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抗生素发酵的过程

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现代抗生素工业生产过程如下:

菌种→抱子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包 装

一、 菌种

从来源于自然界土壤等,获得能产生抗生素的微生物,经过分离、选育 和

纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后,以超低温,即在液氮冰箱 (-190

C ~-196 C )内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和抱子混在 一起,

经真空冷冻、升华干燥后,在真空下保存。如条件不足时,则沿用砂土管 在0C冰箱内保存的老方法,但如需长期保存时不宜用此法。一般生产用菌株经 多次移植往往会发生变异而退化,故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产 能力。

二、 抱子制备

生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验,若符合规定,才能用来制备 种

子。制备抱子时,将保藏的处于休眠状态的抱子,通过严格的无菌手续,将其 接种到经灭菌过的固体斜面培养基上, 在一定温度下培养5-7日或7日以上,这 样培养出来的抱子数量还是有限的。为获得更多数量的抱子以供生产需要,必要 时可进一步用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩大培养。

三、 种子制备

其目的是使抱子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝,并接种到发酵罐中,

种子制备可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养。或直接将抱子接入种子 罐后逐级放大培养。种子扩大培养级数的多少,决定于菌种的性质、生产规模的 大小和生产工艺的特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养是在锥形瓶内装入 一定数量的液体培养基,灭菌后以无菌操作接入抱子,放在摇床上恒温培养。在 种子罐中培养时,在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。 接种材料为抱子 悬浮液或来自摇瓶的菌丝,以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。

接种

量视需要而定。如用菌丝,接种量一般相当于 0.1%— 2%接种量的%系对种子 罐内的培养基而言,下同)。从一级种子罐接入

二级种子罐接种量一般为5%-20%培养温度一般在25— 30C。如菌种系细 菌,则在32— 37C培养。在罐内培养过程中,需要搅拌和通入无菌空气。控制 罐温、罐压,并定时取样作无菌试验,观察菌丝形态,测定种子液中发酵单位和 进行生化分

析等,并观察无杂菌情况。种子质量如合格方可移种到发酵罐中。

四、培养基 的配制

在抗生素发酵生产中,由于各菌种的生理生化特性不一样,采用的工艺 不

同,所需的培养基组成亦各异。即使同一菌种,在种子培养阶段和不同发酵时 期,其营养要求也不完全一样。因此需根据其不同要求来选用培养基的成分与配 比。其主要成分包括碳源、氮源、无机盐类(包括微量元素)和前体等。

(1) 碳源 主要用以供给菌种生命活动所需的能量,构成菌体细胞及代谢产 物。有的碳源还参与抗生素的生物合成, 是培养基中主要组成之一,常用碳源包 括淀粉、葡萄糖和油脂类。对有的品种,为节约成本也可用玉米粉作碳源以代淀 粉。使用葡萄糖时,在必要时采用流加工艺,以有利于提高产量。油脂类往往还 兼用作消沫剂。个别的抗生素发酵中也有用麦芽糖、乳糖或有机酸等作碳源的。

(2) 氮源 主要用以构成菌体细胞物质(包括氨基酸、蛋白质、核酸)和含氮 代谢物,亦包括用以生物合成含氮抗生素。 氮源可分成两类:有机氮源和无机氮 源。有机氮源中包括黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉 (它如果经精制以去除其中 的棉酚后称Phamamedia)b玉米浆、蛋白胨、尿素、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉和菌 丝体等。无机氮源中包括氨水(氨水既作为氮源,也用以调节PH),硫酸铵、硝 酸盐和磷酸氢二氨等。在含有机氮源的培养基中菌丝生长速度较快, 多。

(3) 无机盐和微量元素 抗生素产生菌和其他微生物一样,在生长、繁殖和 产生生物产品的过程中,需要某些无机盐类和微量元素。如硫、磷、镁、铁、钾、 钠、锌、铜、钻、锰等,其浓度与菌种的生理活性有一定影响。因此,应选择合 适的配比和浓度。此外,在发酵过程中可加入碳酸钙作为缓冲剂以调节

PHO 菌丝量也较

(4) 前体在抗生素生物合成中,菌体利用它以构成抗生素分子中的一部分 而其本身又没有显著改变的物质,称为前体(PreCurSOr)。前体除直接参与抗生 素生物合成外,在一定条件下还控制菌体合成抗生素的方向并增加抗生素的产量。 如苯乙酸成苯乙酰胺可用作为青霉素发酵的前体。丙醇或丙酸可作为红毒素发酵 的前体。前体的加入量应当适度。如过量则往往前体有毒性,并增加了生产成本。 如不足,则发酵单位降低。

此外,有时还需要加入某种促进剂或抑制剂,如在四环素发酵中加入 M-促

进剂和抑制剂溴化钠,以抑制金霉索的生物合成并增加四环素的产量。

(5)培养基的质量培养基的质量应予严格控制,以保证发酵水平,可以通 过化学分析,并在必要时作摇瓶试验以控制其质量。培养基的储存条件对培养基 质量的影响应予注意。此外,如果在培养基灭菌过程中温度过高、 受热时间过长 亦能引起培养基成分的降解或变质。培养基在配制时的调节其 程执行。

五、 发酵 (见手机电子书)

发酵过程的目的是使微生物大量分泌抗生素。 在发酵开始前,有关设备和培 养基也必须先经过灭菌后再接入种子。接种量一般为

10%或 10%^上,发酵期视

PH亦要严格按规

抗生素品种和发酵工艺而定,在整个发酵过程中,需不断通无菌空气和搅拌,以 维持一定罐压或溶氧,在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定罐温。此外, 还要加入消沫剂以控制泡沫,必要时还加入酸、碱以调节发酵液的

PH对有的

品种在发酵过程中还需加入葡萄糖、 铵盐或前体,以促进抗生素的产生。对其中 一些主要发酵参数可以用电子计算机进行反馈控制。

在发酵期间每隔一定时间应

取样进行生化分析、镜检和无菌试验。分析或控制的参数有菌丝形态和浓度、残 糖量、氨基氮、抗生素含量、溶解氧、pH、通气量、搅拌转速和液面控制等。其 中有些项目可以通过在线控制。(在线即Online ,指不需取样而直接在罐内测 定,然后予以控制)。

六、 发酵液的过滤和预处理

发酵液的过滤和预处理其目的不仅在于分离菌丝,还需将一些杂质除去。尽 管对多数抗生素品种在生产过程中, 当发酵结束时,抗生素存在于发酵液中,但 也有个别品种当发酵结束时抗生素大量残存在菌丝之中, 在此情况下,发酵液的 预处理应当包括使抗生素从菌丝中析出,使其转入发酵液。

(1)发酵液的预处理 发酵液中的杂质如高价无机离子(Ca+2、Mg+2 Fe+3) 和蛋白质在离子交换的过程中对提炼影响甚大, 不利于树脂对抗生素的吸附。如 用溶媒萃取法提炼时,蛋白质的存在会产出乳化,用溶媒和水相分层困难。对高 价离子的去除,可采用草酸或磷酸。如加草酸则它与钙离子生成的草酸钙还能促 使蛋白质凝固以提高发酵滤液的质量。 如加磷酸(或磷酸盐),则既能降低钙离子 浓度,也易于去处镁离子。

抗生素发酵的过程

现代抗生素工业生产过程如下:菌种→抱子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取及精制→成品包装一、菌种从来源于自然界土壤等,获得能产生抗生素的微生物,经过分离、选育和纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后,以超低温,即在液氮冰箱(-190C~-196C)内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂
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