庆大霉素药物制备工艺设计.docx

庆大霉素药物的制备工艺设计目录第一章 项目总论 11.1 庆大霉素的结构性质 11.2 庆大霉素作用机理 11.3 庆大霉素的优缺点 11.4 庆大霉素的应用与发展前景 2第二章 技术方案 32.1 生产工艺流程设计 32.2 庆大霉素的种子培养和发酵培养工艺流程 42.3 种子培养和发酵培养工艺说明 42.3.1 菌种 42.3.2 孢子制备 42.3.3 种子培养 52.3.4 发酵培养 52.4 庆大霉素发酵液的提取和精制 72.4.1 发酵液的预处理和过滤 72.4.2 吸附与解吸 82.4.3 庆大霉素的精制 82.4.4 庆大霉素的洗脱和脱色 82.4.5 庆大霉素的干燥 9第三章 防污措施 103.1 废水渣的处理 103.2 废气的处理 103.3 废渣的处理 10结 语 11参考文献 12第一章项目总论1・1庆大霉素的结构性质庆大霉素（Gentamicin, GM）是由放线菌属小单抱菌（Micromonospora purprua）发酵产生 的氨基糖苷类广谱碱性抗生素，临床上常用其硫酸盐硫酸庆大霉素为白色或微黄白色的 粉末，无臭，对光、空气、广泛pH及热稳定（在pH 4、60°C保存35〜180天，对溶液的 效价影响不大，在pH 4以下，其效价降低8%〜30%）,有吸湿性。

易溶于水，不溶于乙醇、 丙酮、氯仿、乙醚及苯庆大霉素是目前临床上用于各种革兰氏阴性菌感染的主要抗菌药物之一，是由2-脱氧 链霉胺、绛红糖胺、加拉糖胺组成的多组分混合物它也是我国独立自主研制成功的广谱 抗生素，由于是产生于无产阶级文化大革命中的科技成果，故取名“庆大霉素”，意指庆祝 “九大”以及工人阶级的伟大胜利其化学结构如图1-1所示：1.2庆大霉素作用机理为抑制细菌蛋白质的合成，庆大霉素能影响蛋白质合成的许多环节：（1）起始阶段， 抑制70S启动复合物的形成；（2）选择性地与30S亚基上靶蛋白结合，使mRNA上的 密码错译导致异常的、无功能的蛋白质合成；（3）阻碍终止因子（R）与核蛋白体A位结合, 使已合成的肽链不能释放并阻止70S核蛋白体的解离，最终造成菌体内核蛋白体的耗竭 此外，氨基糖苷类通过离子吸附作用附着于细菌体表面造成胞膜缺损致使胞膜通透性增 加，细胞内钾离子、腺嘌吟核苷酸、酶等重要物质外漏，从而导致细菌死亡，对静止期细 菌作用最强1.3庆大霉素的优缺点与其他抗生素相比，庆大霉素有着明显的优势：（1）抗菌谱广，对革兰氏阳性菌有很 好的疗效，对革兰氏阴性菌如绿脓杆菌也有较强的作用；（2）价格低廉；（3）化学性质稳定, 可制成针剂；（4）没有过敏反应。

当然，庆大霉素也有其缺点，主要是毒副作用比较大，特别是对耳、肾有较大的副作用，这一方面也越来越引起人们的关注，因此寻找能产低毒 高抗庆大霉素的优良菌株以及庆大霉素的替代品成为研究的热点但尽管如此，目前庆大 霉素仍然被广泛应用于临床和畜牧业，有着很大需求1.4 庆大霉素的应用与发展前景由于其对金葡菌及大肠杆菌、产气杆菌、奇异变形杆菌、绿脓杆菌等G—菌作用较强, 所以适用于敏感细菌所致的新生儿脓毒症、败血症、中枢神经系统感染（包括脑膜炎）、 尿路生殖系统感染、呼吸道感染、胃肠道感染（包括腹膜炎）、胆道感染、皮肤、骨骼、 中耳炎、鼻窦炎、软组织感染（包括烧伤）、李斯特菌病等，在临床中广泛使用我国庆大霉素的生产历史已有 20 多年，生产工艺改进不大，整体状况不容乐观，产 量低，成本高，致使厂家连年亏损，经济效益极差，纷纷停产或是转产而国外GM的生 产也不尽如人意，由于高投入，低产出，使得西方各国的庆大霉素的生产受到限制，导致 一些国家纷纷瞄准国际市场，采取大量购进无菌庆大霉素粉剂的方法，以满足临床需求因此目前国际市场庆大霉素粉剂供不应求，由此可见，如何尽快选育出优良高产菌种是国 内外一致关注的课题。

