第十章发酵工程案例(讲1).ppt

第九章;概述 抗生素的生产工艺 生产前期研究 生产菌改良 生产工艺过程 发酵条件的控制 提取和精制;一、 概　述　;微生物发酵法(主要），如青霉素等 化学合成法（极少数），如氯霉素、磷霉素等 半合成法，如氨苄青霉素、头孢利定等; 2、 分　类　;根据抗生素的作用机制;根据抗生素的生物来源;根据抗生素的合成途径;1928年， Fleming发现可抑制葡萄球菌生长的青霉素； 1943年（二战期间），病理学家Florey和化学家Chain共同努力下实现了大规模发酵生产（从实验室到工业）； 青霉素的应用使美国军队中肺炎患者死亡率由一战期间的18％下降到二战期间的1％； 1945年，Fleming、Florey, and Chain被授予诺贝尔生理学和医学奖； 青霉素的研制成功，激发了抗生素的探索和研究工作如火如荼的发展，史称“抗生素革命”。 20世纪中抗生素使人类平均寿命延长了15年以上。;青霉素的故事已经世界闻名，它提供了一个不同的科学方法，为一个共同的伟大目标而合作的光辉榜样。 ——诺贝尔奖颁奖致词;4、现状;国内现状;开发一种新的抗生素一般需要10年左右，而一代耐药菌的产生只要2年，抗生素的研制速度远远赶不上耐药菌的繁殖速度 ;我越来越心虚，因为我们武器库里的武器已经越来越少 ----张永信教授 ;美丽的悲哀;医学的最高境界 治未病;发酵工程三大要素;菌种的制备; 2．生产前期研究;开发设计;a) 抗生素类药物一般检查项目：;b) 效价测定;生物学测定法; Agar diffusion assay;ii) 物理化学测定法;现代分析仪器;2）抗生素生产菌改良;人工诱变法;基因工程（DNA重组技术）;菌种扩大培养;Scale-up（比拟放大）;摇 瓶 发 酵 Shake-flask ;菌种 → 种子制备 → 发酵工艺控制 → 发酵液预处理 → 提取及精制 → 成品包装;A scheme of the material flow in an antibiotic production ;1）发酵生产原料　; 培 养 基　;小型发酵罐; 样品分析 pH DO 糖 氨类化合物 磷酸盐 硫酸盐 Products 前体物（PAA） 污染 ;;监控中心; ;β-内酰胺 环;1）产黄青霉的生长阶段;菌种 ：产黄青霉菌 孢子培养 ：25 oC, 6-7 d 种子培养： 25 oC， 2-3 d 发酵培养 ： 22-26 oC, 6-7 d 加糖控制 ：残糖降至0.6％ ;碳源：乳糖、葡萄糖等 氮源：玉米浆、精致棉子饼粉或麸皮粉等，并补加无机氮源，氨控制在 0.01-0.05％ 前体 ：苯乙酸或苯乙酰胺 0.05-0.08％； 无机盐：S、P、Ca、Mg、K等； Fe离子：小于30ug/ml;温度控制 ：前期 25-26 oC，后期 23 oC 通气与搅拌 ：保证DO （1 : 0.8 VVM） 泡沫 ：天然油脂, 如豆油;;青霉素发酵优化控制时的物质平衡和控制决策 ;4）青霉素发酵过程参数相关控制;氧平衡;供氧 发酵设备设计（搅拌桨形式、直径和电机输入功率、发酵罐混合形式 等）； 发酵工艺操作条件（发酵液流变特性的改善、消泡策略、增加气液接触面积） 需氧 主要以葡萄糖为限制性基质，由不同时期菌量、菌体维持及产物形成情况决定补糖速率。 （时间响应10－60min）;CO2平衡;－dS/dt= μX/YG + mX + 1/YP?dP/dt ;氮平衡;氨水加入主要调节pH值，控制pH值稳定在6.8左右； 硫酸铵除作氮源外，其S元素又可作青霉素形成的S源； 不同氮源利用是有序的： 氨水的氮主要用来满足菌体生长，与碳源流加相结合，可用来控制μ； 硫酸铵的流加主要进入青霉素产物中 ，可根据dP/dt增长情况控制流加量； 抗生素的合成受过高氨和其他速效氮源的阻遏;硫平衡;dCPAA/dt = FCPAA0 –K1?dP/dt – K2 ? CPAA;;豆油作为???源使用 从能量消耗计算，1mol油相当于2mol葡萄糖，油的加入实质上提供了大量碳源，如果补糖操作还是原来的工艺，就破坏了整个菌体生长速率的控制，造成生产能力下降； 加油与供氧的关系 发酵早期OUR高而KLα低，不恰当的加油将影响氧的临界状态； 加油对CO2浓度的影响 加油破泡将停留较长时间泡沫中CO2释放，改善代谢。;Penicillin Fermentation Profile 变化曲线;青霉素分离纯化;50年间青霉素发酵技术之差异;合理利用抗生素 每个地球人的责任;但更重要的是对前人经验的总结