年产1200吨青霉素工艺设计整理版

2021-04-25 12:57:26本页面

年产1200吨青霉素工艺设计整理版


【正文】

生物工艺课程设计年产1200t青霉素工艺设计 年产1200吨青霉素工艺设计 一、前言 3 1.1青霉素简介 3 1.2青霉素的分类 3 1.3青霉素的药理作用 4 1.4青霉素发展前景 4 二.青霉素的生产原料 5 2.1菌种 5 2.2培养基 5 三、青霉素的生产方法 6 3.1天然青霉素的生产方法 6 3.2半合成青霉素的生产方法 6 3.3青霉素浓缩法 7 四、青霉素生产工艺流程 8 4.1发酵液的预处理 8 4.2过滤 8 4.3提炼 8 4.4脱色 8 4.5共沸蒸馏 8 五、青霉素生产工艺控制 9 5.1种子质量的控制 9 5.2培养基成分的控制 10 5。

3发酵培养的控制 10 六、物料衡算 11 七、设备计算 13 八、体会与感想 14 九、参考文献 15 一、前言 1.1青霉素简介 青霉素(Benzylpenicillin/Penicillin)又被称为青霉素G、peillinG、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β内酰胺类中一大类抗生素的总称。 青霉素不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所产生的酶,易被其破坏。

且其抗菌谱较窄,主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分,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钾而抑制心脏功能,造成死亡。使用本品必须先做皮内试验。 1.2青霉素的分类 按其特点,青霉素可分为: 青霉素G类:如青霉素G钾、青霉素G钠、长效西林等。 青霉素V类:(别名:苯氧甲基青霉素、6苯氧乙酰胺基青霉烷酸)如青霉素V钾等(包括有多种剂型)。 耐酶青霉素:如苯唑青霉素(新青Ⅱ号)、氯唑青霉素等。 广谱青霉素:如氨苄青霉素、羟氨苄青霉素等。 抗绿脓杆菌的广谱青霉素:如羧苄青霉素、氧哌嗪青霉素、呋苄青霉素等。 氮咪青霉素:如美西林及其酯匹美西林等。

其特点为较耐酶,对某些阴性杆菌(如大肠、克雷伯氏和沙门氏菌)有效,但对绿脓杆菌效差。 1.3青霉素的药理作用 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的D丙氨酰D丙氨酸近似,可与后者竞争转肽酶,阻碍粘肽的形成,造成细胞壁的缺损,使细菌失去细胞壁的渗透屏障,对细菌起到杀灭作用。主要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、炭疽芽孢杆菌、牛型放线菌、念珠状链杆菌、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.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不大。 1.4青霉素发展前景 近年来,国际市场抗生素竞争异常激烈,新品种不断上市,产品生命周期缩短。但青霉素及其半合成产品、7ADCA系列头孢、7ACA系列头孢这三大β内酰胺系列抗生素在市场上仍占有重要的地位。其市场结构的变化,主要表现在以下几个方面:第一。

青霉素系列产品积极向下游延伸,国内几家大型生产企业已做出战略性调整,向下游转移的目标已付诸实施。第二,7ACA的供需开始转变,其价格从去年连续走高,已成为少数有较好利润的原料药中间体之一,成为竞争力较强的品种。第三,作为青霉素系列的下游产品,7ADCA主要用于合成头孢拉定、头孢氨苄、头孢羟氨苄,已由进口转向出口,去年的1~5月的年出口已形成了一定的规模,出口量达到85吨,标志着我国7ADCA由进口依赖型转为出口型。 二.青霉素的生产原料 2.1菌种 常用菌种为产黄青霉(Penchrysogenum)。当前生产能力可达30000—60000μ/ml。按其在深层培养中菌丝的形态,可分为球状菌和丝状菌。

今常用绿色丝状菌为代表。 2.2培养基 培养基成分为: ⑴碳源青霉菌能利用多种碳源和乳糖、蔗糖、葡萄糖等。目前普遍采用淀粉经淀粉酶水解的葡萄糖糖化液(DE值50%以上)进行流加。 ⑵氮源选用玉米浆、花生饼粉等并补加无机氮源。 ⑶前体微生物合成含有苄基基团的青霉素G,需在发酵中加入前体如苯乙酸或苯乙酰胺。一次加入量不能大于0.1%,并采用多次加入方式。 ⑷无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等盐类。铁离子对青霉菌有毒害作用,应严格控制发酵液中铁离子的含量在30μ/ml以下。 三、青霉素的生产方法 天然青霉素与半合成青霉素生产方法完全不同。 3.1天然青霉素的生产方法 青霉素G生产可分为菌种发酵和提取精制两个步骤。

①菌种发酵:将产黄青霉菌接种到固体培养基上,在25℃下培养7~10天,即可得青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中,通入无菌空气、搅拌,在27℃下培养24~28h,然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中,通入无菌空气,搅拌,在27℃下培养7天。在发酵过程中需补入苯乙酸前体及适量的培养基。②提取精制:将青霉素发酵液冷却,过滤。滤液在pH2~2.5的条件下,于萃取机内用醋酸丁酯进行多级逆流萃取,得到丁酯萃取液,转入pH7.0~7.2的缓冲液中,然后再转入丁酯中,将此丁酯萃取液经活性炭脱色,加入成盐剂,经共沸蒸馏即可得青霉素G钾盐。青霉素G钠盐是将青霉素G钾盐通过离子交换树脂(钠型)而制得。

