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[摘 要]青霉素是第一种能够治疗人类疾病的抗生素，也是目前化疗指数最大的抗生素。由于其普遍适用于治疗各种敏感细菌所致的感染，在医学领域的使用较为普遍，所以青霉素的生产质量越来越成为人们关注的焦点。本文就青霉素的发酵生产流程及生产工艺进行了详细阐述，并对青霉素发酵生产中各个流程的生产控制做了简要分析。
[关键词]青霉素生产；生产工艺； 过程控制；
中图分类号：TQ460.6+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0282-01
青霉素是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，以前被称为抗菌素，以疗效高和毒副作用小成为人类治疗疾病的首选。它可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质，目前用于治病的抗生素可以由此直接提取，还可以用人工合成的方法制造青霉素。
1、青霉素的概述
世界上第一种抗生素青霉素是1928年英国细菌学家弗莱明发现的，英国病理学家霍华德·弗洛里与生物化学家钱恩在1941年前后实现了对青霉素的分离与纯化，这为青霉素的大量使用提供了技术上的有力支持。青霉素是从青霉菌培养液中提制的，它能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素，四十年代初用于临床。在对青霉素进行了大量研究之后人们又发现一些青霉素，人们对青霉素进行化学改造得到了一些有效的半合成青霉素。
2、青霉素的发酵生产工艺
2.1 青霉素的生产流程
青霉素的生产可分为菌种发酵和提取精制两个大步骤。菌种发酵时应将青霉菌接种到培养基上，一般在温度25℃下培养7～10天就能得到青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，然后通入无菌空气，搅拌后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌后在27℃下培养7天，要注意在发酵过程中需补入适量的培养基。青霉素的提取是将青霉素发酵液冷却过滤后，濾液在一定的pH值下于萃取机内进行多级逆流萃取，得到萃取液后再转入具有一定pH值的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂经过蒸汽灭菌就可以得青霉素。
2.2 青霉素的发酵流程
2.2.1 生产孢子的制备
青霉素生产孢子的制备是做好青霉素发酵工作的基础，要将砂土保藏的菌种孢子放在由甘油、葡萄糖和蛋白胨组成的培养基中进行斜面培养，经传代活化。将温度控制在最适其生长的25～26℃，一般培养6～8天即可得单菌落，后再传斜面培养7天，从而得到斜面孢子。将斜面孢子移植到优质小米或大米的固体培养基上，一般在温度25℃下生长7天就可制得小米孢子。
2.2.2 种子罐和发酵罐培养工艺
目前青霉素的发酵一般都采用三级发酵。一级种子发酵是指在发芽罐接入小米孢子，待孢子萌发后即形成菌丝，在充分搅拌后置于pH自然且温度控制在25±1℃范围内。一般发酵培养基成分是花生饼粉，麸质粉及玉米浆，也有用葡萄糖、尿素、硫酸铵、硫酸钠、硫代硫酸钠、磷酸二氢钠及苯乙酰胺。由于青霉素的发酵对溶氧的要求非常高，通气量偏大，因此应该将通气比控制在一定范围内，把搅拌转速进行很好的控制才能达到预期目标。
2.2.3 对培养基的灭菌
青霉素生产中发酵培养基的灭菌方式有两种，即连续灭菌和实罐灭菌。连续灭菌是将配好的培养基用泵打入到连消塔内，通过高温蒸汽直接进行接触灭菌，在进入维持罐维持5分钟左右，然后进入冷却器进行冷却后进入发酵罐。在实际生产中实罐灭菌也是比较常用的方法，它是将配制好的培养基用泵打入发酵罐，通入饱和蒸汽加热，使温度达到灭菌温度后，再保温灭菌约30分钟左右。在灭菌完毕后，要通入一定的无菌空气来维持罐内压力，然后再由内蛇管和外盘管通入冷却水，冷却到接种温度即可保压待移种。对培养基的有效灭菌能够为青霉素的生产提供一定的质量保证，所以绝不能掉以轻心。
2.3 发酵生产的过程控制
青霉素的发酵生产过程只有严格进行控制，才能使青霉素的生产更加符合人们对质量的要求。由于在青霉素发酵过程中，常常因为前期基质浓度过高，导致对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制作用。而如果后期基质浓度低的话还会限制菌丝生长和产物的合成。所以在青霉素的发酵中通常采用补料分批操作法来规避此类问题。在青霉素的发酵要特别注意对各个流程的控制，因为即使是较小的波动也将会引起很严重的限制后果，使的青霉素的发酵速度减慢或停止，所以对青霉素的发酵流程进行严格控制是非常重要的一项工作。
2.3.1 培养基的组成和补料控制
青霉素发酵中一般采用补料分批操作的方法，所以要对葡萄糖、铵、苯乙酸进行缓慢的流加，维持一定的最适浓度。碳源的选择上一般采用葡萄糖和乳糖。氮源的选择上有玉米浆、精制棉籽饼粉和麸皮等，但实践中玉米浆是最好的。无机盐的添加以硫、磷、镁、钾等为主，铁有毒要控制在30ug/ml以下。在进行流加控制时要注意糖和氮的补充。
2.3.2 温度的控制
