《微生物制药工程》教学课件—红霉素生产工艺.ppt

红霉素的生产红霉素的生产学习目标学习目标u了解红霉素的药效作用、应用范围及其它有关工艺技术及技术改造方向；u熟悉红霉素的理化性质、重要化学反应；u掌握红霉素的生产原理、生产工艺过程及生产控制要点学习内容学习内容u概述概述u生产原理生产原理u红霉素的生产红霉素的生产工艺工艺过程过程u其它工艺技术及技术改造方向其它工艺技术及技术改造方向概述概述u认识红霉素认识红霉素红霉素是大环内酯类抗生素这类抗生素结构具有聚烯酮衍生的，被一内酯键闭合的大环内酯骨架，并通过羟基以糖苷键联结13个罕有的中性或碱性糖化学结构如下：红霉素A是白色或类白色的结晶性粉末，微有吸湿性，味苦，易溶于醇类、丙酮、氯仿、酯类（如乙酯、丁酯、戊酯等），微溶于乙醚在水中的溶解度为2mg/ml（25左右），它随着温度的升高而减少在室温和pH68的条件下，其溶液相当稳定，温度升高稳定性下降红霉素熔点为135140（游离碱水合物），190193（无水游离碱）且具有旋光性和紫外吸收峰红霉素碱能和有机酸或无机酸类结合成盐，其盐类易溶于水红霉素是广谱抗生素，对革兰氏阳性菌作用强，临床上主要用于呼吸道感染、皮肤与软组织感染、泌尿生殖系统感染及胃肠道感染等。

生产原理生产原理红霉素是由红色糖多孢菌（Saccharopolyspora erythrea）发酵产生的该菌以前称为红霉素链霉菌（Streptomyces erythreus）生产上一般是将其孢子悬液接入种子罐，种子扩大培养2次后移入发酵罐进行发酵，发酵液经过预处理后，再经溶媒萃取进行分离纯化，最后经浓缩结晶干燥后得成品u红红霉素产生菌的培养霉素产生菌的培养菌体的生长发育菌体的生长发育红色糖多孢菌在合成培养基上生长的菌落由淡黄色变为微黄色，气生菌丝为白色，孢子呈不紧密的螺旋形，约35圈，孢子呈球状菌种的培养菌种的培养红色糖多孢菌一般经斜面孢子、摇瓶培养、种子罐培养后移入发酵罐进行发酵生产u红红霉素的生物合成霉素的生物合成合成机理合成机理红霉素的生源主要来自葡萄糖和氨基酸，其生物合成过程是一个相当复杂的过程，下面是红霉素生物合成的最后几步：丙酸盐经过多步反应形成中间体6-脱氧红霉内酯B；在C-6上进行羟基化反应形成红霉内酯B；L-红霉糖转至内酯环的C-3位羟基上形成3-L-碳霉糖基红霉内酯B；D-红霉氨基糖结构部分转移至C-5羟基后得到红霉素D；红霉素D在C-12羟基化可得红霉素C，红霉素C再甲基化则得红霉素A；红霉素D的红霉糖部分甲基化可形成红霉素B。

红霉素生物合成过程中红霉素反馈调节生物合成最后一步酶甲基化酶的活性，而丙酸激酶和丙酰-CoA羧化酶的活化与红霉素合成有关u发酵发酵红霉素发酵属于好氧发酵过程，在发酵过程中，需不断通入无菌空气并搅拌，以维持一定的罐压和溶氧发酵过程中应严格控制发酵温度、发酵液还原糖量、pH值、溶氧量及发酵液粘度等，以便红色糖多孢菌能够大量合成红霉素并排至胞外生产中还要加入消泡剂以控制泡沫在发酵期间每隔一定时间也要取样进行分析、镜检及无菌试验，检测生产状况，分析或控制相关参数u发酵液的预处理和过滤发酵液的预处理和过滤发酵液中除含有约0.8%的红霉素外，绝大部分是菌丝体、蛋白质、色素、油等杂质，给提取和精制带来困难尤以蛋白质和油等的存在，在溶媒萃取时将产生严重的乳化现象一般采用硫酸锌沉淀蛋白质，促使菌丝结团加快滤速加入去乳化剂（十二烷基苯磺酸钠，DS），由于硫酸锌呈酸性，为了防止红霉素局部酸解而破坏，要用NaOH调节pH值由于锌离子的毒性给滤渣处理带来一定困难，改用碱式氯化铝有利于处理滤渣 经过预处理的发酵液便可进行过滤去除菌丝体及沉淀的蛋白质红霉素发酵液过滤采用板框过滤机u 红霉素的提取红霉素的提取红霉素分子结构中有一个二甲基氨基官能团，是一个弱碱，pKa=8.6，在酸性条件下与某些酸会形成盐，如红霉素乳酸盐。

