青霉素的生产过程和价值
10级中师小教 赵迎智 10141004
青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称。
1928年英国细菌学家弗莱明首先发现了世界上第一种抗生素—青霉素，1941年前后英国牛津大学病
理学家霍华德·弗洛里与生物化学家钱恩实现对青霉素的分离与纯化，并发现其对传染病的疗效，弗莱明、弗洛里、钱恩三人共同获得1945年诺贝尔奖。目前所用的抗生素大多数是从微生物培养液中提取的，有些抗生素已能人工合成。由于不同种类的抗生素的化学成分不一，因此它们对微生物的作用机理也很不相同，有些抑制蛋白质的合成，有些抑制核酸的合成，有些则抑制细胞壁的合成。
青霉素它不能耐受耐药菌株（如耐药金葡）所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。 青霉素类抗生素的毒性很小，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细
青霉素图
胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显。是化疗指数最大的抗生素。但其青霉素类抗生素常见的过敏反应在各种药物中居首位，发生率最高可达5%～10% ，为皮肤反应 ，表现皮疹、血管性水肿，最严重者为过敏性休克，多在注射后数分钟内发生，症状为呼吸困难、发绀、血压下降、昏迷、肢体强直，最后惊厥，抢救不及时可造成死亡。各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克，但以注射用药的发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对该品高度过敏者，虽极微量亦能引起休克。注入体内可致癫痫样发作。大剂量长时间注射对中枢神经系统有毒性（如引起抽搐、昏迷等），停药或降低剂量可以恢复。 使用该品必须先做皮内试验。青霉素过敏试验包括皮肤试验方法（简称青霉素皮试）及体外试验方法，其中以皮内注射较准确。皮试本身也有一定的危险性，约有25%的过敏性休克死亡的病人死于皮试。所以皮试或注射给药时都应作好充分的抢救准备。在换用不同批号青霉素时，也需重作皮试。干粉剂可保存多年不失效，但注射液、皮试液均不稳定，以新鲜配制为佳。而且对于自肾排泄，肾功能不良者，剂量应适当调整。此外，局部应用致敏机会多，且细菌易产生抗药性，故不提倡。
特点
青霉素类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称，由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，但它不能耐受耐药菌株（如耐药金葡）所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。 青霉素类抗生素的毒性很小，是化疗指数最大的抗生素。但其青霉素类抗生素常见的过敏反应在各种药物中居首位，发生率最高可达5%～10% ，为皮肤反应 ，表现皮疹、血管性水肿，最严重者为过敏性休克，多在注射后数分钟内发生，症状为呼吸困难、发绀、血压下降、昏迷、肢体强直，最后惊厥，抢救不及时可造成死亡。各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克，但以注射用药的发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对该品高度过敏者，虽极微量亦能引起休克。注入体内可致癫痫样发作。大剂量长时间注射对中枢神经系统有毒性（如引起抽搐、昏迷等），停药或降低剂量可以恢复。
青霉素的生产工艺过程
青霉素是一种重要的抗生素，青霉素发酵属单一纯茵种发酵，青霉素生产菌制备是青霉素发酵过程的关键环节，生产菌种
的质量是影响发酵生产水平的重要因素。在生产过程中既要有优良的菌种，又要有良好的培养条件才能获得高质量的种子。下面对有
关青霉素的发酵工艺进行介绍。
目前全世界用于青霉素生产的高产菌株几乎都是以产黄青霉为出发菌株，经不同的改良途径得到的。青霉素的生产包括发酵和提取两部分。工艺流程大致如下：菌种的保藏、孢子制备、
种子制备、发酵、提取和精制
1 菌种的保藏
从来源于自然界土壤等，获得能产生抗生素的微生物，经过分离、选育和纯化后即称为菌种。菌种可用冷冻干燥法制备后，以超低温，即在液氮冰箱(⋯90 196~C)内保存。所谓冷冻干燥是用脱脂牛奶或葡萄糖液等和孢子混在一起，经真空冷冻、升华干燥后，在真空下保存。条件不足时，则沿用砂土管在0~C冰箱内保存的老方法，但如需长期保存时不宜用此法。一般生产用菌株经多次移植往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育和纯化以提高其生产能力。
2 孢子的制备
生产用的菌株须经纯化和生产能力的检验，若符合规定，才能用来制备种子。制备孢子时，将保藏的处于休眠状态的孢子，通过严格的无菌手续，将其接种到经灭菌过的固体斜面培养基上，在一定温度下培养5～7日或7日以上，这样培养出来的孢子数量还是有限的。为获得更多数量的孢子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基(如小米、大米、玉米粒或麸皮)上扩大培养。
3 种子制备
