第九章-典型产品生产工艺.ppt

第九章第九章 典型产品生产工艺典型产品生产工艺 青霉素生产青霉素生产 知识目标1、理解抗生素发酵机制。2、了解有机酸发酵机制。3、了解啤酒生产工艺。4、了解氨基酸生产工艺。5、了解发酵过程经济评价。2能力目标1、重点掌握抗生素（青霉素）生产的工艺过程。2、了解柠檬酸、苹果酸发酵生产工艺。3第一节第一节 抗生素概述抗生素概述 4一、抗生素剂量表示法一、抗生素剂量表示法 效价单位效价单位：每毫升或每豪克中所含某种抗：每毫升或每豪克中所含某种抗生素有效成分的多少生素有效成分的多少 单位：单位：u/mg 或或u/ml5稀释单位稀释单位 将抗生素配成溶液，逐步稀释，抑制某标准菌株的最高稀释度(即最小剂量)作为效价单位。重量单位重量单位 以抗生素有效成分（生理活性成分）的重量作为抗生素的单位。6二、抗生素的分类二、抗生素的分类 1 1、根据生物来源、根据生物来源 放线菌产生的抗生素 真菌产生的抗生素 细菌产生的抗生素 其他生物产生的抗生素 72、根据作用对象、根据作用对象抗G抗广谱抗生素抗真菌抗生素抗肿瘤抗生素抗病毒抗生素抗结核分支杆菌霉素83、根据化学结构、根据化学结构内酰胺类抗生素四环类抗生素氨基糖苷类抗生素大环内酯类抗生素多烯大环类抗生素多肽类抗生素蒽环类抗生素其他类94、根据作用机制、根据作用机制抑制细胞壁合成影响细胞膜功能抑制和干扰蛋白质合成抑制核酸合成抑制细菌生物能作用10三、三、抗生素的用途抗生素的用途 1、抗生素在医疗上的用途、抗生素在医疗上的用途控制细菌感染治疗真菌感染抗肿瘤抗病毒112、在农牧业上的应用、在农牧业上的应用防治植物病害促进或抑制植物生长3、畜牧业的应用4、食品保藏、食品保藏5、工业上的应用、工业上的应用12第二节第二节抗生素工业生产概论抗生素工业生产概论 一、一、抗生素的生产方法抗生素的生产方法1、微生物发酵法、微生物发酵法利用特定的微生物，在一定条件下（培养基、温度、通气、搅拌）使之生长繁殖，并代谢产生抗生素。用适当的方法从发酵液中提取出来，并加以精制、最后获得抗生素成品。大多数抗生素用此法制备。特点：成本低、周期长、波动大 142、化学合成法、化学合成法某些化学结构明确，结构比较简单的，可用化学方法合成。3、半合成法、半合成法发酵出来的抗生素经化学方法改造，以获得性能更优良的抗生素。15二、二、发酵法生产抗生素的工艺过程发酵法生产抗生素的工艺过程 工艺过程：菌种 孢子制备 种子制备 发酵 发酵液的预处理及过滤 提取及精制 成品检验 成品包装 出厂检验161、生产菌种、生产菌种合理保藏。一般保存在沙土管或冷冻于干燥管中。一般使用期为年，不断纯化淘汰变异菌种。2、孢子制备、孢子制备将保藏的菌种无菌操作接种到斜面固体培养基中，在一定温度下培养数天。173、种子制备种子制备 目的：使孢子发芽繁殖，获得足够数量的菌丝体，用于发酵。摇瓶培养 种子罐培养。184、发酵发酵接种量一般在通气（一般在）搅拌（搅拌功率在千瓦）温度（视品种而定，一般 罐压（一般为）消泡（加消泡剂）补料发酵周期（大多为天）195、发酵液的预处理和过滤发酵液的预处理和过滤（1）预处理 目的：沉淀发酵液中的和杂质，以增加过滤速度。（2）过滤 目的：除去菌丝体206、提取和精制提取和精制（1）提取目的：初步纯化和浓缩。方法：吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、离子交换法。（2）精制目的：进一步提纯并制成产品方法：吸附、沉淀、溶媒萃取法、离子交换、结晶、重结晶、凝胶层析。217、成品检验成品检验性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热原试验、无菌试验、酸碱度测定、效价测定、水分测定、混浊度测定、色泽颗粒细度测定。8、成品分包装成品分包装22三、抗生素工业生产特点三、抗生素工业生产特点 1、与一般发酵工业相比、与一般发酵工业相比（1）菌体生长与产物的形成不平行（2）理论产量难以用物料平衡计算（3）生产稳定性差232、与一般制药工业相比与一般制药工业相比（1）染菌问题（2）粮耗问题（3）稳定性问题24第三节第三节 青霉素的生产青霉素的生产一、青霉素的结构及理化性质 1、天然存在的青霉素、天然存在的青霉素青霉素是一族化合物的总称。青霉素是一族化合物的总称。分子式：分子式：R R为侧链，根据为侧链，根据R R基不同基不同青霉素青霉素G CG C6 6H H5 5CHCH2 2青霉素青霉素X HOCX HOC6 6H H4 4CHCH2 2-青霉素青霉素F CHF CH3 3CHCH2 2CH=CHCHCH=CHCH2 2-青霉素青霉素K CHK CH3 3(CH(CH2 2)6 6-双氢青霉素双氢青霉素F CHF CH3 3(CH(CH2 2)4 4-青霉素青霉素V CV C6 6H H5 5OCHOCH2 2-262、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150OC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。