青霉素的發(fā)酵仿真操作青霉素的發(fā)現(xiàn)1928年，英國倫敦大學(xué)圣瑪莉醫(yī)學(xué)院細菌學(xué)教授弗萊明在他一間簡陋的實驗室里研究導(dǎo)致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細菌用的瓊脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一位研究青霉菌的學(xué)者的窗口飄落進來的。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設(shè)法培養(yǎng)這種霉菌進行多次試驗，證明青霉素可以在幾小時內(nèi)將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星—青霉素。1940年，英國Florey和Chain進一步研究此菌，并從培養(yǎng)液中制出了干燥的青霉素制品。經(jīng)實驗和臨床試驗證明，它毒性很小，并對一些革蘭氏陽性菌所引起的許多疾病有卓越療效。青霉素通過抑制細菌細胞壁四肽側(cè)鏈和五肽交連橋的結(jié)合而阻礙細胞壁合成而發(fā)揮殺菌作用。青霉素的結(jié)構(gòu)與細胞壁的成分粘肽結(jié)構(gòu)中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可與后者競爭轉(zhuǎn)肽酶，阻礙粘肽的形成，造成細胞壁的缺損，使細菌失去細胞壁的滲透屏障，對細菌起到殺滅作用。其對革蘭陽性菌有效，由于革蘭陰性菌缺乏五肽交連橋而青霉素對其作用不大。青霉素的臨床應(yīng)用青霉素臨床上用于治療葡萄球菌傳染癥如腦膜炎、化膿炎、骨髓炎等，溶血性鏈球菌傳染癥如腹膜炎、產(chǎn)褥熱，以及肺炎、淋病、梅毒和炭疽等。青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝流程青霉素發(fā)酵生產(chǎn)工藝菌種的擴大培養(yǎng)通過自然育種、誘變育種等方法，挑選出高產(chǎn)、穩(wěn)定、高效價菌種。產(chǎn)黃青霉→斜面孢子（25°C，孢子培養(yǎng)，7d）→大米孢子（26°C，孢子培養(yǎng)，56h）→一級種子培養(yǎng)液（27°C，種子培養(yǎng)，24h）→二級種子培養(yǎng)液（27~26°C，發(fā)酵，7d）。種子罐級數(shù)是在指制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)，一般根據(jù)種子的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及發(fā)酵罐的容積而定。青霉素種子制備一般為二級種子罐擴大培養(yǎng)。

種子罐的目的是使接入有限的孢子迅速發(fā)芽、生長、繁殖成大量菌體。

其中的培養(yǎng)基組分包括碳源（蔗糖）和氮源（玉米漿），及無機鹽（碳酸鈣）等。

將一級培養(yǎng)中得到的生命力旺盛、染色深、菌絲粗壯，無雜菌及異常的菌體接種至發(fā)酵罐進行二級種子培養(yǎng)。

接種量一般在10%～20%。染菌是發(fā)酵工業(yè)長期以來不能徹底解決的問題，因此如何解決染菌問題就成了發(fā)酵工業(yè)的工作重點之一。要解決染菌問題首要問題就是要能檢測出是否染菌。

染菌通常通過三個途徑發(fā)現(xiàn)：無菌試驗，發(fā)酵液直接鏡檢，發(fā)酵液的生化分析。其中無菌試驗是判斷染菌的主要依據(jù)。染菌在發(fā)酵過程的每個階段都可能發(fā)生，下面就各個不同的階段的染菌情況和處理辦法一一說明。