第二章 技术方案2.1 生产工艺流程设计 查庆大霉素的技术规格及质量标准见表 2-1表2-1技术规格及质量标准项目标准美国药典（23版）C.F.R性状白色或类白色粉末生物效价（干）>590 /mg鉴别呈正反应比旋度+107 +121°干燥失重三18.0%（110°C真空，3hr）酸度pH： 3.5-5.5炽灼残渣<1.0%甲醇含量<1.0%热源1.7内毒素单位/mg庆大碱12000u/mg 合格无菌合格（内控）异常毒物1200 u/ml 合格降压物质2000u/kg 合格重金属< ppm钙离子<5 万单位镁离子<5 万单位澄 清 度色级<2级浊度<1号毛点<8点有效期5年生物合成庆大霉素的可能途径如下：D-葡萄糖7-脱氧青蟹肌醇7-脱氧青蟹醇胺J JD-葡萄糖胺-巴龙胺-2-脱氧链霉胺J庆大霉素AJC-甲基化和差向异构化 庆大 X2脱氧J氨基化JL -甲基化抗生素 JI-20A 抗生素 G418脱氧J J脱氧，氨基化庆大霉素 C1a 抗生素 JI-20BJN-甲基化 J脱氧差向异构化庆大霉素 C2b 庆大霉素 C2JN-甲基化庆大霉素 C1图 2-1 生物合成庆大霉素的可能途径因此，本设计所采用的工艺路线为先从沙土管中取出孢子接种到原斜面上（或从液氮保存的抱子接种到原斜面上)，7天后接合格种子到代1斜面上，6天后接白色丰满的菌落 到摇瓶中，29.5hr后接6-8瓶摇瓶种子到小罐中，并经中罐种子扩大培养后接到发酵罐中, 接种方法为单种，放罐后至后处理车间。

2.2 庆大霉素的种子培养和发酵培养工艺流程母瓶抱子培养 生产斜面抱子培养牛一紫色小单抱菌 母瓶斜面抱子 生产斜面抱子(砂土管) 28°C, 6-7d 28°C, 6d子瓶培养28C, 45h怪子瓶培养液一级种子罐培养28C, 62h, 1.4V/ (V・min)一级种子液28 C,二级种子罐培养4-7d, 1.6V/ (V・min)＞二级种子液发酵罐培养30C, pH6.8-7.0, 8d,*发酵液0.58V/ (V・min)图 2-2 发酵工艺流程图2.3 种子培养和发酵培养工艺说明2.3.1 菌种小单抱菌是一属能产生多种具有临床价值抗生素的微生物,在先后报道的 60 种小单 抱菌中,就有 40 多种产生抗生素,其中包括大环内酯类、氨基糖苷类、安莎类和蒽环类 等等小单抱菌不仅可以产生链霉菌所产生的抗生素,如放线菌素、新霉素、红霉素等, 而且还产生庆大霉素(Gentamicin)、西索米星(Sisomicin )、阿司米星(Astromivin)、扁枝衣 霉素(Eveyninomicin)，特别是以近年来找到的新抗生素的数目而言，小单抱菌已超过链霉 菌而跃居首位小单抱菌有巨大的潜力,日益受到人们的青睐和重视。