3.2半合成青霉素的生产方法 以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应,可制得各种类型的半合成青霉素。 6APA是利用微生物产生的青霉素酰化酶裂解青霉素G或V而得到。酶反应一般在40~50℃、pH8~10的条件下进行;近年来,酶固相化技术已应用于6APA生产,简化了裂解工艺过程。6APA也可从青霉素G用化学法来裂解制得,但成本较高。侧链的引入系将相应的有机酸先用氯化剂制成酰氯,然后根据酰氯的稳定性在水或有机溶剂中,以无机或有机碱为缩合剂,与6APA进行酰化反应。缩合反应也可以在裂解液中直接进行而不需分离出6APA。 6APA生产流程图 3.3青霉素浓缩法 利用青霉素特异性地杀死野生型细胞、保留营养缺陷型细胞的方法。

青霉素能抑制细菌细胞壁的合成,所以只能杀死生长繁殖中的细菌,而不能杀死停止分裂的细菌。在只能使野生型生长而不能使突变型生长的选择性液体培养基中,野生型被青霉素杀死,而突变型则不被杀死,从而淘汰野生型,使突变型得以浓缩。可适用于细菌和放线菌,是营养缺陷型突变体筛选的常用生产方法之一。 四、青霉素生产工艺流程 4.1发酵液的预处理 发酵液中的杂质如高价无机离子Ca,Mg,Fe离子)和蛋白质在离子交换过程中对提炼影响甚大,不利于树脂对抗生素的吸附。对高价离子的去除,采用草酸或磷酸;对于蛋白质,可利用其在等电点时凝聚的特点将其去除。 4.2过滤 采用鼓式真空过滤器,过滤前加去乳化剂并降温。 4。

3提炼 采用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至PH2,后加相当于发酵液体积1/3的醋酸丁酯(简称BA),混合后以萃取罐分离。为提高萃取效率将两个萃取罐串联使用,进行二级逆流萃取。得一次BA提取液。然后以1.3%1.9%碳酸氢钠在PH6.87.1条件下将青霉素从BA提取液到缓冲液中。然后调PH至2.0后,再一次将青霉素从缓冲液转入到BA中去,其方法同上,得二次BA提取液。 4.4脱色 在二次BA提取液中加活性炭150—300g/10亿单位,进行脱色、过滤。 4.5共沸蒸馏 鉴于以丁醇共沸结晶法所得产品质量优良,国际上普遍采用此法生产注射品。其简要流程如下:将二次BA萃取液以0.5mol/LNaOH液萃取。

调PH至6.46.8。得青霉素钠盐水浓缩液(5万单位/mL左右),加34倍体积的丁醇,在1626℃,510mm汞柱下真空蒸馏,将水和丁醇的共沸物蒸出,并随时补加丁醇。当浓缩到浓缩液体积、蒸出馏分中含水达24%时,停止蒸馏,青霉素钠盐结晶析出,过滤,将晶体洗涤后进行干燥得成品。可在60℃,20mmHg柱,真空中烘16小时,然后磨粉,装桶。 五、青霉素生产工艺控制 5.1种子质量的控制 丝状菌的生产种子是由保藏在低温的冷冻安瓿管经甘油、葡萄糖、蛋白胨斜面移植到小米固体上,25℃培养7天,真空干燥并以这种形式保存备用。生产时它按一定的接种量移种到含有葡萄糖、玉米浆、尿素为主的种子罐内,26℃培养56h左右。

菌丝浓度达6%8%,菌丝形态正常,按10%15%的接种量移人含有花生饼粉、葡萄糖为主的二级种子罐内,27℃培养24h,菌丝体积10%12%,形态正常,效价在700D/ml左右便可作为发酵种子。 球状菌的生产种子是由冷冻管子孢子经混有0.5%1.0%玉米浆的三角瓶培养原始亲米孢子,然后再移人罗氏瓶培养生产大米抱子(又称生产米),亲米和生产米均为25℃静置培养,需经常观察生长发育情况在培养到34天,大米表面长出明显小集落时要振摇均匀,使菌丝在大米表面能均匀生长,10天左右形成绿色孢子即可收获。亲米成熟接人生产米后也要经过激烈振荡才可放置恒温培养,生产米的孢子量要求每粒米300万只以上。亲米、生产米子孢子都需保存在5℃冰箱内。

工艺要求将新鲜的生产米(指收获后的孢瓶在10天以内使用)接人含有花生饼粉、玉米胚芽粉、葡萄糖、饴糖为主的种子罐内,28℃培养5060h当pH值由6.06.5下降至5.55.0,菌丝呈菊花团状,平均直径在100130μm,每毫升的球数为6万8万只,沉降率在85%以上,即可根据发酵罐球数控制在800011000只/ml范围的要求,计算移种体积,然后接入发酵罐,多余的种子液弃去。球状菌以新鲜孢子为佳,其生产水平优于真空干燥的孢子,能使青霉素发酵单位的罐批差异减少。 5.2培养基成分的控制 a.碳源产黄青霉菌可利用的碳源有乳糖、蕉糖、葡萄糖等。目前生产上普遍采用的是淀粉水解糖、糖化液(DE值50%以上)进行流加。

b.氮源氮源常选用玉米浆、精制棉籽饼粉、麸皮,并补加无机氮源(硫酸氨、氨水或尿素)。 c.前体生物合成含有苄基基团的青霉素G,需在发酵液中加人前体。前体可用苯乙酸、苯乙酰胺,一次加入量不大于0.1%,并采用多次加入,以防止前体对青霉素的毒害。 d.无机盐加人的无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等,且用量要适度。另外,由于铁离子对青霉菌有毒害作用,必须严格控制铁离子的浓度,一般控制在30μg/ml。 5.3发酵培养的控制 a.加糖控制加糖量的控制是根据残糖量及发酵过程中的pH值确定,最好是根据排气中CO2量及O2量来控制,一般在残糖降至0.6%左右,pH值上升时开始加糖。 b.补氮及加前体补氮是指加硫酸铵、氨水或尿素。

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