合作建立了液體深層培養(yǎng)，成功地生產(chǎn)出青霉素，開創(chuàng)了抗生素的時(shí)代。隨后是鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素、紅霉素等的相繼出現(xiàn)，形成三大抗感染抗生素治療的時(shí)代，產(chǎn)生了空前的醫(yī)療效果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。新的抗生素的尋找很快擴(kuò)展到抗真菌、抗腫瘤的抗生素，以及具有抗細(xì)菌耐藥性的新型抗生素，成為當(dāng)代的研究熱點(diǎn)。3抗生素的分類（根據(jù)結(jié)構(gòu)分類）3.1β-內(nèi)酰胺類抗生素—主要有青霉素類、頭孢霉素類3.2氨基糖苷(環(huán)醇）類抗生素—主要有鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素等。3.3四環(huán)類抗生素—主要有四環(huán)素、土霉素、金霉素、多西環(huán)素（強(qiáng)力霉素）等3.4大環(huán)內(nèi)酯類抗生素—主要有紅霉素、螺旋霉素等3.5蒽環(huán)類抗生素—主要有阿霉素、紫紅霉素等；3.6安莎霉素類抗生素—主要有力復(fù)霉素、力復(fù)平等3.7多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生素—主要有兩性霉素B、制霉菌素、殺假絲菌素等3.8聚醚類抗生素—主要有莫能霉素、鹽霉素等；3.9肽類抗生素—多粘菌素、桿菌肽等；3.10放線菌類抗生素：放線菌素D（更生霉素）

第二節(jié)青霉素生產(chǎn)工藝1青霉素的結(jié)構(gòu)與抑菌機(jī)理青霉素和頭孢霉素是β-內(nèi)酰胺類抗生素的主要代表，β-內(nèi)酰胺類抗生素是迄今為止已知抗生素中毒性最低、品種最多、臨床上應(yīng)用最廣泛的一類抗生素。這類抗生素由一個(gè)四元β-內(nèi)酰胺環(huán)和一個(gè)五元或六元的雜環(huán)通過N和相鄰的C原子結(jié)合而成。

6-酰胺-2，2-二甲基青核-3-羧酸青霉素的化學(xué)名：6-酰胺-2，2-二甲基青核-3-羧酸，俗名：盤尼西林。β-內(nèi)酰胺類抗生素的抑菌機(jī)理是：干擾細(xì)胞壁(肽聚糖)的合成。通過與轉(zhuǎn)肽酶的作用，特異性地抑制細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的完整合成，并且只作用于生長(zhǎng)中的細(xì)胞，對(duì)靜止的細(xì)胞無效。對(duì)無細(xì)胞壁的動(dòng)物不產(chǎn)生毒性。但是，這類化合物易和血漿蛋白結(jié)合，形成過敏。此外，β-內(nèi)酰胺類抗生素長(zhǎng)期使用細(xì)菌易產(chǎn)生抗藥性。2青霉素的合成機(jī)制：青霉素、頭孢霉素C合成的前體物質(zhì)有半胱氨酸（cys)、纈氨酸(val)、α-氨基己二酸及苯乙酸等。

3個(gè)前體氨基酸由葡萄糖轉(zhuǎn)化而成，首先在三肽合成酶（ACVS）的作用下，將它們縮合成三肽（LLD-ACV），然后由異青霉素N合成酶（IPNS）催化LLD-ACV氧化閉環(huán)（環(huán)化），生成異青霉素N（IPN），再與活化的側(cè)鏈前體苯乙酰CoA或苯氧乙酰CoA將IPN轉(zhuǎn)化成青霉素G或青霉素V（轉(zhuǎn)?；?。3青霉素生產(chǎn)工藝3.1青霉素生產(chǎn)菌種：經(jīng)選育后的產(chǎn)黃青霉菌株。3.2孢子制備：為了獲得豐富的高質(zhì)量的孢子。產(chǎn)黃青霉活化斜面母瓶25

