概述生產前期研究生產菌改良生產工藝過程發酵條件的控制提取和精制IntroductionResearchinLabStrainimprovementProductionprocessingFermentationcontrolIsolation&purification抗生素發酵生產技術AntibioticsFermentationProduction1第一頁，共三十三頁。抗生素是生物在其生產活動過程中所產生，并能在低微濃度下有選擇性地抑制或殺滅其他微生物或腫瘤細胞的有機物。

Antibiotics

Anyorganicsubstancesproducedbyvariousorganismsthathavethepowerofarrestingthe

growthofothermicroorganismsorofdestroyingthem.1.概述Introduction2第二頁，共三十三頁。歷史1929年，英國弗萊明發現青霉素二戰期間，大規模發酵生產世界上最早用于臨床的抗菌素History

PenicillinwasdiscoveredbyFlemingin1929.WorldWarII,fermentedinlarge-scale

Thefirstmajorantibiotictobecommercialized1.概述Introduction3第三頁，共三十三頁。根據抗生素的作用機制分類(ModesofActionofAntibiotics)

抑制細胞壁合成(CellWallSynthesis)

：青霉素抑制細胞膜功能(CellMembraneDamage)

：多烯類抗生素抑制蛋白質合成(ProteinSynthesis)

：四環素抑制核酸合成(NucleicAcidSynthesis)

：絲裂霉素

分類Classification1.概述Introduction4第四頁，共三十三頁。復制翻譯轉錄5第五頁，共三十三頁。根據抗生素的化學結構分類β-內酰胺類(β-lactam)：青霉素類(penicillins)

頭孢菌素類(cephalosporins)氨基糖苷類(aminoglycosides)：鏈霉素、慶大霉素大環內酯類(macrolides)：紅霉素、麥迪加霉素四環類(tetracyclines)：四環素、土霉素多肽類(polymyxin)：多粘菌素

分類Classification1.概述Introduction6第六頁，共三十三頁。

HNONSCH3CH3HCOO-H-lactamringβ-內酰胺環RnaturalpenicillinR=CH2-CO-7第七頁，共三十三頁。β-內酰胺環8第八頁，共三十三頁。兩性霉素Antibioticsare

socomplextheycanonlybesynthesized

inalivingsystem9第九頁，共三十三頁。產生菌的篩選抗菌性試驗提取、精制、鑒定毒性試驗藥理和臨床試驗ScreeningofastrainAntimicrobialtrialIsolation,purificationandidentificationToxicologicaltrial

Medicinal&clinicaltrial

2．生產前期研究ResearchinLab10第十頁，共三十三頁。

Agardiffusionassayagarplate瓊脂培養基lawnoftestbacteria測試菌苔filterpaperssoakedwithtestcompounds含藥物濾紙zonesofinhibition(nogrowth)

抑菌圈11第十一頁，共三十三頁。分析儀器Analyticalinstruments現代分析儀器：核磁共振毛細管電泳氣相色譜高效液相色譜質譜Modernanalyticalinstruments:Nuclearmagneticresonance(NMR)Capillaryelectrophoresis

(CE)Gaschromatography

(GC)Highperformanceliquidchromatography

(HPLC)Massspectroscopy

(MS)

Automation

Sensitivity

Accuracy

自動靈敏準確12第十二頁，共三十三頁。人工誘變法：紫外線、X-線、r-線照射亞硝基胍、亞硝酸、秋水仙素、氮芥等誘變劑處理ConventionalstrainselectionPhysicalmutageneg.UltravioletRadiationChemicalmutageneg.Nitrosoguanidine(NTG)Improvedstraincanbeselectedempirically3.抗生素生產菌改良StrainImprovement13第十三頁，共三十三頁。基因工程GeneticEngineering

3.抗生素生產菌改良StrainImprovementRecombinantDNATechnology（DNA重組技術）克隆14第十四頁，共三十三頁。StrainImprovementScale-upStrain出發菌株Agarplate平板技術PrimaryshakeflaskEvaluation搖瓶培養Secondaryshakeflaskevaluationdifferentmedia二級搖瓶培養各種培養基

