药物合成技术实验报告

时间：2025-03-01

实验报告

班级：制药092 学科：药物合成技术实验名称：青霉素发酵

实验目的：1、了解（半合成）青霉素合成的生产工艺原理及过程

2、了解微生物发酵技术生产药物的常用技术

3、掌握微生物发酵在半合成青霉素生产中的应用

4、掌握利用离子交换树脂分离药物的方法

实验仪器：发酵罐、进料泵、空气系统、计量泵一（加氨水）、计量泵二（加

前体）、计量泵三（加消沫剂）、加菌种按钮、预处理罐、

转筒真空过滤器、混合罐、分离机、脱色罐、活性炭进料按钮、结晶罐、真空抽滤机、洗涤罐、移出晶体按钮、真空干燥机、输入时间系统

实验内容：

一、实验原理及相关知识

1、青霉素的分子结构：青霉素是6－氨基青霉烷酸

（6-aminopenicillanicacid,-APA）苯乙酰衍生物。侧链基团不同，形成不同的青霉素，主要是青霉素G。工业上应用的有钠、钾、普鲁卡因、二苄基乙二胺盐。青霉素发酵液中含有5种以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V等），它们的差别仅在于侧链R基团的结构不同，其中青霉素G在医疗中用得最多，它的钠或钾盐为治疗革兰氏阳性菌的首选药物，对革兰氏阴性菌也有强大的抑制作用。

2、青霉素的作用机理：青霉素的抗菌作用与抑制细胞壁的合成有关。细菌的细胞壁是一层坚韧的厚膜，用以抵抗外界的压力，维持细胞的形状。细菌的细胞壁主要由多糖组成，也含有蛋白质和脂质。革兰氏阳性菌细胞壁的组成是肽聚糖占细胞壁干重的50％～80％（革兰氏阴性菌为1％～10％）、磷壁酸质、脂蛋白、多糖和蛋白质。其中肽聚糖是一种含有乙酰基葡萄糖胺和短肽单元的网状生物大分子，在它的生物合成中需要一种关键的酶即转肽酶。青霉素作用的部位就是这个转肽酶。现已证明青霉素内酞胺环上的高反应性肽键受到转肽酶活性部位上丝氨酸残基的羟基的亲核进攻形成了共价键，生成青霉噻唑酰基-酶复合物，从而不可逆的抑制了该酶的催化活性。通过抑制转肽酶，青霉素使细胞壁的合成受到抑制，细菌的抗渗透压能力降低，引起菌

体变形，破裂而死亡。

3、发酵：这一过程的目的主要是为了使微生物分泌大量的抗生素。发酵开始前，有关设备和培养基必须先经过灭菌，后接入种子。接种量一般为5～20%。发酵周期一般为4～5天，但也有少于24小时，或长达二周以上的。在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，并隔一段时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染。

4、发酵培养基的介绍：培养基是供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量等。青霉素的发酵培养基由碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消沫剂五部分组成。

5、提取：青霉素的提取采用溶媒萃取法。青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。利用这一性质，在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中，调节pH，再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。选择对青霉素分配系数高的有机溶剂。工业上通常用醋酸丁酯和戊酯。萃取2－3次。从发酵液萃取到乙酸丁酯时，pH选择2.8-3.0，从乙酸丁酯反萃到水相时，pH选择6.8-7.2。为了避免pH波动，采用硫酸盐、碳酸盐缓冲液进行反萃。所得滤液多采用二次萃取，用10%硫酸调pH2.8~3.0，加入醋酸丁酯。在一次丁酯萃取时，由于滤液含有大量蛋白，通常加入破乳剂防止乳化。第一次萃取，存在蛋白质，加0.05-0.1%乳化剂PPB。

二、实验步骤：（操作规程） A发酵工艺过程

(1)、正常发酵过程：

1、进料(基质)，开备料泵 2、开备料阀

3、备料后（罐重100000KG）关备料阀 4、关备料泵 5、开搅拌器

6、设置搅拌转速为200转 7、开通风阀 8、开排气阀 9、投加菌种

10、补糖，开补糖阀

11、补氮，开加硫铵阀

12、开冷却水，维持温度在25℃ 13、PH值保持在一定范围内

14、前体超过1KG/M3（扣分步骤，出现则扣分）

(2)、出料

1、停止进空气 2、停搅拌

3、关闭所有进料，开阀出料