℃，6~7d

大米/小米孢子培養(yǎng)基（休眠孢子）接種

25

℃，6~7d米孢子3.3種子制備：目的是使孢子發(fā)芽、繁殖以獲得足夠的菌絲。米孢子一級(jí)種子罐25

℃，1：2V/V

二級(jí)種子罐

40~45h接種10%

25

℃，1：1.5V/V

發(fā)酵罐

16

~18h接種20%

3.4培養(yǎng)基：3.4.1母斜面培養(yǎng)基：葡萄糖、蛋白胨、甘油；3.4.2孢子培養(yǎng)基：大米/小米3.4.3一級(jí)種子罐：葡萄糖、乳糖、玉米漿；3.4.4二級(jí)種子罐：葡萄糖、玉米漿3.4.5發(fā)酵培養(yǎng)基：碳源：葡萄糖；氮源：玉米漿、花生餅粉、棉籽餅粉、硫酸銨、尿素；前體：苯乙酸或苯乙酸銨（分多次加入）；無機(jī)鹽：包括S、P、Ca、Mg、K等，F(xiàn)e3+應(yīng)嚴(yán)格地控制在30μg/ml以下。3.5發(fā)酵培養(yǎng)3.5.1溫度控制：前期（60h前）25℃

~26℃，中期（60h后）23℃，后期適當(dāng)升溫。3.5.2pH控制：通過流加葡萄糖控制6.4~6.6，避免達(dá)到7.2，一般殘?zhí)墙抵?.6%左右、pH上升時(shí)開始加糖。3.5.3溶氧控制：通氣比一般為1：0.8，溶氧不低于飽和溶氧的30%3.5.4補(bǔ)料：流加葡萄糖、硫酸銨、氨水、苯乙酸或苯氧乙酸、消泡劑(通常用豆油、玉米油或化學(xué)合成消泡劑）3.5.5周期：180h~240h

典型青霉素發(fā)酵過程曲線PVC-濕細(xì)胞體積PenG-效價(jià)DO-溶氧濃度Cs-殘?zhí)荂n-氨基氮濃度3.6青霉素下游提取工藝3.6.1發(fā)酵液的預(yù)處理：發(fā)酵液冷卻到5℃左右，加絮凝劑絮凝，攪拌均勻。青霉素對(duì)酸、堿、熱都不穩(wěn)定，因此，要在低溫環(huán)境下操作。3.6.2發(fā)酵液的固液分離：采用鼓式真空過濾器進(jìn)行固液分離。3.6.3溶媒（BA）萃?。簽V液用15%硫酸酸化至pH2~2.2，按1：3.5~1：4的量加醋酸丁酯（BA）抽提，靜置，分離，得到一次BA提取液。3.6.4一次水提?。喊?：4~1：5體積加入1.5%的NaHCO3緩沖液在pH6.8~7.0條件下將青霉素從BA液中反萃取到緩沖液中，得到一次水提取液。3.6.5二次溶媒（BA）萃?。涸儆?5%硫酸將一次水提取液酸化至pH2~2.2，按1：3.5~1：4的量加醋酸丁酯（BA）二次抽提，靜置，分離，得到二次BA提取液。3.6.6脫色：在二次BA提取液中加入活性炭（150~300g）/10億單位，攪拌15~20分鐘，過濾。3.6.7結(jié)晶：脫色液中加入25%KAC-丁醇溶液，在真空度>0.095MPa及45℃~48℃下共沸結(jié)晶，得結(jié)晶混合液，過濾（離心），先后用少量丁醇和BA各洗滌兩次，得濕晶體和母液。3.6.8干燥：濕晶體在50℃，>0.095MP真空度下干燥約16h，然后磨粉，裝桶，得青霉素工業(yè)鹽。3.6.9回收：母液蒸餾回收，注意回收得率。二、酒精的工業(yè)生產(chǎn)