Labfermentorevaluation

ProductionCondition小型發酵罐模擬生產條件MastercellbankWorkingcellbankInoculumDevelopment菌種擴大培養PilotplantEvaluation中試生產ProductionEvaluation生產60003003031Possiblerecycle15第十五頁，共三十三頁。16第十六頁，共三十三頁。Scale-up（比擬放大）modelsELGaddenJr<10dm3GoodproductGoodproductivity>200m3Sameproductivity?Limitations?模擬17第十七頁，共三十三頁。搖瓶發酵Shake-flaskfermentation10-50mlin125-500mlflaskBatchonlyLimitedcontrol:temperatureSlowmetabolizingcarbohydrateAmbientpressureBuffersneededtocontrolpHIn-processsamplingdifficultVolumedecreasebyevaporationSolidgrowthonsidewallsAntifoamnotneededAgitationlimited:shakerspeedNocontrolofdissolvedoxygen裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧18第十八頁，共三十三頁。攪拌罐發酵Stirredtankfermentation10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓10-100,000litervesselsBatchandfeedpossibleContinuouscontrol:pH,temperatureAmmoniumsaltsorammonianeededPressureattwoatmospherespossibleNobuffersnecessaryIn-processsamplingeasyVolumeincreasebysugarfeedVeryuniformgrowthAntifoamoftenrequiredWidevarietyofimpellersandbafflesDissolvedoxygencontrolledbyaeration,pressure19第十九頁，共三十三頁。搖瓶發酵Shake-flask裝液量：10%(~250ml)間歇培養溫控受限制代謝碳水化合物慢常壓緩沖液控制pH在線取樣難容量減少瓶壁上結垢無需消泡攪拌受限制無法控制溶解氧10-100,000升容量間歇和補料培養連續控制：pH，溫度需要銨鹽或氨氣2大氣壓無需緩沖液在線取樣易補料,容量增加生長均勻一致需消泡多種攪拌控制溶解氧:通氣,加壓攪拌罐發酵Stirredtank20第二十頁，共三十三頁。菌種

→種子制備

→發酵

→發酵液預處理→提取及精制→成品包裝Strain

→Preparationofseed

→Fermentation

→Treatmentofbroth→Isolation&purification→Packageofproduct4.抗生素生產工藝過程AntibioticsProductionProcessing21第二十一頁，共三十三頁。Aschemeofthematerialflowinanantibioticproduction22第二十二頁，共三十三頁。Aschemeofthematerialflowinanantibioticproduction連消發酵罐緩沖罐種子罐23第二十三頁，共三十三頁。發酵生產原料

MaterialsforFermentationCarbonsource:Beet&canemolassesGlucose,lactose,starchEthanol,methanolGlycerolMaltosesyrup,cornsyrupCottonseedoil,peanutoil,soyoilLardoilMethyloleateTallow碳源:甜菜和甘蔗糖蜜葡萄糖，乳糖，淀粉乙醇，甲醇甘油麥芽糖漿，玉米糖漿綿籽油，花生油，豆油豬油油酸甲酯油脂24第二十四頁，共三十三頁。氮源:綿籽粉玉米粉和玉米浸出液大豆粉和大豆面花生粉菜籽粉牛血，酪蛋白水解液乳清魚粉酵母酵母膏肉粉和骨粉

Nitrogensource:CottonseedmealCorn

meal&steepliquorSoybeanmeal&flourPeanutmealRapeseedmealBeefblood,CaseinhydrolysateWheyFishmealWholeyeastYeastextractMeat&bonemeal

發酵生產原料

MaterialsforFermentation25第二十五頁，共三十三頁。

培養基MediaforCellGrowth&FinalproductionComponentsRange%組成葡萄糖/蔗糖Starch淀粉碳酸鈣Phosphate磷酸鹽

硫酸胺Urea尿素Oil油Fermentation發酵培養基

ComponentsRange%組成Starch

玉米浸提液andfedperiodicallyOil1.0andfedcontinuouslyCornsyrupfedcontinuously

玉米糖漿連續加料Tankseed種子培養基26第二十六頁，共三十三頁。StirredtankFermentation攪拌發酵27第二十七頁，共三十三頁。5.發酵控制FermentationControl

SampleAnalysispHDOSugarAmmoniaPhosphateSulphateProductsPrecursorsContaminationPressureprobeLevelprobepHprobeTbeDOprobeAntifoamAcid/BaseCoolingAir/agitationSugar/Oilfeed28第二十八頁，共三十三頁。ScaleWeightSignalPumpSpeedAmplif