青霉素发酵的最适温度一般认为应在25 °C 左右，温度过高将会降低发酵产率 ， 同时还会降低葡萄糖至青霉素的转化率，对菌丝的生长和青霉素的合成非常不利。所以在温度的前期控制上要保持在在25-26℃左右。
2.3.3 pH值的控制
控制发酵液的pH是很重要的，由于青霉素在碱性条件下容易加速其水解，所以过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使 pH 值降低，而过低的加糖速率则不足以中和蛋白质代谢产生的氨而引起 pH 值上升。青霉素发酵只有在合理的pH和溶氧下，其生产和发酵才会达到最高效率，一般前期pH值要控制在5.7～6.3之间，而到中后期pH值要控制在6.3～6.6之间，中间可通过补加氨水来进行调节。
2.3.4 溶氧
青霉素发酵属于耗氧发酵，所以溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。溶氧浓度是氧传递和氧消耗的一个动态平衡点， 而氧消耗与碳能源消耗成正比。从葡萄糖的氧化的需氧量来看，1mol的葡萄糖彻底氧化分解需要6mol的氧，所以不能低于30%饱和溶氧浓度。通气比一般设置为1：0.8VVM。在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定的罐温，在整个发酵过程中，需不断通入无菌空气并不停地搅拌，以维持一定的罐压或溶氧。
2.4 菌丝生长速度与形态、浓度
在丝状菌的发酵中控制菌丝形态使其保持适当的生长速度和长度是获得高产的关键要素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况密切相关。发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度， 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。
2.5 消沫与取样
青霉素发酵过程中如果产生过多的持久性泡沫对发酵是非常不利的，必须补入消沫剂，一般采用天然油脂或化学消沫剂。青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮及青霉素效价等指标，同时取样时要注意无菌检查。
结 语
我国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的大半，随着市场对青霉素生产质量的呼声不断提高，我们应该加大对青霉素发酵过程控制的研究力度，以严格的生产工艺控制为青霉素的生产保驾护航。只有这样才能为我国青霉素生产迈向国际化道路提供有力支撑。
参考文献
[1] 曾衍霖.生物转化研究与新药开发[J].中国新药杂志，1998，7（5）：338.
[2] 庄毅.菌质-中药的一个新领域[J].中药新药与临床药理，1992，3（2）：49-51.
[3] 杨海龙，陈高洪，章克昌.利用药用真菌深层发酵加工中药[J].中国中药杂志，2005，30（21）：1717.
[关键词]青霉素生产；生产工艺； 过程控制；
中图分类号：TQ460.6+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0282-01
青霉素是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，以前被称为抗菌素，以疗效高和毒副作用小成为人类治疗疾病的首选。它可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质，目前用于治病的抗生素可以由此直接提取，还可以用人工合成的方法制造青霉素。
1、青霉素的概述
世界上第一种抗生素青霉素是1928年英国细菌学家弗莱明发现的，英国病理学家霍华德·弗洛里与生物化学家钱恩在1941年前后实现了对青霉素的分离与纯化，这为青霉素的大量使用提供了技术上的有力支持。青霉素是从青霉菌培养液中提制的，它能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素，四十年代初用于临床。在对青霉素进行了大量研究之后人们又发现一些青霉素，人们对青霉素进行化学改造得到了一些有效的半合成青霉素。
2、青霉素的发酵生产工艺
2.1 青霉素的生产流程
青霉素的生产可分为菌种发酵和提取精制两个大步骤。菌种发酵时应将青霉菌接种到培养基上，一般在温度25℃下培养7～10天就能得到青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，然后通入无菌空气，搅拌后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的培养基中，通入无菌空气搅拌后在27℃下培养7天，要注意在发酵过程中需补入适量的培养基。青霉素的提取是将青霉素发酵液冷却过滤后，濾液在一定的pH值下于萃取机内进行多级逆流萃取，得到萃取液后再转入具有一定pH值的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂经过蒸汽灭菌就可以得青霉素。
2.2 青霉素的发酵流程
2.2.1 生产孢子的制备
青霉素生产孢子的制备是做好青霉素发酵工作的基础，要将砂土保藏的菌种孢子放在由甘油、葡萄糖和蛋白胨组成的培养基中进行斜面培养，经传代活化。将温度控制在最适其生长的25～26℃，一般培养6～8天即可得单菌落，后再传斜面培养7天，从而得到斜面孢子。将斜面孢子移植到优质小米或大米的固体培养基上，一般在温度25℃下生长7天就可制得小米孢子。
