1、第一部分 什么是青霉素 青霉素青霉素 青霉素（Benzylpenicillin/Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是-内酰胺类中一大类抗生素的总称。青霉素的结构式青霉素的结构式化学式 青霉素青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名为化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名为1-乙氧甲酰乙氧乙氧甲酰乙氧6-D(-)-2-氨基氨基-2-乙酰氨基
2、乙酰氨基青霉烷酸盐酸盐。青霉烷酸盐酸盐。分子式：分子式：C16H18N3O4SHCl 分子量：分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡如耐药金葡)所产生所产生的酶，易被其破坏，且其的酶，易被其破坏，且其抗菌谱抗菌谱较窄，主要对较窄，主要对革兰氏阳性菌革兰氏阳性菌有效有效。青霉素。青霉素G有钾盐、钠盐之有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。钾而抑制心脏功能，造成死亡。药理学 内服易被内服易被胃酸
3、胃酸和和消化酶消化酶破坏。肌注或皮破坏。肌注或皮下注射后吸收较快，下注射后吸收较快，151530min30min达血药峰浓度达血药峰浓度。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从。青霉素在体内半衰期较短，主要以原形从尿中排出。尿中排出。青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的的D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸近似，可与后者竞争丙氨酸近似，可与后者竞争转转肽酶肽酶，阻碍，阻碍粘肽粘肽的形成，造成细胞壁的缺损的形成，造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁的渗透屏障，对细菌起，使细菌失去细胞壁的
4、渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。到杀灭作用。对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体对革兰阳性球菌及革兰阳性杆菌、螺旋体、梭状芽孢杆菌、放线菌以及部分拟杆菌有、梭状芽孢杆菌、放线菌以及部分拟杆菌有抗菌作用。抗菌作用。青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、抗菌作用，淋病奈瑟菌、脑膜炎奈瑟菌、白喉棒状杆菌、炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、李斯特菌、炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、
5、李斯特菌、钩端螺旋体和梅毒螺旋体对本品敏感。本品对流感嗜血杆钩端螺旋体和梅毒螺旋体对本品敏感。本品对流感嗜血杆菌和百日咳鲍特氏菌亦具一定抗菌活性，菌和百日咳鲍特氏菌亦具一定抗菌活性，其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性差其他革兰阴性需氧或兼性厌氧菌对本品敏感性差.本品对本品对梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌以及产黑色素拟梭状芽孢杆菌属、消化链球菌、厌氧菌以及产黑色素拟杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。杆菌等具良好抗菌作用，对脆弱拟杆菌的抗菌作用差。青霉素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结青霉素通过抑制细菌细胞壁四肽侧链和五肽交连桥的结合而阻碍细胞壁合成而发挥杀菌作用
6、。对革兰阳性菌有合而阻碍细胞壁合成而发挥杀菌作用。对革兰阳性菌有效，由于革兰阴性菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用效，由于革兰阴性菌缺乏五肽交连桥而青霉素对其作用不大。不大。可以用青霉素的疾病 1流行性脑脊髓膜炎流行性脑脊髓膜炎 2放线菌病放线菌病 3淋病淋病 4奋森咽峡炎奋森咽峡炎 5莱姆病莱姆病 6多杀巴斯德菌感染多杀巴斯德菌感染 7鼠咬热鼠咬热 8李斯特菌感染李斯特菌感染 9除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染 二二 青霉素生产工艺过程青霉素生产工艺过程 菌种菌种孢子制备孢子制备种子种子发酵发酵提取提取精制精制成品检验成品检验包装包装分装分装（应用（应用跟踪跟踪
7、质量分析质量分析）1 1菌种的选育技术菌种的选育技术：（1 1）杂交育种（）杂交育种（2 2）原生质体融合）原生质体融合（3 3）基因工程（）基因工程（4 4）新抗生素产生菌获得）新抗生素产生菌获得2 2菌种保藏菌种保藏：（1 1）定期移植保存法）定期移植保存法（2 2）液体石蜡封藏法）液体石蜡封藏法（3 3）真空冷冻干燥保藏法）真空冷冻干燥保藏法（4 4）液氮超低温保藏法）液氮超低温保藏法（5 5）沙土管保藏法）沙土管保藏法（6 6）麦皮保藏法）麦皮保藏法 3 3培养基种类培养基种类：（：（1 1）固体培养基）固体培养基 （2 2）液体培养基）液体培养基 4 4影响培养液的因素影响培养液的因
