水 進(jìn) 行 調(diào) 節(jié) 。 pH 較 低 時 ， 加 入 CaCO3、 通 氨 調(diào) 節(jié) 或 提 高 通 氣 量 。 pH 上 升 時 ， 加 糖 或 天 然 油 脂 。 一 般 直 接 加 酸或堿自動控制，流加葡萄糖控制。（4）溶氧溶氧 OTR，溶氧水平下降 ，發(fā)酵 產(chǎn)率下降。在 發(fā)

30、酵穩(wěn)定 期，濕 菌濃可 達(dá) 1520% ， 絲狀菌干重約 3%， 球狀菌 干重在 5%左右。另 外，因補(bǔ) 入物料 較多，在發(fā)酵中后期一般每天帶放一次，每次放掉總發(fā)酵液的 10%左右。有絲狀生長和球狀生長兩種。前者由于所有菌絲體都能充分和發(fā)酵液中的基 質(zhì)及氧接觸，比 生產(chǎn)率高，發(fā) 酵粘度低，氣 / 液兩相中氧的傳遞率提高，允 許更多 菌絲生長。球狀菌絲形態(tài)的控制，與碳、氮源的流加狀況，攪拌的剪切強(qiáng)度及稀 釋度相關(guān)。（6）消沫發(fā) 酵 過 程 泡 沫 較 多 ，需 補(bǔ) 入 消 沫 劑 。天 然 油 脂 ：玉 米 油 ；化 學(xué) 消 沫 劑 ：泡 敵 。 少量多次。不適在前期多加入，影響呼吸代謝。青 霉

31、 素 的 發(fā) 酵 過 程 控 制 十 分 精 細(xì) ，一 般 2 h 取 樣 一 次 ，測 定 發(fā) 酵 液 的 pH、菌 濃 、殘 糖 、殘 氮 、苯 乙 酸 濃 度 、青 霉 素 效 價 等 指 標(biāo) ，同 時 取 樣 做 無 菌 檢 查 ，發(fā) 現(xiàn) 染菌 立 即 結(jié) 束 發(fā) 酵 ， 視 情 況 放 過 濾 提 取 ， 因 為 染 菌 后 pH 值 波 動 大 ， 青 霉 素 在 幾個小時內(nèi)就會被全部破壞。在對青霉素合成途徑研究時發(fā)現(xiàn)， 青霉素的合成與賴氨酸合成有關(guān)系， 賴氨酸生物合成的 一個中間體 -氨基己二酸參與青霉素合成，賴氨酸在合成過程中，如果合成多了，會對其本 身的高檸檬酸合成酶產(chǎn)生反饋

32、抑制作用，從而減少-氨基己二酸的生成，間接地抑制青霉素的合成。所以在青霉素發(fā)酵過程中加入-氨基己二酸，可減少賴氨酸的抑制作用，而提高青霉素的產(chǎn)量。近十多年來， 基因工程和代謝工程的發(fā)展， 使青霉素產(chǎn)量得到很大的提高。 目前青霉素合 成途徑與代謝途徑的關(guān)系已經(jīng)研究的十分清楚。 人們可采用基因缺失的辦法將消耗合成青霉素 原料和干擾青霉素合成的代謝旁路的關(guān)鍵基因敲掉， 或抑制相關(guān)基因的表達(dá)， 提高青霉素原料 的利用率， 減少副產(chǎn)物的生成， 進(jìn)一步提高了青霉素的產(chǎn)量。 也可用基因工程方法將控制青霉 素合成途徑的基因， 和合成青霉素途徑中的關(guān)鍵基因轉(zhuǎn)移到青霉素生產(chǎn)菌中， 使合成青霉素的 途徑更順暢，也可

33、提高青霉素合成的產(chǎn)量。十、 青霉素使用現(xiàn)狀臨床中較多研究顯示 15 ，青霉素類抗生素在各類抗生素應(yīng)用中占有相當(dāng)大的比例。青霉 素類抗生素為廣譜抗生素， 治療效果較佳且不良反應(yīng)相對較小。 本類藥物主要作用于細(xì)菌的細(xì) 胞壁， 人類細(xì)胞無細(xì)胞壁故青霉素對人類影響較小，所以其在臨床的應(yīng)用范圍較廣， 又本類藥物的價格合理，故其臨床應(yīng)用率較高。由于抗生素的濫用導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的增加， 人們對抗生素使用的重視程度也提高， 對于其 應(yīng)用的規(guī)范性措施也不斷改進(jìn)及實(shí)施， 但是較多研究顯示， 抗生素濫用及應(yīng)用不合理的情況仍 然普遍存在，在我國，特別是兒童抗生素使用率很高，居高不下16 。青霉素是人類發(fā)明的第一個抗生素，人們把它連同原子彈、雷達(dá)，稱為第二次世界大戰(zhàn)中的三大發(fā) 明。青霉素在第二次世界大戰(zhàn)中拯救了千百萬傷病員。 感染就打青霉素， 這是幾代人的集體記憶。 不過， 近些年來，由于利潤低等原因， 青霉素在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中使用量大幅度減少， 許多社區(qū)醫(yī)院干脆棄用青霉素。有關(guān)調(diào)查顯示，國內(nèi)青霉素注射劑的用量已從 1997 年的第 2 位，退居到 2010 年的第 13 位。 青霉素市場相對萎縮，但其在臨床中的作用是不可替代的，青霉素類抗生素市場前景依然被看好。近年來，國家開始實(shí)施基本藥物制度，醫(yī)生開貴藥和便宜藥沒有差別，斬斷了醫(yī)藥之間利益鏈，隨