其目的是使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中，种子制备可用摇瓶培养后再接人种子罐进逐级扩大培养。或直接将孢子接人种子罐后逐级放大培养。种子扩大培养级数的多少，决定于菌种的性质、生产规模的大小和生产工艺的特点。扩大培养级数通常为二级。摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定数量的液体培养基，灭菌后以无菌操作接入孢子，放在摇床上恒温培养。在种子罐中培养时，在接种前有关设备和培养基都必须经过灭菌。接种材料为孢子悬浮液或来自摇瓶的菌丝，以微孔差压法或打开接种口在火焰保护下按种。接种量视需要而定。如用菌丝，接种量一般相当于0．1％～2％，从一级种子罐接入二级种子罐接种量一般为5％～20％，培养温度一般在25～30~C。如菌种系细菌，则在32～37~C培养。在罐内培养过程中，需要搅拌和通人无菌空气。控制罐温、罐压，并定时取样作无菌试验，观察菌丝形态，测定种子液中发酵单位和进行生化分析等，并观察无杂菌情况。种子质量如合格方可移种到发酵罐中。
4 青霉素发酵工艺控制
青霉素大规模生产是采用三级发酵，其目的主要是使青霉菌军体数量逐步扩大和适应发酵，其次是使发酵罐连续使用，缩短发酵周期。
4．1 碳源、氮源的影响和控制。
4．1．1 碳源。青霉菌能利用多种碳源，如乳糖、蔗糖、葡萄搪、甘露糖、淀粉以及天然油脂等。葡萄糖是容易利用的碳源，有利于菌体的生长；乳糖是青霉素生物合成最好的碳源。青霉素发酵培养基中采用葡萄糖和乳糖两种碳源就能适合青霉菌发酵过程中的生理变化、在发酵初期利用氧化速率快的葡萄糖使青霉素大量、迅速、强壮地繁殖菌丝体；当葡萄糖耗尽时青霉菌进人发酵后期，此时利用氧化缓慢的乳糖，使发酵液pH较稳定，避免速效碳源的分 解产物阻遏作用，有利于青霉菌大量、持久地分泌青霉素。
4．1．2 氮源。玉米浆是青霉素发酵最好的氮源，因为玉米浆含有多种氨基酸，如精氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸以及青霉素生物合成的前体苯乙酸及其衍生物。由于玉米浆的质量难以控制，也可选用便于保藏和质量稳定的花生饼粉或棉籽饼粉来代替。
4．2 影响发酵产率的因素。基质浓度在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制，而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成，为了避免这一现象，在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法，即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加以维持一定的最适浓度。这里必须特别注意的是葡萄糖的流加，因为即使是超出最适浓度范围较小的波动，都将引起严重的阻遏或限制，使生物
合成速度减慢或停止。
4．3 pH值。青霉素发酵的最适pH值一般认为在6．5左右，有时也可以略高或略低一些，但应尽量避免pH值超过7．0，因为青霉素在碱性条件下不稳定，容易加速其水解。在缓冲能力较弱的培养基中，pH值的变化是葡萄糖流加速度高低的反映。过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使pH值降低；过低的加糖速率不足以中和蛋白质代i身}产生的氨或其他生理碱性物质代谢产生的碱性化合物而引起pH值上升。
4．4 温度的影响及控制。青霉菌生长的适宜温度为30℃，而分泌青霉素的适宜温度是20℃左右，通常采用分段变温控制法，使温度适合不同阶段的需要。如采用从26~C逐渐降至22℃的发酵温度，可延缓菌丝衰老，增加培养液的溶解氧浓度，延长发酵周期，有利于发酵后期青霉素单位的增长，减少发酵液中青霉素的降解破坏，提高产量。
4．5 消沫。发酵过程泡沫较多，需补入消沫剂。天然油脂：玉米油；化学消沫剂：泡敌。少量多次。不适在前期多加入，影响呼吸代谢。
5 青霉素的提炼工艺过程
5．1 过滤。青霉素发酵液过滤宜采用鼓式真空过滤器，如采用板框压滤机则菌丝常流人下水道而影响废水治理。且劳动强度大，并对环境卫生不利。过滤前加去乳化剂并保温。
5．2 萃取。青霉素的提取采用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至PH久后加相当于发酵滤液体积1／3的醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离。为提高萃取效率将两台离心机串连使用，进行二级对向逆流萃取。得一次醋酸丁酯提取液。然后以1．3％～1．9％NaHCO在pH6．8～7．1条件下将青霉素从醋酸丁酯提取到缓冲液中。然后调pH至2．0后，再一次将青霉素从缓冲液转入到醋酸丁酯中去，其方法同上。得到二次醋酸T酯提取液。
5．3 脱色。萃取液中加活性炭150～3oog／10亿单位，进行脱色、过滤。
5．4 萃取液一般通过结晶提纯。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾一乙醇溶液，青霉素钾盐就结晶析出。然后采用重结晶方法，进一步提高纯度，将钾盐溶于KOH溶液，调pH至中性，加无水丁醇，在真空条件下，共沸蒸馏结晶得纯品.
青霉素的的价值
青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。但与此同时，部分病菌的抗药性也在逐渐增强。为了解决这一问题，科研人员目前正在开发药效更强的抗生素，探索如何阻止病菌获得抵基 因，并以植物为原料开发抗菌类药物 。