抗生素的发酵生产工艺

姓名 魏镇

专业 生物科学专业

年级 2012级

1抗生素定义（别名：抗细菌剂）

抗细菌药（英语：antibacterial）也称为“抗细菌剂”，是一类用于抑制细菌生长或杀死细菌的药物。在不引起歧义的情况下，抗细菌药也可简称为“抗菌药”。抗细菌剂与抗生素并不是相同的概念，抗生素实际上仅为抗细菌剂下的一类。抗细菌药除了包括青霉素类、四环素类等抗生素，还包括抗真菌药以及磺胺类、喹诺酮类等药物。

2基本简介

抗生素主要是由细菌、霉菌或其他微生物产生的次级代谢产物或人工合成的类似物。20世纪90年代以后，科学家们将抗生素的范围扩大，统称为生物药物素。主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，一般情况下对其宿主不会产生严重的副作用。2011年10月18日，中国卫生部表示，在中国，患者抗生素的使用率达到70%，是欧美国家的两倍，但真正需要使用的不到20%。预防性使用抗生素是典型的滥用抗生素。

3抗生素的分类

糖的衍生物：主要由氨基己糖的衍生物组成。

多肽类抗生素：主要或全部由氨基酸组成，有多肽或蛋白质的某些特性。

多烯类抗生素：分子结构中有多个双键。

大环内酯抗生素：由一个或多个单糖组成并与碳链一起形成一个巨大的芳香内酯化合物。

四环类抗生素：都具有四个缩合苯环。

嘌呤类抗生素：都含有嘌呤环。

4抗生素的作用机理

①阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡。哺乳动物的细胞没有细胞壁，不受这类药物的影响。喹诺酮类抗生素三大不良反

喹诺酮类抗生素三大不良反

②与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。

③与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。

④阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。

5抗生素的发酵生产工艺

（1）制备过程

菌种——孢子制备——种子制备——发酵——发酵液预处理——提取及精制——成品包装

（2）具体介绍

①菌种

来源于自然界，获得能产生抗生素的微生物，经分离、选育和纯化后即称为菌种。

菌种的保藏：冷冻干燥、超低温冷冻、砂土管、液体石蜡、斜面低温保藏。

②孢子制备

将保藏的处于休眠状态的孢子，接种至固体斜面培养基，在一定温度下培养5-7或7日以上。

进一步用扁瓶在固体培养基上扩大培养。

③种子制备

目的使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中。

摇瓶或直接将孢子接入种子罐逐级放大培养。

种子培养定时取样做无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位和进行生化分析。

种子级数

④培养基的制备

碳源

供给菌种生命活动所需能量，构成菌体细胞及代谢产物

参与抗生素的生物合成

常用碳源：淀粉、葡萄糖及油脂

氮源

构成菌体细胞物质和含氮代谢物

参与含氮抗生素合成

有机氮源

无机氮源

前体

菌体利用其构成抗生素分子的一部分而其本身没有显著改变的物质

一定条件下控制菌体合成抗生素的方向并增加抗生素的产量

发酵

目的是使微生物大量分泌抗生素

接种10%——通气——搅拌——控制罐温——消泡——控制pH

定时采样进行抗生素生化分析、镜检，测定菌体浓度、残糖量、抗生素含量等

发酵液的过滤和预处理

分离菌丝、去除杂质

预处理：去除高阶无机离子和蛋白质

过滤：去除固体物及菌体

发酵液的预处理

草酸及磷酸去除高价离子钙、镁，还能促使蛋白质凝固

黄血盐有利于去除镁离子

硫酸锌有利于凝固蛋白质

等电点法、加热法、絮凝法去除蛋白

发酵液的过滤

板框过滤机：本机为不锈钢多层板框式压滤机，适用于浓度50%以下粘度较低，含渣量较少的液体作密闭过滤以达到提纯，灭菌、澄清等精滤、半精滤的要求，直接选用微孔滤膜，可不经微孔薄膜过滤器过滤可达到无菌过滤之目的）。本机过滤面积大，流量大，适用范围大，所以在制药、化工、食品等行业有广泛用途，应用在制药厂针剂药液之过滤，效果甚佳。结构特点: 本机除配用电机外，其它机件均采用1Cr18Ni9Ti或316L优质耐腐蚀不锈钢材料制成，适用于过滤各种PH值酸碱溶液，本机应用加压密闭过滤，滤液损耗少，过滤质量好，效率高。过滤部分由十层滤板组成，过滤面积大，流通量大；且可根据被滤溶液之不同生产工艺（初滤、半精滤、精滤）要求，更换不同滤膜、及根据用户生产流量之大小可适当减少或增加滤板层数，使之适合生产之需要，因此本机具有一机多用适用范围广之特点；滤板采用平面螺纹网状形，结构先进，不变形，容易清洗，能有效地增长各种滤膜的使用寿命，从而降低和节约生产成本，本机配备之不锈钢输液泵，其配用电机小，耗电省。机座下装有胶轮，操作方便，移动灵活，可供移动使用。

