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1、抗生素的生产工艺和应用进展 摘要：抗生素是由生物（包括某些微生物植物和动物）产生的次级代谢产物，如青霉素头孢霉素链霉素四环素红霉素等一类化学物质的总称。大多数抗生素是丝状真菌和细菌（特别是放线菌）产生的。现在已经从不同的生物体中分离出4000余种抗生素。工业生产主要采用微生物发酵法，属于次级代谢产物，少数如氯霉素、磷霉素亦可用化学合成法生产 。关键词：抗生素 青霉素 生产工艺 应用进展用途简介抗生素以前被称为抗菌素，事实上它不仅能杀灭细菌而且对霉菌、支原体、衣原体等其它致病微生物也 有良好的抑制和杀灭作用，近年来通常将抗菌素改称为抗生素。抗生素可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质，用于
2、治病的抗生素除由此直接提取外；还 有完全用人工合成或部分人工合成的。通俗地讲，抗生素就是用于治疗各种细菌感染或抑制致病微生物感染的药物。 但是过量使用会抑制体内的有益菌，使肠道菌群失衡。导致疾病的引起。重复使用一种抗生素可能会使致病菌产生抗药性。之所以现在提出杜绝滥用抗生素此乃是原因之一。科学地使用抗生素是有的放矢。通常建议做细菌培养并作药敏试验，根据药敏试验的结果选用极度敏感药物，这样就避免了盲目性，而且也能收到良好的治疗效果。简单分类随着新的抗生素的不断出现，为了便于研究，有必要对抗生素进行适当的分类。可以从各种不同的角度对抗生素进行分类，如生物来源作用化学结构作用机制生物合成途径等方面。
3、如下表：分类办法抗生素种类产物举例根据抗生素的生物来源分类1. 放线菌产生的抗生素2. 真菌产生的抗生素3. 细菌产生的抗生素4. 植物或动物产生的抗生素链霉素 四环素等青霉素 头孢霉素D等多粘菌素等蒜素 鱼素等根据抗生素的作用分类1. 广谱抗生素2. 抗革兰氏阳性菌的抗生素3. 抗革兰氏阴性菌的抗生素4. 抗真菌抗生素5. 抗病毒抗生素6. 抗肿瘤抗生素氨苄青霉素等青霉素等链霉素等制霉菌素等四环类抗生素等阿霉素等根据抗生素的化学结构分类1. -内酰胺类抗生素2. 氨基糖苷类抗生素3. 大环内酯类抗生素4. 四环类抗生素5. 多肽类抗生素青霉素类 头孢霉素类等链霉素 庆大霉素等红霉素 麦迪霉素
4、等四环素 土霉素等多粘菌素 杆菌肽等根据抗生素的作用机制分类1. 抑制细胞壁合成的抗生素2. 影响细胞膜功能的抗生素3. 抑制病原菌蛋白质合成的抗生素4. 抑制核酸合成的抗生素5. 抑制生物能作用的抗生素青霉素类 头孢霉素类等多烯类抗生素等四环素等丝裂霉素C等抗霉素等根据抗生素的合成途径分类1. 氨基酸 肽类衍生物抗生素2. 糖类衍生物抗生素3. 乙酸 丙酸衍生物抗生素青霉素类 头孢霉素类等链霉素糖苷类抗生素等红霉素等丙酸衍生物等、抗生素的生产工艺： 抗生素一般主要是利用微生物发酵法进行工业化生产，极少数抗生素图氯霉素、磷霉素等可用化学法生产。此外，还可以用天然抗生素进行化学结构改造，制成各种
5、衍生物。发酵法生产抗生素的主要工艺步骤包括菌种的制备、种子的扩大培养、发酵、发酵液的处理、代谢产物的分离纯化干燥，最后制的产品。下面以青霉素的生产为例介绍抗生素的生产工艺。、青霉素生产菌株一般为产黄青酶，根据深层培养中的菌丝体的形态，分为球状菌和丝状菌。在发酵过程中，产黄青霉的生长发育可分成6个阶段。 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。镜检：规定时间取样，显微镜观察7个时期的形态变化，
6、控制发酵。-期为菌丝生长期，期的菌体适宜为种子。-期为生产期，生产能力最强，通过工程措施，延长此期，获得高产。在第期到来之前结束发酵。、青霉素的生产流程：冷冻孢子琼脂斜面米孢子种子罐发酵罐过滤醋酸丁酯提取脱水脱色结晶洗涤晶体工业盐菌丝体综合利用。在发酵过程中补料（碳源、氮源、前体），加消沫剂。、培养基生产的培养基包括碳源、氮源、前体、无机盐等。碳源的选择：生产菌能利用多种碳源，乳糖，蔗糖，葡萄糖，阿拉伯糖，甘露糖，淀粉和天然油脂。其中大约百分之六十五的碳源用于维持细胞的代谢，百分之二十五的用于生长，百分之十的用于产生青霉素。过去用葡萄糖和乳糖的混合物，葡萄糖可以获得良好的细胞生长，但只有很低的
7、青霉素的收率，而乳糖则有相反的效果。碳源的流加方式极其重要，因为它会影响这种次级代谢产物的产量。氮源：玉米浆是最好的，是玉米淀粉生产时的副产品，含有多种氨基酸及其前体苯乙酸和衍生物。玉米浆除作为氮源外，还提供附加营养和侧链前体。补加无机氮源。无机盐：硫、磷、镁、钾等。由于铁离子对青霉菌有毒害作用，所以必须严格控制铁离子浓度，控制在30g/ml以下。 流加控制：补糖，根据残糖、pH、尾气中CO2和O2含量。残糖在0.6左右，pH开始升高时加糖。补氮：流加酸酸铵、氨水、尿素，控制氨基氮0.05%。 添加前体：合成阶段，苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可为青霉素侧链的前体，直接掺