1、酒精生產(chǎn)原料

1.1薯類原料甘薯、木薯和馬鈴薯等。

1.2谷物原料玉米、高梁、大米和小麥等。

1.3糖類原料廢糖蜜、甘蔗、甜菜等。

1.4野生植物原料椽子仁、土茯苓、楝樹果等。

1.5纖維原料森林工業(yè)和木材加工工業(yè)的下腳料、農(nóng)作物秸稈、甘蔗渣、廢纖維垃圾和廢紙漿等。

1.6其他原料亞硫酸紙漿廢液、淀粉渣等。

2、生產(chǎn)菌種：

酒精酵母（Saccharomyces

cerevisiae):卵圓形、橢圓形，6～11微米，芽殖。一般采用活性干酵母。

發(fā)酵運(yùn)動(dòng)單胞菌（Zymomonasmobilis)：1911年從敗壞的蘋果酒中得到，運(yùn)動(dòng)性桿菌，G—厭氧。3、工藝過程（以玉米淀粉原料為例）3.1原料的預(yù)處理：除雜、粉碎3.2工藝流程糖化劑酵母原料→預(yù)處理→水熱處理→糖化→發(fā)酵→蒸餾→酒精

CO2酒糟3.3水熱處理（蒸煮、液化）3.3.1粉漿的制備3.3.2加熱處理粉料+1：3～4水混合攪拌→預(yù)熱（60℃

～70℃）→粗過濾

高溫：135℃左右，45分鐘（逐漸被淘汰）→蒸煮中溫：105℃左右，加高溫液化酶，45分鐘

90℃液化，加中溫液化酶，45分鐘液化酶：α-淀粉酶3.4糖化蒸煮醪冷卻到60

℃蒸煮醪+糖化酶保溫50分鐘

糖化醪冷卻進(jìn)發(fā)酵罐糖化酶：100～

150/g淀粉

3.5酒精發(fā)酵過程

3.5.1酒精發(fā)酵的基本理論酒精發(fā)酵作用，是酵母菌把可發(fā)酵性的糖，經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)酒化酶的作用，生成了酒精與CO2，然后通過細(xì)胞膜將這些產(chǎn)物排出體外酒精是可以任何比例與水混合的，所以由酵母體內(nèi)排出的酒精便溶于周圍的醪液中。3.5.2間歇式發(fā)酵

酒精發(fā)酵過程（間歇式發(fā)酵法）從外觀現(xiàn)象可以將其分為如下三個(gè)發(fā)酵不同階段：a.前發(fā)酵期b.主發(fā)酵期c.后發(fā)酵期

a.前發(fā)酵期在酒母與糖化醪加入發(fā)酵罐后，醪液中的酵母細(xì)胞數(shù)還不多，由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以酵母菌仍能迅速地進(jìn)行繁殖，使發(fā)酵醪中酵母細(xì)胞繁殖到一定數(shù)量。在這一時(shí)期，醪液中的糊精繼續(xù)被糖化酶作用，生成糖分，但由于溫度較低，故糖化作用較為緩慢。從外觀看，由于醪液中酵母數(shù)不多，發(fā)酵作用不強(qiáng)，酒精和CO2產(chǎn)生得很少，所以發(fā)酵醪的表面顯得比較平靜，糖分消耗也比較慢。前發(fā)酵階段時(shí)間的長(zhǎng)短，與酵母的接種量有關(guān)。如果接種量大，則前發(fā)酵期短，反之則長(zhǎng)。前發(fā)酵延續(xù)時(shí)間一般為l0小時(shí)左右。由于前發(fā)酵期間酵母數(shù)量不多，發(fā)酵作用不強(qiáng)，所以醪液溫度上升不快。醪液溫度控制，在接種時(shí)為26—28℃，前發(fā)酵期溫度一般不超過30℃。如果溫度太高，會(huì)造成酵母早期衰老，如果溫度過低，又會(huì)使酵母生長(zhǎng)緩慢。