鼓式真空过滤机：转鼓真空过滤机，英文：rotary vacuum disk -fiter 。 连续式过滤机的一种。构造与转筒真空过滤机相似，操作原理也相同。以负压作过滤推动力，过滤面在圆柱形转鼓表面的连续过滤机。这种过滤机最初用于制碱和采矿工业，后来应用扩展到化工、煤炭和污泥脱水等部门。

自动出渣离心机

倾析器：是实现倾析操作的装置 。利用重力进行倾析操作的倾析器称为沉降槽；利用离心力进行倾析操作的倾析器称为离心沉降机。倾析器分间歇操作和连续操作两种型式，有时只将连续式离心沉降机称为倾析器。

抗生素的提取

溶媒萃取法：又名液-液萃取法，是利用互不相混的两液相间物质的分配，从而达到分离精制所需物质的方法。

离子交换剂：能与溶液中的离子进行等当量交换反应的物质，常指用于离子交换操作的一类不溶、不熔的细粒固体。还可用作溶液中非电解质溶质的吸附剂和某些有机化学反应的催化剂。它的干品还用作有机液体的脱水剂。

直接沉淀法：是制备超细微粒广泛采用的一种方法，其原理是在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、热分解等处理工艺后得到超细产物。不同的沉淀剂可以得到不同的沉淀产物，常见的沉淀剂为：NH3H2O、NaOH、(NH4)2CO3、Na2CO3、(NH4)2C2O4等

抗生素的精制

药品生产符合GMP规定

脱色及去除热原质

脱色：是发酵过程中产生的代谢产物，与菌种及发酵条件有关

活性炭脱色

热原质：在生产过程中由于被污染后由杂菌所产生的一种内毒素，G-产生的热原质反应高于G+，是多糖磷类脂质和蛋白质的结合体，引起恶寒高热，甚至休克

活性炭吸附

超滤去除

结晶和重结晶

进一步精制

结晶与重结晶：在无机物的制备或有机物的合成中，为了获得所需的产品，反应结束之后，通常采用蒸发（浓缩）、结晶的方法，将化合物从混合溶液中分离出来。蒸发浓缩一般在蒸发皿中进行，对热稳定的溶液可用直火加热，否则要用水浴等间接加热，当溶液浓缩到一定浓度后，冷却就会有溶质的晶体析出，如果结晶所得的物质纯度不符合要求，需要重新加入一定溶剂进行溶解、蒸发和再结晶，这个过程称为重结晶。

共沸蒸馏法：指蒸馏中破坏共沸组成进行蒸馏或分馏的一系列技术。在化学工程中，共沸蒸馏 通常指的是某种加入一种组分以产生一种新的，非均相低沸点共沸点物的技术，(例如产生两种不能互溶的液体相)，如在水和乙醇中加入苯。这一加入一种能导致分相的共沸剂的操作即是工业上的共沸蒸馏操作方法中的一部分，或是与其的结合。在某种意义上,加入一种共沸剂与萃取蒸馏是类似的。

柱层析法：吸附柱层析是以固体吸附剂为固定相，以有机溶剂或缓冲液为流动相构成柱的一种层析方法。其原理是利用吸附剂对混合试样各组分的吸附力不同而使各组分分离。当采用溶剂洗脱时，发生一系列吸附→解吸→再吸附→再解吸的过程，吸附力较强的组分，移动的距离小，后出柱；吸附力较弱的组分，移动的距离大，先出柱。

中间盐转移法

分子筛：分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成。

参考文献：

《微生物工程》 曹军卫 马辉文著 北京，科学出版社 2002.8

《发酵工程》 刘冬 张学仁著 北京，高等教育出版社 2007.4

《现代生物制药工艺学》 辛秀兰著 北京，化学工业出版社 2006.6

《生物化学》 杨在清 夏涛著 北京，科学技术文献出版社 2006.7

《抗生素（消炎药）的使用》 2012.3