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第五章 ß- 内酰胺类抗生素生产. 生物制药工艺学. 一 . ß- 内酰胺类抗生素概况. ß - 内酰胺类抗生素是分子式中含有 ß - 内酰胺环的一类天然和半合成抗生素的总称。 主要包括种类如下： 1. 青霉素（青霉烷）类 2. 青霉烯类 3. 头孢菌素类 4. 单环 ß - 内酰胺类 5. ß - 内酰胺酶抑制剂类. 青霉素. 硫霉素. 头孢 C. 氨曲喃. 克拉维酸. 一 . ß- 内酰胺类抗生素概况. 临床应用的主要 ß - 内酰胺类抗生素 1. 青霉素及半合成物. 阿莫西林. 甲氧西林. 6-APA.
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第五章 ß-内酰胺类抗生素生产 生物制药工艺学
一. ß-内酰胺类抗生素概况 • ß-内酰胺类抗生素是分子式中含有ß-内酰胺环的一类天然和半合成抗生素的总称。 主要包括种类如下： 1. 青霉素（青霉烷）类 2. 青霉烯类 3. 头孢菌素类 4. 单环ß-内酰胺类 5. ß-内酰胺酶抑制剂类 青霉素 硫霉素 头孢C 氨曲喃 克拉维酸
一. ß-内酰胺类抗生素概况 • 临床应用的主要ß-内酰胺类抗生素 1. 青霉素及半合成物 阿莫西林 甲氧西林 6-APA 氨苄西林 替卡西林
一. ß-内酰胺类抗生素概况 • 临床应用的主要ß-内酰胺类抗生素 2. 半合成头孢菌素 头孢唑啉 头孢噻吩 头孢菌素C 7-ACA 头孢他定 青霉素G 7-ADCA 头孢克洛 头霉素 头孢西丁
一. ß-内酰胺类抗生素概况 • ß-内酰胺类抗生素作用机制 细菌细胞壁主要成分是肽聚糖，转肽酶（PBPS）是调节肽聚糖合成的主要酶系。 ß-内酰胺类抗生素可与PBPS形成不可逆的结合物，导致PBPS失活，进而抑制细菌细胞壁的合成，使细菌死亡。从而产生抗菌作用。 由于动物细胞无细胞壁结构，因此此类药物对于对于动物细胞是安全的。
L-a-氨基己二酸 L-半胱氨酸 L-缬氨酸 一. ß-内酰胺类抗生素概况 • ß-内酰胺类抗生素的生物合成 1. 产生菌情况 青霉素类 ——主要由丝状真菌产生 头孢类 ——放线菌、真菌、细菌均有产生 其他类 ——放线菌和细菌产生 2. 生物合成机制 青霉素G/V 头孢菌素C LLD-ACV 异青霉素N 青霉素N DAC 头霉素
一. ß-内酰胺类抗生素概况 • ß-内酰胺类抗生素的最新发展 1. 碳青霉烯类 Ritipenem 2. 头孢菌素类 ceftobiprole，有效对抗MRSA 3. ß-内酰胺抗生素+ ß-内酰胺酶抑制剂
二. 青霉素生产工艺技术 • 菌种和发酵生产工艺及控制 1. 生产工艺流程 （液氮）甘油管 划线涂布或接斜面 斜面孢子 25度培养7-9天，洗液接米培养基 葡萄糖 硫酸铵 氨水 苯乙酸 消泡剂 米孢子 25度培养6-7天，接种子罐 种子罐 26度通气搅拌，培养60-68小时，按10-15%种量接发酵罐 发酵罐 25度通气搅拌，补料培养200-240小时，放罐 发酵液
二. 青霉素生产工艺技术 2. 发酵工艺控制点 发酵温度：25度 pH值：6.5 通气量：0.5-1 VVM 罐压：0.03-0.06MPa 溶氧：⋝ 30% 葡萄糖补率：1.0-2.5kg/m3h 发酵液NH4+浓度：250-300ppm 苯乙酸浓度：约100ppm
二. 青霉素生产工艺技术 3. 青霉素典型发酵曲线
二. 青霉素生产工艺技术 • 青霉素产抗的调控机制 1. 碳分解代谢物阻遏 葡萄糖代谢物能阻抑青霉素合成酶系的合成，进而抑制青霉素合成。称为碳分解代谢物阻遏效应。 其中cAMP（环腺苷酸）是关键控制因子。其与分解代谢物活化蛋白（CAP）结合，促使RNA多聚酶与启动基因结合而开始转录。 cAMP浓度低时，影响结合，不能转录。葡萄糖代谢物降低了cAMP水平，只有葡萄糖减低至一定水平， cAMP水平上升，才能开始转录、合成。 由于这一机制影响，早期青霉素生产只能使用乳糖等缓效碳源。后来采用葡萄糖流加工艺，控制葡萄糖浓度水平，才使葡萄糖能应用于青霉素生产。 同时，葡萄糖阻遏很大程度依赖于磷酸盐的存在，在限制磷酸盐的培养基中，葡萄糖阻遏效应被抑制。
二. 青霉素生产工艺技术 • 青霉素产抗的调控机制 2. 苯乙酸前体调控 在青霉素生物合成中，存在的主要限速性步骤是苯乙酰辅酶A的合成。添加苯乙酸可解除该步限制，有效提高青霉素产量。 但是过高的苯乙酸浓度对产黄青霉的生长代谢具有毒性作用，导致青霉素合成受到抑制。因此苯乙酸在发酵液中的浓度必须受到控制，这同样是通过流加的方式进行的。
二. 青霉素生产工艺技术 • 青霉素提取工艺流程 发酵液 冷却、絮凝、过滤 发酵滤液 调节pH2.0-2.2，乙酸丁酯逆流萃取 一次萃取液 碳酸氢钠溶液逆流反萃取 一次水提液 调节pH2.0-2.2，乙酸丁酯逆流萃取 二次萃取液 加活性碳脱色 脱色液 加乙酸钾丁醇溶液，共沸结晶 结晶悬液 湿晶体 青霉素钾盐
二. 青霉素生产工艺技术 • 提取工艺原理 1. 青霉素的两性性质 由于青霉素结构中羧基结构，使得青霉素在不同pH下呈现不同的溶解性质。当酸性条件下，呈分子型青霉酸结构，具有良好有机溶剂溶解性质；当碱性条件下，呈离子型结构，易溶于水而难溶于有机溶剂。根据此机理设计萃取/反萃取步骤进行粗分离。 2. 共沸结晶 青霉素钾在乙酸丁酯中溶解度非常低，青霉素钾盐丁醇稀释液蒸馏时形成丁醇一水二元共沸物，利用丁醇一水二组分在较宽的液相组成范围内蒸馏温度稳定、溶液沸点下降等特点，在共沸蒸馏过程中以补加丁醇的方法将水分带走，使溶液逐步达到过饱和状态而析出结晶。
二. 青霉素生产工艺技术 • 提取工艺要点 1. 青霉素溶解状态下对热、酸、碱都不稳定。因此在调节pH进行萃取操作中，要注意控制温度和缩减时间。采用高速逆流离心萃取是比较常用的方法。
二. 青霉素生产工艺技术 • 提取工艺要点 2. 发酵滤液接近中性，其中溶解有一定量蛋白。当加入乙酸丁酯萃取时，易使丁酯相乳化而影响萃取效果。因此需要加入破乳剂破除乳化，同时蛋白质也可保留于水相而与青霉素分离开来。