8、素：（：（1 1）原材料质量的影响）原材料质量的影响(2)(2)水质的影响水质的影响 (3)(3)灭菌操作灭菌操作 (4)(4)培养基粘度的影响培养基粘度的影响 5 5发酵设备灭菌发酵设备灭菌：(1)(1)实罐灭菌：实罐灭菌：11预热（预热（80809090）2 2直热直热（蒸汽）（蒸汽）（120120、30min30min）（全进全出原则）（全进全出原则）3 3待空气压力高于罐内压力时，通入空气。待空气压力高于罐内压力时，通入空气。(2)(2)空罐灭菌：空罐灭菌：130130，454560min60min，直接蒸汽法，直接蒸汽法(3)(3)连续灭菌：配料（预热）。冷却系统水应排净（连续灭菌：
9、配料（预热）。冷却系统水应排净（夹套与盘管）夹套与盘管）连消塔连消塔维持罐维持罐冷却管冷却管无菌无菌培养基。培养基。(4)(4)空气过滤除菌空气过滤除菌 6.6.发酵过程控制发酵过程控制：(1)(1)碳源浓度变化及其控制碳源浓度变化及其控制(2)(2)氮源浓度变化及其控制氮源浓度变化及其控制(3)(3)补无机盐、前体补无机盐、前体 (4)(4)溶氧浓度的变化和控制溶氧浓度的变化和控制 (5)(5)温度温度控制控制(6)pH(6)pH控制控制 (7)(7)泡沫控制泡沫控制 (8)(8)发酵终点的判断发酵终点的判断 (9)(9)发酵异常处理发酵异常处理 7.7.发酵液的预处理和液固分离发酵液的预处
10、理和液固分离：(1)(1)稳定性稳定性11 对对pHpH的稳定性，如：青霉素酸性不稳的稳定性，如：青霉素酸性不稳定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性定；多粘菌素酸性稳定；红霉素酸性不稳定，但碱性稳定。稳定。2.2.对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在对温度的稳定性，如：杆菌肽、灰黄霉素可在9010090100下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处下加热过滤；而四环素、青霉素则需低温处理（理（15181518）(2)(2)提取工艺对滤液质量的要求提取工艺对滤液质量的要求11离子交换法离子交换法 2 2溶酶萃取法溶酶萃取法 3 3沉淀法沉淀法(3)(3)发酵液预处理方法发酵液预处理方
11、法:A.A.菌体和蛋白质处理菌体和蛋白质处理1 1等电点沉淀等电点沉淀2 2变性沉淀（热变性沉淀）变性沉淀（热变性沉淀）3 3加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（加各种沉淀剂沉淀：重金属离子（Ag+Ag+、Cu2+Cu2+、Zn2+Zn2+、Fe3+Fe3+、Pb2+Pb2+等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等）等）和阴离子（三氯乙酸、水杨酸、钨酸等）4 4加入凝聚剂：加入凝聚剂：Al2(SO4)318H2OAl2(SO4)318H2O、AlCl36H2OAlCl36H2O、FeCl3FeCl3、ZnSO4ZnSO4、MgCO3MgCO3等等5 5加入絮凝剂，如酰胺类加入絮凝剂，如酰胺类6.6.吸
12、附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾吸附法：加入黄血盐和硫酸锌生成亚铁氰化锌钾7.7.酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。酶解法去除不溶性多糖：酶解不溶性多糖和蛋白质。B.B.高价金属离子的去除高价金属离子的去除 1.1.离子交换法：土霉素、四环素，用离子交换法：土霉素、四环素，用122122树脂除树脂除Fe3Fe3和色素头孢菌素和色素头孢菌素C C滤液用滤液用S S1414，除去部分阳，除去部分阳离子，同时释放出离子，同时释放出H H，除去破头，除去破头N N 2 2沉淀法：加草酸除沉淀法：加草酸除Ca2+Ca2+加黄血盐除铁加黄血盐除铁4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe
13、(CN)6 3+12K+.4Fe3+3K4Fe(CN)6Fe4Fe(CN)6 3+12K+.C.C.发酵液的液固分离发酵液的液固分离 设备：设备：1 1压滤设备：板框压滤设备：板框 2 2吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）吸滤设备：真空鼓式吸滤机（自动化）3 3离心过滤设备：框式离心机离心过滤设备：框式离心机(4)影响液固分离的因素影响液固分离的因素 1.微生物的种类微生物的种类：细菌、放线菌、霉菌、酵细菌、放线菌、霉菌、酵母母 2.发酵液的特性（粘度）发酵液的特性（粘度）3.pH、温度等温度等青霉素提炼工艺流程图青霉素提炼工艺流程图 发酵液发酵液 预处理液预处理液 板框过滤板框过滤 滤滤液液
