青霉素生产制备工艺模板.doc

毕业论文 总题目： 青霉素生产制备工艺作者：韩伟摘要：关键词：序言正文生产青霉素需经以下步骤:配料、发酵、过滤、提取、结晶、干燥、包装。青霉素 Benzylpenicillin 汉字别名： 青霉素G、青霉素G钾、苄青霉素、苄西林 英文别名： Benzylpenicillin Potassium、Benzylpenicillin Sod.、Crystalline Penicillin G、Penicillin、Penicillin G Potassium、Penicillin G Sod. 生产企业： 药品类别： 青霉素类抗生素 药理药动 药效学 青霉素对多数革兰阳性菌、革兰阴性球菌、部分阴性杆菌(如嗜血杆菌属)、螺旋体和放线菌有抗菌活性，为杀菌剂。青霉索、其它青霉素类和头孢菌素类等-内酰胺抗生素系经过干扰细菌细胞壁合成而产生抗菌作用。过去认为青霉素等抗生素关键作用于细胞壁合成最终阶段-粘肽交叉联合，是一个简单化概念。依据多年来研究结果提醒青霉素结合蛋白(Penicillin bindingproteins， PBPs)是青霉素等-内酰胺抗生素作用靶位；因为青霉素等和 PBPs紧密结合，使前者对细菌细胞壁合成早期阶段也发生抑制作用。PBPs为存在于细菌胞浆膜上蛋白，其数目、分子大小和青霉素等抗生素结合量因细菌菌种不一样而异。以大肠杆菌为例，PBPs共有 7个。 PBPs含有催化粘-肽代谢酶功效，如肽酶反应；也有证据提醒 PBPs是参与细胞壁生物合成、对青霉素敏感酶,如转肽酶、羧肽酶、内肽酶等。 PBP-lB和-1A为使细菌延长最关键蛋白，经青霉素等抗生素作用后可使细菌快速溶解。 PBP-2和控制细菌形态相关，受青霉素作用后,细菌可形成渗透压稳定球形体。PBP-3对细菌细胞中隔形成和细菌分裂相关键作用，对 PBP-3有高度亲协力青霉素可使细菌形成丝状体。药动学 青霉素钾盐或钠盐肌注后，0.5小时达血药峰浓度，肌注 100万单位(600mg)峰浓度为 20uml(12g/ml)，对多数敏感菌有效血药浓度可维持 5小时。新生儿按体重肌注青霉素2.5万单位/kg后，0.5l小时平均血药峰浓度约为 35u/ml(22g/ml)，12小时后即降至1.63.2u/ml。每 2小时静脉注射本品 200万单位或每 3小时注射 300万单位，可取得约32u/ml平均血药浓度。于 5分钟内静脉注射3g(500万单位)青霉素钠，给药后5分钟和10分钟平均血药浓度为 400和 273g/ml，1小时即降至45gml，4小时仅有3.0g/ml。一样剂量青霉素钠于6小时内作静脉滴注时，则 2小时后才取得1220g/ml血药浓度。本品吸收后广泛分布于组织、体液中。胸腹腔和关节腔液中浓度约为血清浓度 50。本品不易透入眼、骨组织、无血供区域和脓肿腔中，易透入至有炎症组织。青霉素可经过胎盘，除在妊娠前 3月羊水中青霉素浓度较低外，通常在胎儿和羊水中皆可取得有效诊疗浓度。本品难以透过血脑屏障，在无炎症脑脊液中浓度仅为血药浓度 l3。在有炎症脑脊液中浓度可达血药浓度 530。在脑膜无炎症时，静脉注射 1.92g青霉素可在脑组织中取得抑制敏感革兰阳性球菌浓度。乳汁中可含有青霉素，其浓度为血药浓度520。青霉素可进入红细胞。如以青霉素作静脉注射，继以恒速静脉滴注，2小时后红细胞中青霉素含量则和血清浓度相等或超出后者。停止给药后，红细胞中青霉素浓度于 5060分钟才降低二分之一。血浆蛋白结合率为 4565。T1/2约为 30分钟，肾功效减退者可延长至 2.510小时，老年和新生儿也较长。