⒈種子培養(yǎng)期染菌

⒉發(fā)酵前期染菌

⒊發(fā)酵中期染菌

⒋發(fā)酵后期染菌

青霉素的發(fā)酵過程控制1.基質(zhì)濃度2.培養(yǎng)基成分的控制

3.pH值、溶氧

4.溫度

5.補料控制6.泡沫的控制1.基質(zhì)濃度：在發(fā)酵過程中，常常因為前期基質(zhì)量濃度過高，對生物合成酶系產(chǎn)生阻遏或?qū)z生長產(chǎn)生抑制（如葡萄糖的阻遏和抑制,苯乙酸的生長抑制）,而后期基質(zhì)濃度低限制了菌絲生長和產(chǎn)物合成。所以，在青霉素發(fā)酵中通常采用補料分批操作法，以維持一定的最適濃度。2.培養(yǎng)基成分的控制:（1）碳源:碳源的主要作用是為微生物菌種的生長繁殖提供能源和合成菌體所必需的碳成分；為合成目的產(chǎn)物提供所需的碳成分。青霉素發(fā)酵中常用乳酸或葡萄糖，也可采用葡萄糖母液、糖蜜等。其中乳糖最為便宜，但因貨源較少，很多國家采用葡萄糖代替。目前普遍采用淀粉的酶水解產(chǎn)物，葡萄糖化液流加，以降低成本。（2）氮源:氮源的作用是供應(yīng)菌體合成氨基酸和三肽的原料，以進一步合成青霉素。主要有機氮源為玉米漿、棉籽餅粉、花生餅粉、酵母粉、蛋白胨等。玉米漿為較理想的氮源，含固體量少，有利于通氣及氧的傳遞，因而利用率較高。（3）無機鹽：碳酸鈣用來中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的雜酸，并控制發(fā)酵液的pH值。另外加入硫代硫酸鈉或硫酸鈉以提供青霉素分子中所需的硫。由于現(xiàn)在還有一些工廠采用鐵罐發(fā)酵，在發(fā)酵過程中鐵離子便逐漸進入發(fā)酵液。發(fā)酵時間愈長，則鐵離子愈多。鐵離子在50μg/ml以上便會影響青霉素的合成。因此青霉素的發(fā)酵罐采用不銹鋼制造為宜，其他重金屬離子如銅、汞、鋅等能催化青霉素的分解反應(yīng)。（4）前體：前體的加入是青霉素發(fā)酵的關(guān)鍵問題之一。添加苯乙酸或者苯乙酰胺，可以借酰基轉(zhuǎn)移的作用，將苯乙酸轉(zhuǎn)入青霉素分子，提高青霉素G的生產(chǎn)強度。但苯乙酸對發(fā)酵有影響，一般以苯乙酰胺較好。也有采用苯乙酸月桂醇酯，其優(yōu)點是在發(fā)酵中月桂醇酯水解，苯乙酸結(jié)合進青霉素成品。而月桂酸作為細菌營養(yǎng)劑及發(fā)酵液消沫劑，且其毒性比苯乙酸小，但價格較貴。前體要在發(fā)酵開始20h后加入，并在整個發(fā)酵過程中控制在50μg/ml左右。前體用量大于0.1%時，青霉素的生物合成均下降。所以一般發(fā)酵液中前體濃度以始終維持在0.1%為宜。3.pH：在青霉素發(fā)酵過程中，pH是通過下列手段控制的：如pH過高，則添加糖、硫酸或無機氮源；若pH過低，則加入碳酸鈣、氫氧化鈉、氨或尿素，也可提高通氣量。另外，也可利用自動加入酸或堿的方法，使發(fā)酵液pH維持在6.8～7.2，以提高青霉素產(chǎn)量。

4.溫度：青霉菌生長的適宜溫度為30℃，而分泌青霉素的適宜溫度是20℃左右，因此生產(chǎn)上采用變溫控制的方法，使之適合不同階段的需要。一般一級種子的培養(yǎng)溫度控制在27±1℃左右；二級種子的培養(yǎng)溫度控制在25±1℃左右；發(fā)酵前期和中期的溫度控制在26℃左右；發(fā)酵后期的溫度控制在24℃左右。

5.補料控制：發(fā)酵過程中除以中間補糖控制糖濃度及pH外，補加氮源也可提高發(fā)酵單位。經(jīng)試驗證實：若在發(fā)酵60～70h開始分次補加硫酸銨，則在90h后菌絲含氮量幾乎不下降，維持在6%～7%，，且60%～70%的菌絲處于年幼階段，菌絲呼吸強度維持在二氧化碳量近30μl/（mg菌絲·h），抗生素產(chǎn)率為最高水平的30%～40%；而不加硫酸銨的對照罐，在發(fā)酵中期菌絲含氮量為7%，以后逐級下降。至發(fā)酵結(jié)束時為4%。發(fā)酵結(jié)束時呼吸強度降至二氧化碳量為16μl/（mg菌絲·h），且抗生素產(chǎn)量下降至零，總產(chǎn)量僅為試驗罐的1/2。因此，為了延長發(fā)酵周期，提高青霉素產(chǎn)量，發(fā)酵過程分次補加氮源也是有效的措施。6.泡沫高度的控制：在發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量泡沫，可以用天然油脂如豆油、玉米油等或用化學(xué)合成消泡劑來消泡。青霉素的工業(yè)提取常采用溶媒萃取法。青霉素游離酸易溶于有機溶劑，而青霉素鹽易溶于水。利用這一性質(zhì)，在酸性條件下青霉素轉(zhuǎn)入有機溶媒中，調(diào)節(jié)pH，再轉(zhuǎn)入中性水相，反復(fù)幾次萃取，即可提純濃縮。