（二）溶解度 青霉素本身是一种游离酸，能与碱金属或碱土金属及有机氨类结合成盐类。青霉素游离酸易溶液于醇类、酮类、醚类和酯类，但在水溶液中溶解度很小；青霉素钾、钠盐则易溶于水和甲醇、微溶于乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、氯仿，在醋酸丁酯或戊酯中难溶或不溶。如果有机溶剂中含有少量水分时，则青霉素G碱金属盐在溶剂中的溶解度就大大增加。（三）降解反应 2728二、青霉素产生菌的培养菌体的生长发育分生孢子的期；菌丝繁殖，原生质嗜碱性很强，有类脂肪小颗粒产生为期；原生质嗜碱性仍很强，形成脂肪粒，积累贮藏物为期；原生质嗜碱性很弱，脂肪粒减少，形成中、小空泡为期；脂肪粒消失，形成大空泡为期；细胞内看不到颗粒，并有个别自溶细胞出现为期。其中期称为菌丝生长期，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。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。29 三、发酵工艺控制（一）工艺流程30（二）工艺要点1、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31（三）培养条件控制菌丝生长繁殖期：糖及含氮物质被迅速利用 球状菌：菌丝发育为球状，菌体浓度迅速增加 丝状菌：菌丝分支旺盛，菌丝浓度迅速增加青霉素分泌期：菌丝生长趋势减弱，需添加G、花生饼粉、尿素。青霉素分泌旺盛 球：PH6.6-6.9 球体不可太松，也不可太紧 丝：PH6.2-6.4 脂肪粒消失，中小型空胞菌丝自溶期：菌体衰老走向自溶PH上升青霉素 分泌下跌 球：球体破裂 丝：大型空胞增加并逐渐扩大自溶32加糖控制加糖控制丝：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。补料及添加前体补料及添加前体丝：接种后8-12小时，发酵液浓度40%左右开始补料发酵单位上升至2500U/ml开始补前体，每4小时 补一次使苯乙酰胺浓度为0.05-0.08%球：因发酵基础培养基中没有前体，在10小时左右开始加入尿素、氨水和苯醋酸的混合料，每3小时加一次33pHpH控制控制主要通过加G控制PH丝球：温度控制温度控制青霉菌最适生长温度高于最适分泌温度丝和球都是变温培养，且前期罐温高于后期 丝 球种子罐温 25 28 发酵罐温 26-24-23-22 26-25-2434通气与搅拌通气与搅拌通气比为1：（V/V/M）丝：种子罐转速发酵罐转速球：种子罐转速发酵罐转速泡沫与消沫泡沫与消沫过去：天然油脂如豆油、玉米油现在：GPE PAGE35四、发酵液的预处理和过滤1、预处理：青霉素发酵液过滤宜采用鼓式真空过滤机。因为青霉素在低温时比较稳定，同时细菌繁殖也较慢，可避免青霉素迅速被破坏，所以发酵液放罐后，一般要先冷却再过滤。过滤后的滤液需经酸处理除蛋白质，同时加入少量PPB。由于发酵液中含有过剩的碳酸钙，在酸化除蛋白质时会有部分溶解，使Ca2+呈游离状态，在酸化萃取时，遇大量SO42-形成CaSO4沉淀。因此，预处理除蛋白质时pH值适当高些。362、过滤 发酵液放罐后需冷却至10后，经鼓式真空过滤机过滤。从鼓式真空过滤机得到青霉素滤液pH在6.277.2，蛋白质含量一般在0.05%0.2%。这些蛋白质的存在对后面提取有很大影响，必须加以除去。除去蛋白质通常采用10%硫酸调节pH4.55.0，加入0.05%（W/V）左右的溴代十五烷吡啶（PPB）的方法，同时再加入0.7%硅藻土作助滤剂，再通过板框过滤机过滤。经过第二次过滤的滤液一般澄清透明，可进行萃取。37 五、青霉素提炼工艺38萃取萃取pH：1.82.2反萃取反萃取pH6.87.4生产上一般将发酵滤液酸化至pH等于2.0，加1/3体积的醋酸丁酯（简称BA）混合后以卧式离心机（POD机）分离得一次BA萃取液，然后以NaHCO3 在pH为6.87.4条件下将青霉素从BA中萃取到缓冲液中，再用10%H2SO4调节pH等于2.0，将青霉素从缓冲液再次转入到BA中（方法同前面所述），得二次BA萃取液。脱色脱色 在二次BA萃取液中加入活性炭150300g/10亿单位，进行脱色，石棉过滤板过滤。结晶结晶39思考题思考题1.青霉素系列产品有何特性？写出主要化学反应。2.简述下列基本概念：发酵单位、效价、发酵总亿单位、发酵指数、基持转化率3.青霉素产生菌是什么？其生长发育各阶段的主要特征是什么？4.青霉素生产的主要原理是什么？5.青霉素发酵过程的各种因素对发酵有何影响？6.青霉素发酵液预处理的目的是什么？生产中采用的方法是什么？407.青霉发酵过程中主要控制要点是什么？简述青霉素钾的生产工艺过程？8.试述青霉素钾盐结晶的方法有哪些？各自特点是什么？并分析水份、酸度、温度及醋酸钾用量对生产有何影响？9.在青霉普鲁卡因盐结晶时应如何控制晶体的纯度、颗粒的大小及形态等。10.采用共沸精馏生产青霉素钠盐应注意什么才有利？41The End42