14、 储罐储罐 BA提取提取 脱色脱色 过过滤滤 BA脱色液脱色液 结晶结晶 离心分离离心分离 含水重液回收溶媒的异丙醇洗涤含水重液回收溶媒的异丙醇洗涤 甩滤甩滤 无水异丙醇洗涤无水异丙醇洗涤 甩干甩干 摇摆机粉碎摇摆机粉碎 烘干烘干 工业钾盐成品工业钾盐成品一、总述一、总述 青霉素发酵青霉素发酵将青霉菌接种到将青霉菌接种到固体培养基上固体培养基上培培养一段时间，得到养一段时间，得到青霉菌孢子培养物青霉菌孢子培养物。用无菌水。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到将孢子制成悬浮液接种到种子罐种子罐内已灭菌的培养内已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。然后将种子培基中，通入无菌空气搅拌，培养。然后将种子
15、培养液接种到养液接种到发酵罐发酵罐已灭菌的含有已灭菌的含有苯乙酸前体苯乙酸前体的培的培养基中，通入无菌空气搅拌，培养。养基中，通入无菌空气搅拌，培养。三三 青霉素菌种发酵工艺的原理青霉素菌种发酵工艺的原理二、工艺流程图二、工艺流程图（1 1）丝状菌三级丝状菌三级发酵工艺流程发酵工艺流程冷冻管（冷冻管（2525C C，孢子培养，孢子培养，7 7天）天）斜面母瓶斜面母瓶（2525C C，孢子培养，孢子培养，7 7天）天）大米孢子（大米孢子（2626C C，种子培养种子培养56h56h）一级种子培养液（一级种子培养液（2727C C，种，种子培养，子培养，24h24h）二级种子培养液（二级种子培养液
16、（27262726C,C,发酵发酵,7,7天）天）发酵液。发酵液。（2 2）球状菌二级球状菌二级发酵工艺流程发酵工艺流程冷冻管（冷冻管（2525C C，孢子培养，孢子培养，6868天）天）亲米亲米（2525C C，孢子培养，孢子培养，810810天）天）生产米生产米（2828C C，孢子培养，孢子培养，5660h5660h）种子培养液种子培养液（2625-242625-24C C，发酵，发酵，7 7天）天）发酵液。发酵液。三、青霉素发酵过程三、青霉素发酵过程 青霉素发酵时，青霉素生产菌在青霉素发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、合适的培养基、PHPH、温度和通气搅拌温度和通气搅拌等发酵条件下进
17、行生长并合成青霉素。等发酵条件下进行生长并合成青霉素。发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、前体和无机盐等）必须先经过前体和无机盐等）必须先经过灭菌灭菌，后接入种子。，后接入种子。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，在发酵过程中往往要加入温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂泡沫剂，假如酸，假如酸碱控制发酵液的碱控制发酵液的PHPH，还需要间歇或连续的加入葡萄糖，还需要间歇或连续的加入葡萄糖及铵盐等化合物以补充及铵盐等化合物以补充碳源及氮源碳源及氮源，或补进其他料液，或补
18、进其他料液和前体等以促进青霉素的生产。和前体等以促进青霉素的生产。青霉素发酵过程中的代谢变化分为青霉素发酵过程中的代谢变化分为菌体生长、青霉菌体生长、青霉素合成和菌体自溶素合成和菌体自溶三个阶段。三个阶段。菌体生长阶段菌体生长阶段：发酵培养基接种后生产菌在合：发酵培养基接种后生产菌在合适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、适的环境中经过短时间的适应，即开始发育、生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。生长和繁殖，直至达到菌体的临界浓度。青霉素合成阶段青霉素合成阶段：这个阶段主要合成青霉素，：这个阶段主要合成青霉素，青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青青霉素的生产速率达到最大，并一直维持到青霉
19、素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量有霉素合成能力衰退。在这个阶段，菌体重量有所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化所增加，但产生菌的呼吸强度一般无显著变化。菌体自溶阶段菌体自溶阶段：这个阶段菌体衰老，细胞开始：这个阶段菌体衰老，细胞开始自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率自溶，合成青霉素能力衰退，青霉素生产速率下降，氨基氮增加，下降，氨基氮增加，PHPH上升。上升。四四 生产原理生产原理（1 1）发酵过程的工艺控制）发酵过程的工艺控制 基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质基质浓度：在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，后期基质浓度低，对生物合成酶量浓度过高，后期基质浓度低，对生
20、物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制。为了避免系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制。为了避免这一现象这一现象,在青霉素发酵中通常采用在青霉素发酵中通常采用补料分批操补料分批操作法作法,即对容易产生抑制和限制作用的基质维持即对容易产生抑制和限制作用的基质维持一定的最适浓度。一定的最适浓度。温度：青霉素发酵的最适温度一般认为应在温度：青霉素发酵的最适温度一般认为应在25 25 C C 左右。温度过高将明显降低发酵产率左右。温度过高将明显降低发酵产率,同时同时增加葡萄糖的维持消耗增加葡萄糖的维持消耗,降低葡萄糖至青霉素降低葡萄糖至青霉素的转化率。的转化率。pHpH值：青霉素发酵的最适值：青霉素发酵的最适