新生儿T1/2和体重、日龄相关，体重低于2kg者，7日内和814日新生儿T1/2分别为 4.9和 2.6小时；体重高于 2kg者，7日内和814日T1/2则分别为 2.6和2.1小时。本品约 19在肝内代谢。在肾功效正常情况下，约 70注射量于 6小时内自肾脏排出。青霉素关键经过肾小管排泄，在健康成年人经肾小球排泄者仅占 10左右；但在新生儿，青霉素则关键经肾小球排泄。肌肉注射青霉素300mg(50万单位)后，平均19给药量自尿中以青霉噻唑酸排出。经胆汁排泄青霉素量不多，但胆汁中浓度不低，肌注 600mg青霉素后 24小时胆汁中浓度达峰值，为 1020gml。因为青霉素在下消化道中被产青霉素酶肠道菌所破坏，所以粪便中不含或含极少许青霉素。青霉素可在血液中为血液透析所清除，使血清半衰期缩短，但腹膜透析无此效果。 适 应 症 青霉素适用 A组溶血性链球菌、 B组溶血性链球菌、肺炎球菌、对青霉素 G敏感金葡菌等革兰阳性球菌所致多种感染，如败血症、肺炎、脑膜炎、扁桃体炎、中耳炎、猩红热、丹毒、产褥热等。也用于诊疗草绿色链球菌和肠球菌感染性心内膜炎；梭状芽胞杆菌所致破伤风、气性坏疽、炭疽、白喉、流行性脑脊髓膜炎、李司忒菌病、鼠咬热、梅毒、淋病、雅司、回归热、钩端螺旋体病、奋森咽峡炎、放线菌病等。在风湿性心脏病或先天性心脏病病人进行口腔手术或牙科操作，胃肠道和生殖泌尿道手术或一些操作时，为了预防心内膜炎发生，青霉素也作为首选药品。 使用方法用量 1成人常见量肌内注射，每日80万200万单位，分 34次给药；静脉滴注，每日 200万一1000万单位，分 24次给药。 2小儿常见量肌内注射，每日按体重 2.5万5万单位/kg，分 34次给药。静脉给药每日按体重 5万一20万单位/kg，分 24次。 3，新生儿(足月产)剂量每次按体重 5万单位/kg，肌注或静脉给药，前 2日每 12小时一次，自第 3天至 12周每 8小时一次，以后每6小时一次。 4早产儿剂量第 1周按体重 3万单位/kg，每 12小时一次，24周时每 8小时一次，以后每 6小时一次。 5，肾功效减退病人剂量肾小球滤过率(GFR)为 1015ml/min时，给药间歇自 8小时延长至 812小时或剂量降低 25。当 GFR少于 10mlmin时，给药间歇为 1218小时或剂量减至正常剂量 2560。通常说来病人肾功效损害属轻中度者，使用常规剂量，不给予减量即可，肾功效损害严重者再调整剂量或延长给药时间。 6鞘内注射成人剂量每次不超出 2万单位。小儿尽可能避免使用，单独应用静脉给药即可；如应用时，其剂量为 3000单位。 7肌内注射50万单位青霉素钠或钾，加灭菌注射用水 1ml使溶解；超出 50万单位者则需加灭菌注射用水 2ml，不应以氯化钠注射液作溶剂。静脉给药速度不能超出每分钟 50万单位，以免发生中枢神经系统反应。鞘内注射时，1万单位青霉素溶于 10ml氯化钠注射液或脑脊液，徐缓注入。 制剂和规格注射用青霉素钠(1)0.12g(20万单位)(2)0.24g(40万单位)(3)0.48g(80万单位)(4)0.6g(100万单位) 注射用青霉素钾(1)0.125g(20万单位)(2)0.25g(40万单位)(3)0.5g(80万单位)(4)0.625g(100万单位) 注：每 1mg青霉素钠相当于 1670个青霉素单位；每 1mg青霉素钾相当于 1598个青霉素单位。 肌注,成人一日80-320万单位, 儿童一日3-5万单位/kg,分2-4次给药;重症(如感染心内膜炎,化脓性脑膜炎)适于静滴,成人一日240-万单位, 儿童一日20-40万单位/kg,分4-6次加最少许输液中作间歇快速滴注.