抗生素发酵生产及工艺概述

抗生素是生物体在生命活动中产生的一种次级代谢产物。这类有机物质能在低浓度下抑制或杀灭活细胞，这种作用又有很强的选择性。例如，医用的抗生素仅对造成人类疾病的细菌或肿瘤细胞有很强的抑制或杀灭作用，而对人体正常细胞损害很小，这是抗生素能用于医药的原理。目前，人们在生物体内发现的6000多种抗生素中，约60%来自放线菌。抗生素主要用微生物发酵法生产，少数抗生素也可用化学方法合成。人们还对天然的抗生素进行生化或化学改造，使其具有更优越的性能，这样得到的抗生素叫半合成抗生素。抗生素不仅广泛用于临床医疗，而且也用在农业、畜牧业及环保等领域中。

青霉素是最早发现并用于临床的一种抗生素。它于1928年为英国人Fleming发现，20世纪40年代投入工业生产，它能有效地控制伤口的细菌感染，在第二次世界大战期间挽救了数百万战争中伤者的性命。下面以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。

（一）青霉素发酵生产菌株

最初由Fleming分离的点青霉只能产生2 U/mL的青霉素。目前全世界用于生产青霉素的高产菌株，大都由菌株Wis Q176（一种产黄青霉）经不同改良途径得到，20世纪70年代前，育种采用诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已达85 000 U/mL以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂，在-70℃冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。

（二）青霉素发酵生产培养基

（1）碳源目前普遍采用淀粉经酶水解的葡萄糖糖化液进行流加。

（2）氮源可选用玉米浆、花生饼粉、精制棉籽饼粉或麸皮，并补加无机氮源。

（3）前体苯乙酸或苯乙酰胺，由于它们对青霉菌有一定毒性，故一次加入量不能大于0.1%，并采用多次加入方式。

（4）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含量在30μg/mL以下。(www.xing528.com)

（三）青霉素发酵工艺

发酵工艺流程如下：

（1）种子制备。

种子制备阶段以生产丰富的孢子（斜面和米孢子培养）或大量健壮的菌丝体（种子罐培养）为目的。为达到这一目的，在培养基中加入比较丰富的容易代谢的碳源（如葡萄糖或蔗糖）、氮源（如玉米浆）、缓冲pH的碳酸钙及生长所必需的无机盐，并保持最适生长温度（25℃～26℃）和充分通气、搅拌。在最适生长条件下，到达对数生长期时菌体量的倍增时间为6～7 h。在工业生产中，种子制备的培养条件及原材料质量均应严格控制以保持种子质量的稳定性。

（2）发酵培养。

影响青霉素发酵产率的因素有环境因素，如pH、温度、溶氧浓度、碳氮组分含量等；有生理变量因素，包括菌丝浓度、菌丝生长速率、菌丝形态等，对它们都要进行严格控制。发酵过程中pH一般控制在6.4～6.6，发酵温度前期为25℃～26℃，后期为23℃，以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。此外，还要求发酵液中溶氧量不低于饱和溶解氧的30%，通气比一般为（1∶0.8）vvm（单位培养液体积在单位时间内通入的空气量）。

（3）发酵后处理。

①过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温。②提炼：用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至pH为2，加入1/3体积的乙酸丁酯（简称BA），混合后以碟片式离心机分离，得一次BA萃取液。然后以Na HCO3在pH为6.8～7.1条件下将青霉素从BA中萃取到缓冲液中。再调节pH至2.0，将青霉素从缓冲液再次转入BA中，方法同上，得二次BA萃取液。③脱色：在二次BA萃取液中加活性炭脱色，过滤。④结晶：用丁醇共沸结晶法。将二次BA萃取液以NaOH溶液萃取，调pH至6.4～6.8，得青霉素钠盐水浓缩液。之后加3～4倍体积的丁醇，进行真空蒸馏，将水与丁醇共沸物蒸出，则青霉素钠盐结晶析出，过滤，将晶体洗涤后干燥即得成品。