21、pH pH 值一般认为在值一般认为在6.56.5左右左右,应尽量避免应尽量避免 pH pH 值超过值超过7.07.0。因为青霉。因为青霉素在碱性条件下不稳定素在碱性条件下不稳定,容易加速其水解。容易加速其水解。溶氧溶氧:对于好氧的青霉素发酵来说对于好氧的青霉素发酵来说,溶氧浓度是溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到到30%30%饱和度以下时饱和度以下时,青霉素产率急剧下降青霉素产率急剧下降,低低于于10%10%饱和度时饱和度时,则造成不可逆的损害。溶氧浓则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高度过高,说明菌丝生长不良或加糖率过低说明菌丝生长不良或
22、加糖率过低,造成造成呼吸强度下降呼吸强度下降,同样影响生产能力的发挥。同样影响生产能力的发挥。菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过菌丝浓度：发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度临界菌体浓度,从而使氧传递速率与氧消耗速率从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。在某一溶氧水平上达到平衡。菌丝生长速度：在葡萄糖限制生长的条件下，当菌丝生长速度：在葡萄糖限制生长的条件下，当比生长速率低于比生长速率低于0.015h-10.015h-1时，比生产速率与比生时，比生产速率与比生长速率成正比。因此长速率成正比。因此,要在发酵过程中达到并维要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率持最大
23、比生产速率,必须使比生长速率必须使比生长速率不低不低0.015h-10.015h-1。菌丝形态：青霉素产生菌分化主要呈丝状生长和菌丝形态：青霉素产生菌分化主要呈丝状生长和结球生长两种形态。在丝状菌发酵中结球生长两种形态。在丝状菌发酵中,控制菌丝控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度形态使其保持适当的分支和长度,并避免结球并避免结球 ,是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中,使菌丝球保持适当大小和松紧使菌丝球保持适当大小和松紧,并尽量减少游离并尽量减少游离菌丝的含量菌丝的含量,也是充分发挥其生产能力的关键素也是充分发挥其生产能力的关键素之一。之一。（2
24、 2）发酵培养基介绍）发酵培养基介绍碳源碳源：为微生物菌种的生长繁殖：为微生物菌种的生长繁殖提供能源提供能源和合成菌体所必需的和合成菌体所必需的碳成分；碳成分；为合成目的为合成目的产物提供所需的碳成分。产物提供所需的碳成分。氮源氮源：是供应菌体合成：是供应菌体合成氨基酸和三肽的原氨基酸和三肽的原料料，以进一步合成青霉素。有机氮源还可，以进一步合成青霉素。有机氮源还可以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机以提供一部分有机磷，供菌体生长。无机氮等可适量使用。氮等可适量使用。碳酸钙：用来中和发酵过程中产生的杂酸，碳酸钙：用来中和发酵过程中产生的杂酸，并控制发酵液的并控制发酵液的pHpH值值。苯乙酸苯乙
25、酸/苯乙酰胺：可以借酰基转移的作用苯乙酰胺：可以借酰基转移的作用，将苯乙酸转入青霉素分子，将苯乙酸转入青霉素分子，提高青霉素的提高青霉素的生产强度生产强度。P P和和S S：为菌体提供营养的无机磷源一般采用：为菌体提供营养的无机磷源一般采用磷酸二氢钾磷酸二氢钾。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠。另外加入硫代硫酸钠或硫酸钠以提供青霉素分子中所需的硫。以提供青霉素分子中所需的硫。另外，由于在发酵过程中二氧化碳的不断产另外，由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不
26、严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。采用的后果。采用植物油消沫植物油消沫是个好方法，一方是个好方法，一方面作为面作为消沫剂消沫剂，另一方面还可以起到，另一方面还可以起到碳源碳源作作用。用。由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发由于现在还有一些工厂采用铁罐发酵，在发酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发酵时酵过程中铁离子便逐渐进入发酵液。发酵时间愈长，则铁离子愈多。铁离子过多会影响间愈长，则铁离子愈多。铁离子过多会影响青霉素的合成。采用铁络合剂以抑制铁离子青霉素的合成。采用铁络合剂以抑制铁离子的影响，但实际对青霉素产量并无改进。所的影响，但实际对青霉素产量并无改进。所以青霉素的发酵罐采用以青霉素的发酵罐采用不锈钢不锈钢制造为宜。制造为宜。
