子学习情境4 青霉素发酵
任务一 青霉素的结构和理化性质
一、β-内酰胺类抗生素特性和作用机制
1. 结构特性
都含有一个四元的内酰氨环，并通过N与相邻的碳原子和另外一个杂环相稠合。
2. 物理性质
白色或黄色无定型或结晶性固体。熔点不明显，具有旋光，酸性形式易溶于有机溶剂，盐易溶于极性溶剂，特别是水。
3. 化学性质
化学性质活泼，由于稠环的作用，青霉素的内酰胺环很易开环，头孢菌素相对稳定。
4. 作用机制
通过抑制肽聚糖转肽酶及D-丙氨酸羧肽酶的活性抑制肽聚糖的合成，从而干扰细胞壁的合成。
二 发展概况
1929 Fleming 首先发现青霉素可抑制葡球菌的生长，但并未获得足够重视
1940 Florey Chain青霉菌发酵液中提取出了青霉素
1945 意大利 Brotzu 发现头孢菌素C 1958后 人工合成半合成青霉素、头孢菌素
陆续发现头霉素、克拉维酸、硫霉素、单环β-内酰胺 三 常用的β-内酰胺类抗生素 （一）青霉素：
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苄青霉素、青霉素V、氨苄西林、替卡西林、甲氧西林、氯唑西林
(一) 头孢菌素
头孢菌素C、头霉素C、头孢力行、头孢克洛、头孢唑啉、头孢西丁、头孢他啶
（一）新型β-内酰胺
四、天然存在的青霉素 青霉素是一族化合物的总称。
分子式：
R为侧链，根据R基不同 青霉素G C6H5CH2- 青霉素X HOC6H4CH2- 青霉素F CH3CH2CH=CHCH2- 青霉素K CH3(CH2)6- 双氢青霉素F CH3(CH2)4- 青霉素V C6H5OCH2- 五、青霉素的理化性质 （一）稳定性
干燥纯净的青霉素盐很稳定，有效期都在三年以上，并且对热稳定，如结晶青霉素钾盐在150OC加热1.5小时效价不降低。
青霉素水溶液PH=5-7较稳定。最稳定的PH为6-6.5。
（一）溶解度
青霉素在水中溶解度小，易溶于有机溶剂 青霉素盐易溶于水、甲醇
（二）降解反应
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青霉素遇酸、碱、加热易开环，倒是抗菌活性丧失。 详见课本
（三）紫外吸收光谱
在252nm 257nm 264nm具有弱的吸收峰
（四）过敏反应
任务二 发酵法工艺过程
现代抗生素生产绝大多数采用发酵法生产，虽然种类繁多，但其基本过程大致相同。
菌种――孢子制备――种子制备――发酵――发酵液的预处理及过滤――提取及精制――成品检验――成品包装――出厂检验。
一般说，从孢子制备到发酵属于“生物合成”范围 从预处理到提取精制属于化工范围 一 生产菌种
菌种是发酵生产的基础，必须产量高、性能稳定、容易培养。为防止菌种衰退，要合理保藏。一般保存在沙土管或冷冻于干燥管中。一般使用期为１－２年，不断纯化淘汰变异菌种。有条件的可以菌种选育，不断提高产量。
二、 孢子制备
孢子制备是发酵工序的开端，孢子的质量、数量对以后菌丝体的生长繁殖有很大的影响。不同菌种的孢子制备工艺是不同的。 （一）.放线菌类
培养基：人工合成固体培养基，C源N源不要太丰富。以利于产生大量孢子 温度：大多28 土 1CO 部分菌种30 CO或者37 时间：（因菌种不同而异）一般4-7天
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保存：2-4 C冰箱保存一周左右
放线菌发酵生产的工艺过
菌种母斜面（孢子）子斜面（孢子）摇瓶种子（菌丝）种子罐发酵罐O
程如下：
采用哪一代的斜面孢
子接入液体培养，视菌种特性而定。采用母斜面孢子接人液体培养基有利于防止菌种变异，采用子斜面孢子接入液体培养基可节约菌种用量。菌种进入种子罐有两种方法。一种为孢子进罐法，即将斜面孢子制成孢子悬浮液直接接人种子罐。此方法可减少批与批之间的差异，具有操作方便、工艺过程简单、便于控制孢子质量筹优点，孢子进罐法已成为发酵生产的一个方向。另一种方法为摇瓶菌丝进罐法，适用于某些生长发育缓慢的放线菌，此方法的优点是可以缩短种子在种子罐内的培养时间。 （二）.霉菌类
培养基：天然培养基（大米、小米、麦麸）
工艺过程：沙土管----斜面-----亲米----生产米----种子罐
首先将保存于沙土管中或冷冻管中的菌种孢子接种在斜面上，恒温培养，孢子成熟后制作成孢子悬浮液然后接种到大米或小米等培养基上，恒温成熟后称为“亲米”，由亲米再转至大米或小米培养基上，培养成熟后称为“生产米”，用生产米介入种子罐内，培养温度一般为25-28度，培养时间一般为4-14天。 （三）.细菌类
培养温度：37CO 少数为28 CO
培养时间：多数1-2天 有的芽孢需要5-6天，甚至十多天 （四）影响孢子质量的因素及其控制 1、原材料质量的影响
多数抗生素产生菌对原材料敏感。
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如：四环素斜面孢子与小麦麸皮质量关系密切，小麦的产地、品种、加工方法、成份用量对孢子质量均有影响。青霉素的大米孢子，由于大米产地、颗粒大小、均匀程度不同
如：琼脂的牌号不同对孢子的质量也有影响。原因是不同的琼脂含有不同的无机离子。 如：水质。污染，硬度大。人工调节 2、.培养条件的影响 1.温度：
如：链霉素（灰色链霉菌）斜面孢子，在26.5—27.5 CO正常生长，超过28就不能正常生长。
土霉素产生菌在36.5-37 CO，超过37CO，孢子早熟易老化 2.相对湿度
北方控制在40-45%，南方控制在35-42% （三）冷藏时间的影响
总的原则是易短不易长，一般不超过7天。 （四）孢子龄及孢子量的影响
过于年轻的孢子经不起冷藏，过于衰老的孢子生产能力下降，控制在孢子成熟、
孢子量多、效价正常时为宜。
孢子量过多或过少，对发酵也是不利的。
小结：本节介绍了青霉素的结构和作用机理。介绍了发酵生产抗生素的菌种制备过程和孢子培养过程。 三、种子制备
种子制备是将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。
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