纯红霉素碱在水中溶解度较小，并随温度升高而减小，在55时溶解度最小，当pH10.0时红霉素基本以游离碱的形式存在，能溶于乙酸丁酯中，当pH6.0时，红霉素以盐的形式存在，其在水中的溶解度随pH降低而迅速增大提取采用在乙酸丁酯及在水溶液（乙酸缓冲液）中反复萃取u红霉素的精制红霉素的精制在乙酸丁酯结晶液中加入丙酮，低温下放置使红霉素结晶析出一般加液操作温度要低因为红霉素在丙酮溶液中随温度升高溶解度降低，加液温度高结晶会形成块状物，难于过滤结晶产生后，适当提高温度减少母液中红霉素含量，使结晶完全结晶经分离并洗涤后可除去红霉素C，提高成品质量，最后得红霉素碱乳酸盐沉淀法是依据红霉素分子中碱性糖的二甲氨基可与乳酸成盐，从萃取液中沉淀析出生产上是在高浓度乙酸丁酯萃取液中用无水硫酸钠除水，过滤除去硫酸钠后，在搅拌下将乳酸加入到乙酸丁酯萃取液中析出红霉素乳酸盐，分离掉溶媒，将此盐溶解于丙酮水溶液中，加氨水碱化转化为红霉素碱，洗涤，真空干燥后得成品红红霉素生产工艺过程霉素生产工艺过程u红霉素的发酵工艺过程红霉素的发酵工艺过程工艺流程工艺流程工艺控制工艺控制种子罐种子罐分一级和二级（亦称繁殖罐），接种量为10%。

发酵控制发酵培养基的控制（最适的碳源是蔗糖，其次是葡萄糖、淀粉；氮源以黄豆饼粉为主，其次是花生饼粉、玉米浆、蚕蛹粉和硫酸铵，中间补料有花生饼粉、蛋白胨、酵母粉和氨水等；发酵过程加入丙醇（或丙酸、丙酸钠）作为前体物质可以明显提高红霉素A的产量）、发酵培养的控制（加糖控制、补氮及加前体、pH值控制、温度控制、溶解氧的控制、溶液黏度控制、泡沫的控制、污染杂菌的控制、发酵液质量控制）等u红霉素的提取和精制工艺过程红霉素的提取和精制工艺过程 工艺流程工艺流程 （1）溶媒法提取和精制的工艺流程 （2）溶媒萃取结合红霉素乳酸盐沉淀的工艺流程工艺控制溶媒萃取法的工艺控制要点pH值发酵液预处理时用NaOH将pH值调至7.88.2，控制加料速度并开搅拌，防止局部过酸溶媒法进行提取和精制时碱化时pH高些，对提取有利，但不能过高，否则会引起红霉素的碱性破坏，同时碱性高对乳浊液的稳定性有利，使乳化严重pH过低，对萃取也不利，影响收率pH值控制在100.5范围较适宜酸化时控制pH在4.90.3范围，pH再偏高对红霉素稳定性有好处，但萃取则不完全，影响收率；pH再偏低时，对萃取有利，但对红霉素稳定性不利，易发生酸性水解。

当红霉素转入缓冲液后，要立即用10%NaOH调至pH78之间，且加入适当丁酯溶媒法用乙酸磷酸氢二钠缓冲液作二级逆流提取，当红霉素转入缓冲液后，用pH9.810.2的乙酸丁酯作三级萃取温度由于红霉素在水中的溶解度以55时为最小，因此，当红霉素从水相转入溶媒时可适当加温至3032从缓冲液转入第二次丁酯时，一般也加热到3840加温的目的在于减少红霉素在水相中的溶解度，有利于萃取萃取液最后在-5、10%丙酮水溶液中结晶真空干燥，控制干燥温度在7080其它工艺技术及技术改造方向其它工艺技术及技术改造方向u大孔吸附树脂提取工艺大孔吸附树脂提取工艺大孔吸附树脂CAD-40或SIP-1300等作为吸附剂，通过动态吸附，从发酵滤液中吸附红霉素用40热水快速洗涤树脂，流速0.1v/v/min，用量1：1，再用等体积pH值等于10的氨水溶液通过然后用2%氨水混合丁酯进行解吸，流速0.01v/v/min二柱串联解吸u离子交换树脂的提取工艺离子交换树脂的提取工艺采用阳离子交换树脂来提取红霉素用交联度（一般为15.5DVB%）磺酸型阳离子交换树脂（聚苯乙烯系）是有效的一般先将树酯转为Na+型或NH4+型在接近中性条件（pH5.57.0）下进行吸附。

再用碱性的醇溶液（0.25mol/L氨的90%甲醇溶液）自树脂上解吸红霉素，解吸前先用水、30%及60%甲醇溶液进行洗涤u开发新产品开发新产品红霉素的半合衍生物：罗红霉素、阿齐霉素、克拉霉素和地红霉素等这类半合成红霉素具有耐酸、高效、长效等特点，可减少给药剂量和次数，所以不良反应发生率亦比红霉素低将红霉素制备成红霉素有机酸盐类和酯类衍生物可大大地改进了红霉素的性能如红霉素乳糖酸盐用为注射剂，可用于口服红霉素不能耐受的病人或为控制严重感染而需产生高血浓度红霉素时应用红霉素硬脂酸盐，对酸稳定，可口服，味微苦，胆汁中浓度较高丙酰基红霉素十二烷基硫酸盐俗称无味红霉素，口服后胃肠道吸收快，且不受食物影响，血浓度出现慢，但高而持久，其高峰血浓度比硬脂酸盐高。