8、入青霉素分子中。也具有刺激青霉素合成作用。但浓度大于0.19时对细胞和合成有毒性。还能被细胞氧化。策略是流加低浓度前体，一次加入量低于0.1%，保持供应速率略大于生物合成的需要。、发酵条件的控制（1）温度一生长适宜温度30，分泌青霉素温度20。但20青霉素破坏少，周期很长。生产中采用变温控制，不同阶段不同温度。前期控制2526左右，后期降温控制23。过高则会降低发酵产率，增加葡萄糖的维持消耗，降低葡萄糖至青霉素的转化得率。有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间，生产阶段适当降低温度，以利于青霉素合成。 （2）pH合成的适宜pH6.46.6左右，避免超过7.0，青霉素在碱性条件
9、下不稳定，易水解。缓冲能力弱的培养基，pH降低，意味着加糖率过高造成酸性中间产物积累。pH上升，加糖率过低不足以中和蛋白产生的氨或其他生理碱性物质。前期pH控制在5.76.3，中后期pH控制6.36.6，通过补加氨水进行调节。pH较低时，加入CaCO3、通氨调节或提高通气量。pH上升时，加糖或天然油脂。一般直接加酸或碱自动控制，流加葡萄糖控制。（3）溶氧溶氧30饱和度，产率急剧下降，低于10，则造成不可逆的损害。所以不能低于30饱和溶氧浓度。通气比一般为1：0.8VVM。溶氧过高，菌丝生长不良或加糖率过低，呼吸强度下降，影响生产能力的发挥。适宜的搅拌速度，保证气液混合，提高溶氧，根据各阶段的生
10、长和耗氧量不同，对搅拌转速调整。（4）菌丝生长速度与形态、浓度对于每个有固定通气和搅拌条件的发酵罐内进行的特定好氧过程，都有一个使氧传递速率（OTR）和氧消耗率（OUR）在某一溶氧水平上达到平衡的临界菌丝浓，超过此浓度，OUROTR，溶氧水平下降，发酵产率下降。在发酵稳定期，湿菌浓可达1520%，丝状菌干重约3%，球状菌干重在5%左右。另外，因补入物料较多，在发酵中后期一般每天带放一次，每次放掉总发酵液的10%左右。有丝状生长和球状生长两种。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触，比生产率高，发酵粘度低，气/液两相中氧的传递率提高，允许更多菌丝生长。球状菌丝形态的控制，与碳、氮源的
11、流加状况，搅拌的剪切强度及稀释度相关。（5）消沫发酵过程泡沫较多，需补入消沫剂。天然油脂：玉米油；化学消沫剂：泡敌。少量多次。不适在前期多加入，影响呼吸代谢。青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2 h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮、苯乙酸浓度青霉素效价等指标，同时取样做无菌检查，发现染菌即结束发酵，视情况放过滤提取。、青霉素的分离纯化在发酵结束时，青霉素分泌到培养基中，然后进行回收。青霉素发酵液可以通过各种过滤器如板框过滤器进行过滤；过滤效率受培养基组分，特别是蛋白质类物质的影响。回收菌丝在作为动物饲料或肥料之前，要再进行洗涤，以除去残余的青霉素。 一般采用溶剂抽提无细胞发酵液，回
12、收抗生素，收率在百分之九十以上，其程序是首先加入硫酸或磷酸，将滤液的PH降至2.0-2.5，然后用乙酸戊脂 乙酸乙酯或甲基异丁酮在0-3进行快速两步连续逆流抽提。由于是在低PH抽提，所以低温对于降低对青霉素的损害是必要的。或者在PH5-7条件下进行离子对抽提，在这个PH范围，青霉素是稳定的，随后，通过活性炭处理除去所有的色素和痕量的杂质。醋酸丁酯萃取液按照150-200g/10亿单位的量加入活性炭，然后过滤除去活性炭，再用错酸钠或醋酸钾从溶剂中回收青霉素，这可以降低青霉素的可溶性，使其以钾盐或钠盐形式沉淀，产生的青霉素晶体再用转鼓式真空过滤器分离，从分离的液体和使用的其他材料中回收溶剂，这对降
13、低生产成本是非常重要的。青霉素晶体与挥发性溶剂混合，以进一步除去杂质。采用过滤和空气干燥等方法收集晶体。在这个阶段，青霉素达到99.5%的纯度，这种产品可以进一步加工，生产医药产品或用于生产半合成青霉素。、总结展望现在滥用抗生素非常严重，在最近的十年里，由于对广泛的抗生素有多重抗性的病原菌不断出现，这种状况令人担忧。为了扭转滥用抗菌素的现状，世卫组织今年推出了6项政策一揽子计划，包括与社会多方合作并制定国家计划、加强监测和实验室能力、确保有质量保证的基本药物的连续可及、减少抗菌素在食用动物中的使用、强化感染预防与控制、支持创新和研发新工具等。参考文献【1】曹军卫，马辉文，张甲耀等 编著微生物工程（第二版）科学出版社【2】王立群 微生物工程（高） 中国农业出版社 【3】王镜岩等 生物化学（第三版）高等教育出版社【4】徐丽华，娄恺，张华，张利平，薛泉宏等 微生物资源学（第二版） 科学出版社【5】刘振宇等 发酵工程技术与实践 华东理工大学出版社微生物工程作业姓名：李月学号：10070141015专业：生物技术系