然而,由于小单抱 菌分布奇特,生长缓慢 小单抱菌在发酵罐中的浓度一般大罐发酵仍维持在 1100 U/mL 左右庆大霉素生产菌一般在真空冷冻干燥状态下保藏其分生抱子,也可用甘油和乳糖溶液 做悬浮剂，在-70C冰箱或液氮中保存抱子悬浮液或营养菌丝体一般分生抱子传代比菌丝 体更容易变异保藏冷冻营养菌丝体可避免分生抱子传代可能造成的变异2.3.2 抱子制备抱子培养以生产丰富的抱子为目的,种子培养以繁殖大量健壮的菌丝体为目的 小单抱菌的生产菌种保藏在沙土管中 ,由砂土抱子接入母瓶斜面培养基上,在 28C 培养 6~7 天抱子制备不但需要一定的温度还要有适当的湿度,小单包子菌活化的最适湿 度一般50%左右培养基一般为：抱子萌发培养基(% ) : 1 号培养基: K 2HP4 0. 01 , NaCl 0. 05, Mg SO4 0. 05, 葡萄糖0. 1, 小麦汁2. 0; 2 号培养基: K2HP4 0. 01, NaCl 0. 05, MgSO4 0.05,小麦汁2. 0; 3号培养基:NaCl 0. 05, MgSO4 0. 05,小麦汁2. 0制备成抱子后真空干燥 保存备用2.3.3 种子培养生产时按一定的接种量移入一级种子罐，然后移入二级种子罐，二级种子罐的培养基 要尽量接近发酵液培养基。

如果种子量不能满足发酵罐接种量的要求须进一步进行三级以 及四级种子培养在种子培养时还需要适当添加一些辅料各级种子罐的相关条件如下：一级种子发酵：发芽罐，抱子萌发，形成菌丝培养基含有葡萄糖，玉米浆，碳酸钙玉米油，消沫剂等pH自然，空气流量1： 3 (体积比)；300-350r/min；温度(27±1)°C,40-50h，菌丝浓度达40%以上二级种子罐：繁殖罐，大量繁殖培养基含有葡萄糖、玉米浆等 pH 自然，空气流量：1: (1-1.5)； 250-280r/min； (25±1)C14h,菌丝浓度40%以上，残糖 1.0%左右，无杂菌， 为合格种子表2-2 一级种子罐培养参数培养时间罐温罐压 空气压力空气流量搅拌时间48小时左右37度0.06MPa 0.1MPa30m*3/h--表2-3二级种子罐培养参数培养时间罐温罐压 空气压力空气流量搅拌时间24小时培养37度0.03MPa 0.7MPa170m*3/h--菌种一二级种子罐培养的菌体必须经过镜检以查看其是否满足发酵活化菌种生长要求小单抱菌的一二级镜检结果满足下表 2-4、2-5 参数才能进行发酵接种表2-4 一级种子罐镜检参数生长时间菌丝形态菌丝数量杂菌情况22h小网、分支短量少正常30h网团、实团量一般正常38h网团、较伸展量较多正常46h实团、边散量多正常51h实团、伸展量多正常表2-5二级种子罐镜检参数生长时间菌丝形态菌丝数量杂菌情况4h散网、连片量多正常8h大网片、伸展量多正常12h大网片、伸展量多正常16h大网片、伸展量多正常2.3.4发酵培养培养基：(1) 碳源：碳源占成本12%以上，采用糖化液流加，降低成本。

根据残糖、pH、尾气 中CO2和02含量控制糖的流加葡萄糖的流加，波动范围较窄，浓度过低使抗生素合成 速度减慢或停止，过高则导致呼吸活性下降，甚至引起自溶残糖在0.6%左右， pH 开始 升高时流加糖2) 氮源：玉米浆是最好的选择，含有多种氨基酸及其前体苯乙酸和衍生物补加无 机氮源：硫酸铵、氨水、尿素补氮3) 无机盐：硫、磷、镁、钾等铁有毒，控制在30ug/ml以下4) 前体：在合成阶段，选择苯乙酸及其衍生物，苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸 等，抑制细胞生长和青霉素合成，以低浓度流加，保持供应速率略大于生物合成需要发酵条件控制：(1) 温度：庆大霉菌生长适宜温度30°C，合成适宜温度25°C, 20°C时，庆大霉素破坏 少，但周期很长，故而采取变温控制，不同阶段不同温度在生长阶段以较高温度，缩短 生长时间；生产阶段则适当降低温度，以利于庆大霉素合成；前期控制在25-26C左右， 后期降温控制 24C2) PH：合成适宜pH6.4 —6.6左右，避免超过7.0,在碱性条件下不稳定，易水解pH 下降通过流加CaCO3、通氨水调节或提高通气量。