钾盐须注意体内血钾浓度和输液钾含量,且滴速不可太快. 不良反应 (1)过敏反应：青霉素毒性虽低，但过敏反应常见，在多种药品中居首位。严重过敏反应过敏性休克(I型变态反应)发生率为 0.0040.04，其病死率可达10。所以，此反应一旦发生，必需就地抢救，立即给病人肌注 0.1肾上腺素0.51ml，必需时以5葡萄糖注射液或氯化钠注射液稀释作静脉注射，临床表现无改善者，半小时后反复一次。心跳停止者，肾上腺素可作心内注射。同时静脉滴注大剂量肾上腺皮质激素，并补充血容量；血压持久不升者给以多巴胺等血管活性药。抗组织胺药可考虑采取，以减轻荨麻疹。有呼吸困难者给予氧气吸入或人工呼吸，喉头水肿显著者，应立即作气管切开。青霉素酶应用意义不大，所以酶虽可破坏青霉素，但对已形成抗原-抗体复合物无作用，而且其本身也可产生过敏反应。 血清病型反应(型变态反应)亦非少见，发生率为 17。其它过敏反应还有溶血性贫血(型变态反应)、药疹、接触性皮炎、间质性肾炎、哮喘发作等。为了预防严重过敏反应发生，用青霉素类前必需具体问询过去病史，包含用药史、是否用过青霉素、有没有易为病人忽略反应症状，如胸闷、瘙痒、面部发麻、发烧等，和有没有个人或家眷有变态反应性疾病等。青霉素皮试对估计过敏性休克起着关键作用，但皮试阴性者不能排除出现反应可能。皮试液采取青霉噻唑-多赖氨酸、青霉素和苄青霉素噻唑酸钠，可能检出过敏反应大小决定簇抗原抗体，正确度高，也比较安全，中国尚无生产。有青霉素过敏史者通常不宜进行皮试，而改用其它药品。如无合适选择药品，必需应用青霉素类时，则须慎重为病人脱敏。 (2)毒性反应：青霉素肌注区可发生周围神经炎。鞘内注射超出 2万单位或静脉滴注大剂量青霉素可引发肌肉阵挛、抽搐、昏迷等反应(青霉素脑病)。此反应多见于婴儿、老年人和肾功效减退病人。青霉素偶可引发致精神病发作，应用普鲁卡因青霉素后部分病人可出现焦虑、发烧、呼吸急促、高血压、心率快、幻觉、抽搐、昏迷等。此反应发生机理不明。 (3)青霉素钾 100万单位(0.625g)含钾离子 1.5mmol(0.066g)，如静脉给大量青霉素钾时，则可发生高钾血症或钾中毒反应。青霉素钠 100万单位(0.6g)含钠离予 1.7mmol(0.039g)，大剂量给后，尤其是在肾功效减退或心功效不全病人，可造成高钠血症。每日给病人 1亿单位青霉素钠后，少数病人出现低血钾症，代谢性碱中毒和高钠血症。 (4)赫氏反应和诊疗矛盾：用青霉素诊疗梅毒或其它感染时可有症状加剧现象，称赫氏反应。诊疗矛盾也见于梅毒病人，系因为诊疗后梅毒病灶消炎过快，但组织修补过迟，或纤维组织收缩，妨碍器官功效所致。 (5)二重感染：青霉素诊疗期间可出现耐青霉素金葡菌、革兰阴性杆菌或白念珠菌感染，念珠菌过分繁殖可使舌苔呈棕色甚至黑色。 可能引发过敏反应: 皮疹,药热,面部潮红或苍白,气喘,心悸,胸闷,腹痛,过敏性休克.大剂量可出现神经精神症状,如幻觉,抽搐,昏睡,知觉障碍等. 极大剂量可致惊厥,电解质紊乱,溶血性贫血,脉管炎.也可引发急性肾衰.老年患者可有中枢神经中毒反应. 禁忌症 (1)交叉过敏反应：病人对一个青霉素过敏者可能对其它青霉素过敏，也可能对青霉胺或头孢菌素过敏。 (2)青霉素类可经乳汁排出，乳母应用青霉素虽尚无发生严重问题汇报，但乳母应用仍须权衡利弊，因为乳母采取青霉素后可使婴儿致敏。 (3)下列情况应慎用；病人有哮喘、湿疹、枯草热、荨麻疹等过敏性疾病史者；肾功效严重损害时。 