生化工艺 教学课件 作者 盛成乐 主编 王世娟 主审第七章 典型产品生产工艺.ppt

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1、典型产品生产工艺第七章典型产品生产工艺第一节抗生素生产工艺第二节有机酸生产工艺第三节氨基酸生产工艺第四节啤酒生产工艺第五节其他产品的生产工艺第六节发酵过程经济评价第一节抗生素生产工艺一、抗生素的应用抗生素是重要的抗感染药品。目前中国抗感染药占全部医药产品总量的15％左右，抗感染药包括抗生素和磺胺药等，其中抗生素占全部抗感染药品的60％左右。抗生素在临床治疗上占有重要的地位，自发现抗生素并将其应用于临床以来，使很多感染疾病的死亡率大幅度下降。但抗生素如果使用不当，会带来不良后果，如病菌耐药性的产生

2、、人体过敏反应和由于体内菌群失调而引起的二重性感染等。因此，应严格掌握抗生素的适应症和剂量，并注意用药时的配伍禁忌。第一节抗生素生产工艺此外，农用抗生素作为生物农药的重要组成部分，可以防治病虫害，调节植物生长，且高效安全、不易引起环境污染，受到广泛欢迎。在我国，常用的农用抗生素有井冈霉素、浏阳霉素、金核霉素、赤霉素等。在畜牧业中，抗生素可以治疗和预防牲畜疾病，刺激幼畜、幼禽的生长。常用的种类有7051杀虫素、之江菌素等。二、抗生素的发酵机制1．次级代谢产物及特征抗生素属于次级代谢产物。次级代谢产

3、物是某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质，它们一般是在菌生长中止后合成的。微生物的次级代谢产物有抗生素、毒素、色素和生物碱等。第一节抗生素生产工艺次级代谢产物生物合成的明显特征有以下几点：（1）次级代谢产物一般不在菌的生长期产生，而在随后的生产期形成。抗生素晚合成的原因之一，可能是避免生长受其自身产物的抑制。因在生长期大多数微生物对其自身产生的抗生素很敏感，只有在生产期才能在生理上获得耐药性。另外次级代谢产物的合成过程一般是在培养液中缺乏某种营养物质（如碳源、氮源或磷），菌体的生长受到抑制

4、时启动的。例如，青霉素是在生产菌的生长速率开始下降时启动的。次级代谢产物的启动的原因可能是生长期末细胞内酶的组成发生变化，与次级代谢物合成相关酶的突然出现有关；也可能是前体的积累，起诱导物的作用，或编码次级代谢产物的基因从分解代谢物阻遏中解脱所致。第一节抗生素生产工艺（2）种类繁多，含有不寻常的化学键。如氨基糖、苯醌、香豆素、环氧化合物、麦角生物碱、吲哚衍生物、吩嗪、吡咯、喹啉、萜烯、四环类抗生素等。其化学结构特殊，如β-内酰胺环、环肽、聚乙烯和多烯的不饱和键，大环内酯类抗生素的大环。（3）一种

5、菌可以产生结构相近的一族抗生素。例如，产黄青霉能产生至少10种具有不同特性的青霉素。第一节抗生素生产工艺（4）一族抗生素中各组分的多少取决于遗传与环境因素。次级代谢物合成所涉及的酶特性较低；而初级代谢方面的特异性总是很高，因其差异会导致致命性的后果。次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要，改变后的代谢产物有些还保留生物活性。有人认为，次级代谢产物之所以种类繁多，就是因为酶的底物特异性不高所致。他们把次级代谢过程又称为多向代谢作用。第一节抗生素生产工艺（5）一种微生物的不同菌株可以产生多种在分子结

6、构上完全不同的次级代谢产物。例如，灰色链霉菌不仅可以用于生产链霉素，还可以用来生产白霉素、吲哚霉素、灰霉素、灰绿霉素和灰争霉素等。不同种类的微生物也可能产生同一种次级代谢产物。例如，最先发现青霉素的英国学者Fleming是从点青霉中发现的，后来人们发现许多其他的真菌也能产生青霉素，如道黄霉、土曲霉、构巢曲霉、发癣霉属的一些真菌。但能产生青霉素的真菌主要属于曲霉科的真菌。这说明某种次级代谢产物在分布上仅限于一群在分类学上相关的微生物种群中。第一节抗生素生产工艺（6）次级代谢产物的合成对环境特别敏感

7、。其合成信息的表达受环境因素调节。如对抗生素合成需在较小磷酸盐浓度范（0.1～10mmol/L）围内进行,而生长期耐受的范围平均要大10倍(0.3～300mmol/L)。（7）微生物由生长期向生产期过渡时，菌体在形态学上会发生一些变化。例如，一些产芽胞的细菌在此时会形成芽胞，真菌和放线菌会形成胞子。第一节抗生素生产工艺（8）微生物的次级代谢产物的合成过程是一类由多种基因控制的代谢过程。这些基因不仅位于微生物的染色体中，也位于质粒中，并且染色体外的基因在次级代谢产物的合成过程中往往起主导作用。由于

8、核外基因能够通过质粒的转化作用转入到亲缘关系相近的微生物群类中，使微生物次级代谢产物的分布具有分类学上的局限性。此外，染色体外遗传物质可以由于外界环境的影响从细胞中失去，从而造成微生物生产的不稳定性。第一节抗生素生产工艺2．生物合成抗生素与初级代谢的关系次级代谢产物是由初级代谢的中间体产生的，即初级代谢为次级代谢提供前体化合物，次级代谢通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的。微生物的初级代谢产物脂肪酸、氨基酸及糖都是生物合成抗生素的重要前体。红霉素、螺旋霉素等大环内酯类抗生素都是以短链脂肪酸为前体