发酵工程第14讲(2011.5)

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1、《发酵工程》第十四讲：2011.5.30第十三章发酵生产实例三、抗生素的发酵生产四、柠檬酸的发酵生产三、抗生素工业生产1、概述1.1抗生素定义：是指那些在低浓度下有选择地抑制或影响其它种生物机能的微生物次级代谢产物及其衍生物。1.2抗生素的发现和发展：自1929年英国科学家Fleming发现了青霉素，十年后牛津大学的Florey,Chain两博士经过一系列的研究分离出青霉素，1941年美、英两国合作建立了液体深层培养，成功地生产出青霉素，开创了抗生素的时代。随后是链霉素、卡那霉素、庆大霉素、红霉素等的相继出现，形成三大抗感染抗生素治疗的时代，产生了空前的医疗效果

2、和巨大的经济效益。新的抗生素的寻找很快扩展到抗真菌、抗肿瘤的抗生素，以及具有抗细菌耐药性的新型抗生素，成为当代的研究热点。1.3抗生素的分类（根据结构分类）1.3.1β-内酰胺类抗生素—主要有青霉素类、头孢霉素类1.3.2氨基糖苷(环醇）类抗生素—主要有链霉素、卡那霉素、庆大霉素等。1.3.3四环类抗生素—主要有四环素、土霉素、金霉素、多西环素（强力霉素）等1.3.4大环内酯类抗生素—主要有红霉素、螺旋霉素等1.3.5蒽环类抗生素—主要有阿霉素、紫红霉素等；1.3.6安莎霉素类抗生素—主要有力复霉素、力复平等1.3.7多烯大环内酯类抗生素—主要有两性霉素B、制霉

3、菌素、杀假丝菌素等1.3.8聚醚类抗生素—主要有莫能霉素、盐霉素等；1.3.9肽类抗生素—多粘菌素、杆菌肽等；1.3.10放线菌类抗生素：放线菌素D（更生霉素）2、青霉素生产工艺2.1青霉素的结构与抑菌机理青霉素和头孢霉素是β-内酰胺类抗生素的主要代表，β-内酰胺类抗生素是迄今为止已知抗生素中毒性最低、品种最多、临床上应用最广泛的一类抗生素。这类抗生素由一个四元β-内酰胺环和一个五元或六元的杂环通过N和相邻的C原子结合而成。6-酰胺-2，2-二甲基青核-3-羧酸青霉素的化学名：6-酰胺-2，2-二甲基青核-3-羧酸，俗名：盘尼西林。β-内酰胺类抗生素的抑菌机理是

4、：干扰细胞壁(肽聚糖)的合成。通过与转肽酶的作用，特异性地抑制细菌细胞壁肽聚糖的完整合成，并且只作用于生长中的细胞，对静止的细胞无效。对无细胞壁的动物不产生毒性。但是，这类化合物易和血浆蛋白结合，形成过敏。此外，β-内酰胺类抗生素长期使用细菌易产生抗药性。2.2青霉素的合成机制：青霉素、头孢霉素C合成的前体物质有半胱氨酸（cys)、缬氨酸(val)、α-氨基己二酸及苯乙酸等。3个前体氨基酸由葡萄糖转化而成，首先在三肽合成酶（ACVS）的作用下，将它们缩合成三肽（LLD-ACV），然后由异青霉素N合成酶（IPNS）催化LLD-ACV氧化闭环（环化），生成异青霉素N

5、（IPN），再与活化的侧链前体苯乙酰CoA或苯氧乙酰CoA将IPN转化成青霉素G或青霉素V（转酰基）。2.3青霉素生产工艺2.3.1青霉素生产菌种：经选育后的产黄青霉菌株。2.3.2孢子制备：为了获得丰富的高质量的孢子。产黄青霉活化斜面母瓶25℃，6~7d大米/小米孢子培养基（休眠孢子）接种25℃，6~7d米孢子2.3.3种子制备：目的是使孢子发芽、繁殖以获得足够的菌丝。米孢子一级种子罐25℃，1：2V/V二级种子罐40~45h接种10%25℃，1：1.5V/V发酵罐16~18h接种20%2.3.4培养基：2.3.4.1母斜面培养基：葡萄糖、蛋白胨、甘油；2.3

6、.4.2孢子培养基：大米/小米2.3.4.3一级种子罐：葡萄糖、乳糖、玉米浆；2.3.4.4二级种子罐：葡萄糖、玉米浆2.3.4.5发酵培养基：碳源：葡萄糖；氮源：玉米浆、花生饼粉、棉籽饼粉、硫酸铵、尿素；前体：苯乙酸或苯乙酸铵（分多次加入）；无机盐：包括S、P、Ca、Mg、K等，Fe3+应严格地控制在30μg/ml以下。2.3.5发酵培养2.3.5.1温度控制：前期（60h前）25℃~26℃，中期（60h后）23℃，后期适当升温。2.3.5.2pH控制：通过流加葡萄糖控制6.4~6.6，避免达到7.2，一般残糖降至0.6%左右、pH上升时开始加糖。2.3.5.

7、3溶氧控制：通气比一般为1：0.8，溶氧不低于饱和溶氧的30%2.3.5.4补料：流加葡萄糖、硫酸铵、氨水、苯乙酸或苯氧乙酸、消泡剂(通常用豆油、玉米油或化学合成消泡剂），让培养基中的主要营养物只够维持青霉菌在前40h生长，而在40h后，靠低速连续补加葡萄糖和氮源等，使菌半饥饿，延长青霉素的合成期，大大提高了产量。2.3.5.5周期：180h~240h典型青霉素发酵过程曲线PCV(■)-湿细胞体积PenG(●)-效价DO(×)-溶氧浓度Cs(△)-残糖Cn(○)-氨基氮浓度pH(◆)3.6青霉素下游提取工艺3.6.1发酵液的预处理：发酵液冷却到5℃左右，加絮凝剂

8、絮凝，搅拌均匀。3.6.