浅谈抗生素的生产工艺控制技术

　　【摘　要】抗生素是临床上应用最多的抗感染药物，它能在低微浓度下有选择地抑制或影响他种生物功能的有机物质。本文阐述了抗生素药物的生产类型及其生产中的工艺控制技术。

　　【关键词】抗生素；青霉素；生产工艺；控制

　　中国最早的抗生素是英国细菌学家弗莱明发现的青霉素，是由点青霉菌或产黄青霉菌产生。如今中国具有多家综合性大型抗生素厂，医用抗生素种类基本齐全，但半合成头孢菌素的生产能力不足。1946～1956年先后从土壤中寻找到由放线菌产生的氯霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素、红霉素及丝裂霉素C等。70年代半合成抗生素迅速发展，获得了新型抗生素如半合成青霉素和头孢菌素类，具有耐青霉素酶、耐酸和抗菌谱广等特点，为抗生素的临床应用开辟了新的领域。青霉素是指某些微生物在代谢过程中所产生的，是制药工业中一类重要原料药。有些天然抗生素，经用化学方法可得到疗效更高的半合成青霉素。青霉素是青霉菌在发酵代谢过程中的次级代谢产物，其发酵过程的控制要结合代谢调控的基础理论进行，使产生菌的代谢变化以较低的能量为基础，涉及到其分泌的各种酶所催化的生化反应，是一个极其复杂的生物化学过程。

　　1 抗生素的生产

　　（1）氨基酸。中国用微生物发酵法代替面筋酸水解法工业化生产谷氨酸，氨基酸都可用发酵法生产；只有少数几种氨基酸实现光学拆分，最终获得高得率的L—氨基酸。

　　（2）酶制剂。中国的微生物酶制剂发酵工业于1965年在无锡首先投产。当时品种虽少，但相关工业行业受益颇丰。1990年美国食品和药物管理局（FDA）批准以安全菌株构建的凝乳酶基因工程菌投人工业使用之后，国外大型酶制剂生产公司的基因工程菌酶制剂于90年代中期进入中国，并建立了控股公司或独资公司，销售3个等级10多个系列的产品。

　　（3）有机酸。发酵法生产有机酸以柠檬酸、L—乳酸、L—苹果酸和衣康酸等为主。

　　2 抗生素的工艺控制要点

　　2.1 生产工艺的控制方法

　　（1）发酵法。生产抗生素的主要工艺步骤包括菌种的制备、种子扩大培养、发酵液的预处理、代谢产物的分离纯化、干燥，最后制得产品。

　　（2）菌种。青霉素生产菌株一般为产黄青霉，菌丝体的形态分为球状菌和丝状菌。在发酵过程中，产黄青霉的生长发育可分为分生孢子的Ⅰ期、菌丝繁殖、原生质嗜碱性仍很强，原生质嗜碱性很弱、脂肪粒消失，形成个别自溶细胞出现为Ⅵ期。其中Ⅳ—Ⅴ期是青霉素的分泌期，此时大量产生青霉素。

　　（3）培养基.青霉素可以利用多种碳源，常选用玉米浆、精制棉子饼粉或麸皮粉，并补加无机氮源。前体可采用苯乙酸以防止前体对青霉菌的毒害，需要严格控制铁离子的浓度。

　　（4）前体的控制要比其他补料简单得多，根据化学反应的质量作用定律，前体的加入应适当过量一些。要求控制发酵液中残留量在一定的限度以内。随着在发酵过程中使前体残留量的控制水平逐渐增加，对前体的抗性一般比幼龄细胞强些，通过物料衡算可以按所要求的前体水平进行有效的控制。

　　2.2发酵液的技术控制

　　（1）发酵液的预处理。如用溶媒萃取法提炼时蛋白质的存在会产出乳化用溶媒和水相分层困难。对高价离子的去除可采用草酸或磷酸。蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中胶体粒子的稳定性和其所带的电荷有关。它属于两性物质某些对热稳定的抗生素发酵液还可用加热法，加热还能使发酵液粘度降低、加快滤速。为了更有效地去除发酵液中的蛋白质还可以加入絮凝剂。它是一种能溶于水的高分子化合物。

　　（2）发酵液的过滤。发酵液为非牛顿型液体、很难过滤。过滤的难易与发酵培养基和工艺条件以及是否染菌等因素有关。过滤如用板框压滤则劳动强度大影响卫生菌丝流入下水道时还影响污水处理。提高过滤收率可将此滤渣以水洗后再次用同样型号离心机分离。第一次和第二次离心分离液体合并后进入下一工序，发酵液后处理工艺提高了收率并缩短了生产周期也节约了动力、厂房和成本。

　　（3）抗生素的提取。提取时目的是在于制取高纯度的符合药典规定的抗生素成品。在发酵滤液中抗生素的浓度相对地较高。杂质中有残糖、脂肪、各种蛋白质及其降解物，这就增加了提取和精制的困难。常用的抗生素提取方法包括有溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法等。今分述如下：

　　（1）溶媒萃取法。利用抗生素在不同pH条件下以不同的化学状态游，使抗生素从一种液相如发酵滤液转移到另一种液相如有机溶媒中去以达到浓缩和提纯的目的，对于抗生素应有较大的溶解度和选择性，用较少量的溶媒使提取完全并在一定程度上分离掉杂质。

　　（2）离子交换法。利用某些抗生素能解离为阳离子或阴离子的特性，将抗生素从树脂上洗脱下来以达到浓缩和提纯的目的。此法具有成本低、设备简单、操作方便已成为提取抗生素的重要方法之一。

　　抗生素在目前的制药工业中仍占有举足轻重的地位，尤其是合成抗生素的发展。抗生素在我们的日常生活已经被广泛使用，需要对抗生素进行适当的分类。

　　参考文献

　　[1]曹军卫.马辉文著.微生物工程[M].北京：科学出版社，2002(8).

　　[2]张学仁主编.发酵工程[M].北京：高等教育出版社，2007.

　　[3]辛秀兰主编.现代生物制药工艺学[M].北京：化学工业出版社，2006(6).

　　[4]杨在清，夏涛主编.生物化学[M].北京：科学技术文献出版社，2006.

　　黄中杰

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