老年患者可有中枢神经中毒反应. 药品相互作用 (1)氯霉素、红霉素、四环素类、磺胺药等抑菌剂可干扰青霉素杀菌活性，不宜和青霉素类适用，尤其是在诊疗脑膜炎或急需杀菌作用严重感染时。 (2)丙磺舒、阿司匹林、吲哚美辛、保泰松、磺胺药可降低青霉素类在肾小管排泄，所以使青霉素类血药浓度增高，而且维持较久，血清半衰期延长，毒性也可能增加。 (3)青霉素钾或钠和重金属，尤其是铜、锌和汞呈配伍禁忌，因后者可破坏青霉素氧化噻唑环。由锌化合物制造橡皮管或瓶塞也可影响青霉素活力。呈酸性葡萄糖注射液或四环素注射液皆可破坏青霉素活性。青霉素也可为氧化剂或还原剂或羟基化合物灭活。 (4)青霉素静脉输液加入头孢噻吩、林可霉素、四环素、万古霉素、琥乙红霉素、两性霉素B、去甲肾上腺素、间羟胺、苯妥英钠、盐酸羟嗪、丙氯拉嗪(prochlorporazine)、异丙嗪、维生素B族、维生索 C等后将出现混浊。 (5)青霉素可加强华法林作用。过程青霉素生产工艺过程一、青霉素发酵工艺过程1、工艺步骤（1）丝状菌三级发酵工艺步骤冷冻管（25C，孢子培养，7天）斜面母瓶（25C，孢子培养，7天）大米孢子（26C，种子培养56h,1:1.5vvm）一级种子培养液（27C，种子培养，24h,1:1.5vvm）二级种子培养液（2726C,发酵,7天,1:0.95vvm）发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺步骤冷冻管（25C，孢子培养，68天）亲米（25C，孢子培养，810天）生产米（28C，孢子培养，5660h,1:1.5vvm）种子培养液（2625-24C，发酵，7天，1：0.8vvm）发酵液。2、工艺控制（1）影响发酵产率原因基质浓度 在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏（或抑制）或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖和钱阻遏或抑制 , 苯乙酸生长抑制）, 以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取补料分批操作法 , 即对轻易产生阻遏、抑制和限制作用基质进行缓慢流加以维持一定最适浓度。这里必需尤其注意是葡萄糖流加 , 因为即使是超出最适浓度范围较小波动 , 全部将引发严重阻遏或限制 , 使生物合成速度减慢或停止。现在 , 糖浓度检测尚难在线进 行 , 故葡萄糖流加不是依据糖浓度控制 , 而是间接依据pH 值、溶氧或 C02 释放率给予调整。（2）温度 青霉素发酵最适温度随所用菌株不一样可能稍有差异 , 但通常认为应在25 C 左右。温度过高将显著降低发酵产率 , 同时增加葡萄糖维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说 , 最适温度不是一样, 通常前者略高于后者, 故有发酵过程在菌丝生长阶段采取较高温度，以缩短生长时间, 抵达生产阶段后便合适降低温度 , 以利于青霉素合成。（3） pH 值 青霉素发酵最适 pH 值通常认为在 6. 5 左右 , 有时也能够略高或略低部分 , 但应尽可能避免 pH 值超出7.0, 因为青霉素在碱性条件下不稳定, 轻易加速其水解。在缓冲能力较弱培养基中, pH 值改变是葡萄糖流加速度高低反应。过高流加速率造成酸性中间产物积累使 pH 值降低； 过低加糖速率不足以中和蛋白质代谢产生氨或其它生理碱性物质代谢产生碱性化合物而引发 pH 值上升。