2.2.2 种子罐和发酵罐培养工艺
目前青霉素的发酵一般都采用三级发酵。一级种子发酵是指在发芽罐接入小米孢子，待孢子萌发后即形成菌丝，在充分搅拌后置于pH自然且温度控制在25±1℃范围内。一般发酵培养基成分是花生饼粉，麸质粉及玉米浆，也有用葡萄糖、尿素、硫酸铵、硫酸钠、硫代硫酸钠、磷酸二氢钠及苯乙酰胺。由于青霉素的发酵对溶氧的要求非常高，通气量偏大，因此应该将通气比控制在一定范围内，把搅拌转速进行很好的控制才能达到预期目标。
2.2.3 对培养基的灭菌
青霉素生产中发酵培养基的灭菌方式有两种，即连续灭菌和实罐灭菌。连续灭菌是将配好的培养基用泵打入到连消塔内，通过高温蒸汽直接进行接触灭菌，在进入维持罐维持5分钟左右，然后进入冷却器进行冷却后进入发酵罐。在实际生产中实罐灭菌也是比较常用的方法，它是将配制好的培养基用泵打入发酵罐，通入饱和蒸汽加热，使温度达到灭菌温度后，再保温灭菌约30分钟左右。在灭菌完毕后，要通入一定的无菌空气来维持罐内压力，然后再由内蛇管和外盘管通入冷却水，冷却到接种温度即可保压待移种。对培养基的有效灭菌能够为青霉素的生产提供一定的质量保证，所以绝不能掉以轻心。
2.3 发酵生产的过程控制
青霉素的发酵生产过程只有严格进行控制，才能使青霉素的生产更加符合人们对质量的要求。由于在青霉素发酵过程中，常常因为前期基质浓度过高，导致对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长产生抑制作用。而如果后期基质浓度低的话还会限制菌丝生长和产物的合成。所以在青霉素的发酵中通常采用补料分批操作法来规避此类问题。在青霉素的发酵要特别注意对各个流程的控制，因为即使是较小的波动也将会引起很严重的限制后果，使的青霉素的发酵速度减慢或停止，所以对青霉素的发酵流程进行严格控制是非常重要的一项工作。
2.3.1 培养基的组成和补料控制
青霉素发酵中一般采用补料分批操作的方法，所以要对葡萄糖、铵、苯乙酸进行缓慢的流加，维持一定的最适浓度。碳源的选择上一般采用葡萄糖和乳糖。氮源的选择上有玉米浆、精制棉籽饼粉和麸皮等，但实践中玉米浆是最好的。无机盐的添加以硫、磷、镁、钾等为主，铁有毒要控制在30ug/ml以下。在进行流加控制时要注意糖和氮的补充。
2.3.2 温度的控制
青霉素发酵的最适温度一般认为应在25 °C 左右，温度过高将会降低发酵产率 ， 同时还会降低葡萄糖至青霉素的转化率，对菌丝的生长和青霉素的合成非常不利。所以在温度的前期控制上要保持在在25-26℃左右。
2.3.3 pH值的控制
控制发酵液的pH是很重要的，由于青霉素在碱性条件下容易加速其水解，所以过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使 pH 值降低，而过低的加糖速率则不足以中和蛋白质代谢产生的氨而引起 pH 值上升。青霉素发酵只有在合理的pH和溶氧下，其生产和发酵才会达到最高效率，一般前期pH值要控制在5.7～6.3之间，而到中后期pH值要控制在6.3～6.6之间，中间可通过补加氨水来进行调节。
2.3.4 溶氧
青霉素发酵属于耗氧发酵，所以溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。溶氧浓度是氧传递和氧消耗的一个动态平衡点， 而氧消耗与碳能源消耗成正比。从葡萄糖的氧化的需氧量来看，1mol的葡萄糖彻底氧化分解需要6mol的氧，所以不能低于30%饱和溶氧浓度。通气比一般设置为1：0.8VVM。在罐的夹层或蛇管中需通冷却水以维持一定的罐温，在整个发酵过程中，需不断通入无菌空气并不停地搅拌，以维持一定的罐压或溶氧。
2.4 菌丝生长速度与形态、浓度
在丝状菌的发酵中控制菌丝形态使其保持适当的生长速度和长度是获得高产的关键要素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况密切相关。发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度， 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。
2.5 消沫与取样
青霉素发酵过程中如果产生过多的持久性泡沫对发酵是非常不利的，必须补入消沫剂，一般采用天然油脂或化学消沫剂。青霉素的发酵过程控制十分精细，一般2h取样一次，测定发酵液的pH、菌浓、残糖、残氮及青霉素效价等指标，同时取样时要注意无菌检查。
结 语
我国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的大半，随着市场对青霉素生产质量的呼声不断提高，我们应该加大对青霉素发酵过程控制的研究力度，以严格的生产工艺控制为青霉素的生产保驾护航。只有这样才能为我国青霉素生产迈向国际化道路提供有力支撑。
参考文献
[1] 曾衍霖.生物转化研究与新药开发[J].中国新药杂志，1998，7（5）：338.
[2] 庄毅.菌质-中药的一个新领域[J].中药新药与临床药理，1992，3（2）：49-51.
[3] 杨海龙，陈高洪，章克昌.利用药用真菌深层发酵加工中药[J].中国中药杂志，2005，30（21）：1717.