（4）溶氧 对于好氧青霉素发酵来说 , 溶氧浓度是影响发酵过程一个关键原因。当溶氧浓度降到 30% 饱和度以下时, 青霉素产率急剧下降, 低于 10% 饱和度时, 则造成不可逆损害。溶氧浓度过高 , 说明菌丝生长不良或加糖率过低, 造成呼吸强度下降, 一样影响生产能力发挥。溶氧浓度是氧传输和氧消耗一个动态平衡点, 而氧消耗和碳能源消耗成正比, 故溶氧浓度也可作为葡萄糖流加控制一个参考指标。（5）菌丝浓度 发酵过程中必需控制菌丝浓度不超出临界菌体浓度, 从而使氧传输速率和氧消耗速率在某一溶氧水平上达成平衡。青霉素发酵临界菌体浓度随菌株呼吸强度 (取决于维持因数大小, 维持因数越大,呼吸强度越高) 、发酵通气和搅拌能力及发酵流变学性质而异。呼吸强度低菌株降低发酵中氧消耗速率，而通气和搅拌能力强发酵罐及黏低发酵液使发酵中传氧速率上升, 从而提升临界菌体浓度。（6）菌丝生长速度 用恒化器进行发酵试验证实，在葡萄糖限制生长条件下，青霉素比生产速率和产生菌菌丝比生长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时，比生产速率和比生长速率成正比, 当比生长速率高于 O. 015h-1时, 比生产速率和比生长速率无关 D 所以, 要在发酵过程中达成并维持最大比生产速率, 必需使比生长速率不低0.015h-1 。这一比生长速率称为 临界比生长速率。对于分批补料发酵生产阶段来说, 维持0.015h斗临界比生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍, 这在实际工业生产中是极难实现。实际上 , 青霉素工业发酵生产阶段控制比生长速率要比这一理论临界值低得多, 却仍然能达成很高比生产速率。这是因为工业上采取补料分批发酵过程不停有部分菌丝自溶, 抵消了一部分生长, 故即使表观比生长速率低, 但真比生长速率却要高部分。（7）菌丝形态 在长久菌株改良中 , 青霉素产生菌在淹没培养中分化为关键呈丝状生长和结球生长两种形态。前者因为全部菌丝体全部能充足和发酵液中基质及氧接触, 故通常比生产速率较高； 后者则因为发酵液黏度显著降低, 使气-液两相间氧传输速率大大提升, 从而许可更多菌丝生长 (即临界菌体浓度较高), 发酵罐体积产率甚至高于前者。在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持合适分支和长度, 并避免结球 , 是取得高产关键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持合适大小和松紧 , 并尽可能降低游离菌丝含量, 也是充足发挥其生产能力关键素之一。这种形态控制和糖和氮源流加情况及速率、搅拌剪切强度及比生长速率亲密相关。3、 工艺控制关键点（1）种子质量控制 丝状菌生产种子是由保藏在低温冷冻安瓿管经甘油、葡萄糖、蛋白胨斜面移植到小米固体上，25 C 培养 7 天, 真空干燥并以这种形式保留备用。生产时它按一定接种量移种到含有葡萄糖、玉米浆、尿素为主种子罐内 ,26 C 培养 56h 左右, 菌丝浓度达6%-8%, 菌丝形态正常, 按 10%-15%接种量移人含有花生饼粉、葡萄糖为主二级种子罐内,27C 培养 24h, 菌丝体积 10%-12%, 形态正常, 效价在700D/ml左右便可作为发酵种子。球状菌生产种子是由冷冻管子孢子经混有O. 5% -1. 0 %玉米浆三角瓶培养原始亲米孢子, 然后再移人罗氏瓶培养生产大米抱子 (又称生产米), 亲米和生产米均为25 C静置培养, 需常常观察生长发育情况在培养到 3-4 天, 大米表面长出显著小集落时要振摇均匀, 使菌丝在大米表面能均匀生长, 待10 天左右形成绿色孢子即可收获。亲米成熟接人生产米后也要经过猛烈振荡才可放置恒温培养, 生产米孢子量要求每粒米300万只以上。亲米、生产米子孢子全部需保留在 5 C冰箱内。工艺要求将新鲜生产米 (指收获后孢瓶在10天以内使用) 接人含有花生饼粉、玉米胚芽粉、葡萄糖、饴糖为主种子罐内,28 C 培养 50-60h当pH 值由6. 0-6. 5 下降至 5.5-5. 0, 菌丝呈菊花团状,平均直径在 100- 130m, 每毫升球数为 6万 -8万只, 沉降率在 85% 以上, 即可依据发酵罐球数控制在 8000-11000只/ml 范围要求, 计算移种体积, 然后接入发酵罐, 多出种子液弃去。球状菌以新鲜孢子为佳, 其生产水平优于真空干燥孢子，能使青霉素发酵单位罐批差异降低。（2）培养基成份控制a. 碳源 产黄青霉菌可利用碳源有乳糖、蕉糖、葡萄糖等。现在生产上普遍采取是淀粉水解糖、糖化液 (DE 值 50% 以上) 进行流加。b. 氮源 氮源常选择玉米浆、精制棉籽饼粉、麸皮，并补加无机氮源（硫酸氨、氨水或尿素）。c. 前体 生物合成含有苄基基团青霉素 G, 需在发酵液中加人前体。前体可用苯乙酸、苯乙酰胺, 一次加入量小于0.1%, 并采取数次加入, 以预防前体对青霉素毒害。d. 无机盐加人无机盐包含硫、磷、钙、镁、钾等, 且用量要适度。另外, 因为铁离子对青霉菌有毒害作用, 必需严格控制铁离子浓度, 通常控制在30 g/ml 。（3）发酵培养控制a. 加糖控制 加糖量控制是依据残糖量及发酵过程中 pH 值确定 , 最好是依据排气中CO2 量及 O2 量来控制, 通常在残糖降至 0.6% 左右, pH 值上升时开始加糖。b. 补氮及加前体 补氮是指加硫酸铵、氨水或尿素, 使发酵液氨氮控制在 O. 01%-0.05%,补前体以使发酵液中残余苯乙酰胺浓度为 0.05%-0.08% 。c. pH 值控制 对pH 值要求视不一样菌种而异, 通常为 pH 6.4-6.8, 能够补加葡萄 糖来控制。现在通常采取加酸或加碱控制pH值。 d. 温度控制 前期 2 5- 2 6 C, 后期 23 C, 以降低后期发酵液中青霉素降解破坏。e. 溶解氧控制 通常要求发酵中溶解氧量不低于饱和溶解氧30% 。通风比通常为1 : 0. 8L/(L ? min), 搅拌转速在发酵各阶段应依据需要而调整。f. 泡沫控制 在发酵过程中产生大量泡沫, 能够用天然油脂, 如豆油、玉米油等或用化学合成消泡剂 泡敌 来消泡, 应该控制其用量并要少许数次加入, 尤其在发酵前期不宜多用, 不然会影响菌体呼吸代谢g. 发酵液质量控制 生产上按要求时间从发酵罐中取样 , 用显微镜观察菌丝形态改变来控制发酵。生产上惯称 镜检 ,依据 镜检 中菌丝形改变和代谢改变其它指标调整发酵温度, 经过追加糖或补加前体等多种方法来延长发酵时间, 以取得最多青霉素。当菌丝中空泡扩大、增多及延伸, 并出现部分自溶细胞, 这表示菌丝趋向衰老, 青霉素分泌逐步停止, 菌丝形态上立即进入自溶期, 在此时期因为茵丝自溶, 游离氨释放, pH 值上升, 造成青霉素产量下降, 使色素、溶解和胶状杂质增多, 并使发酵液变蒙古稠, 增加下一步提纯时过滤困难。所以, 生产上依据 镜检 判定, 在自溶期即未来临之际, 快速停止发酵, 立即放罐, 将发酵液快速送往提炼工段