前發(fā)酵期間應(yīng)十分注意防止雜菌污染，因?yàn)榇藭r(shí)期酵母數(shù)量少，易被雜菌抑制，故應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)生管理。

b．主發(fā)酵期

酵母細(xì)胞已大量形成，醪液中酵母細(xì)胞數(shù)可達(dá)1億／毫升以上。由于發(fā)酵醪中的氧氣也已消耗完畢，酵母菌基本上停止繁殖而主要進(jìn)行酒精發(fā)酵作用。醪液中糖分迅速下降，酒精分逐漸增多。因?yàn)榘l(fā)酵作用的增強(qiáng)，醪液中產(chǎn)生了大量的CO2。隨著CO2的逸出，可以產(chǎn)生很強(qiáng)的CO2泡沫響聲。發(fā)酵醪的溫度此時(shí)上升也很快。生產(chǎn)上應(yīng)加強(qiáng)這一階段的溫度控制。根據(jù)酵母菌的性能，主發(fā)酵溫度最好能控制在30—34℃主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短，取決于醪液中營(yíng)養(yǎng)狀況，如果發(fā)酵醪中糖分含量高，主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，反之則短。主發(fā)酵時(shí)間一能為12小時(shí)左右。

c．后發(fā)酵期

醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚殘存部分糊精繼續(xù)被酶作用，生成葡萄糖。由于這一作用進(jìn)行的極為緩慢，生成的糖分很少，所以發(fā)酵作用也十分緩慢。因此，這一階段發(fā)酵醪中酒精和CO2產(chǎn)生得也少。后發(fā)酵階段，因?yàn)榘l(fā)酵作用減弱，所以產(chǎn)生的熱量也減少，發(fā)酵醪的溫度逐漸下降。此時(shí)醪液溫度應(yīng)控制在30—32℃左右。如果醪液溫度太低，糖化酶的作用就會(huì)減弱，糖化緩慢，發(fā)酵時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，這樣也會(huì)影響淀粉出酒率。淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的后發(fā)酵階段一般約需40小時(shí)左右才能完成。

3.5.3連續(xù)發(fā)酵糖化醪加入發(fā)酵罐首罐同時(shí)加入足夠數(shù)量的酵母，滿罐后進(jìn)行間歇發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵至主發(fā)酵后期，開始不斷流加糖化醪，隨后進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵。3.5.4濃醪發(fā)酵：常規(guī)酒精發(fā)酵：酒精度9V/V，7V/V濃醪發(fā)酵：酒精度15V/V，12V/V選育耐高糖和高酒精度的酵母菌株,研制適合濃醪發(fā)酵的發(fā)酵工藝.3.5.5固定化酵母的發(fā)酵

固定化技術(shù)

是指將游離的微生物細(xì)胞或游離的酶均勻地限制在（固定在）載體上，而經(jīng)限定的微生物細(xì)胞或酶能和游離的微生物細(xì)胞或游離的酶一樣具有生物學(xué)的活性和功能。

固定化技術(shù)的發(fā)展及優(yōu)越性

固定化技術(shù)開始于上世紀(jì)60年代，近20年發(fā)展迅猛，其研究和應(yīng)用已涉及到食品（啤酒、酒精）、醫(yī)藥（青霉素、頭孢霉素）、化工（環(huán)氧丙烯）、氨基酸、環(huán)保（廢水材料）等領(lǐng)域。展示著廣闊的前景。優(yōu)越性：可反復(fù)使用；也可存儲(chǔ)較長(zhǎng)的時(shí)間使酶和微生物細(xì)胞活性基本不變；易將微生物發(fā)酵改為連續(xù)發(fā)酵；發(fā)酵液中菌體含量少，有利與產(chǎn)品的分離純化。固定化方法包埋法：是最常用也是最為有效的固定化方法，它是直接將細(xì)胞包埋于多聚載體中制成固定化細(xì)胞，屬于物理方法。包埋法常用的載體：藻酸鹽、明膠、聚丙烯酰胺、瓊脂等。選載體注意：無毒、耐用、低成本。包埋法所制成的固定化細(xì)胞形狀可以是：小球形、小方塊形、片狀、棒狀等。包埋法固定化技術(shù)特點(diǎn)：牢固，不易脫落。缺點(diǎn)：載體形成的孔隙大小影響高分子底物的通透性共價(jià)鍵結(jié)合法細(xì)胞（酶）與不溶性的載體以共價(jià)鍵形式結(jié)合制備固定化酶的方法。屬于化學(xué)方法。常用載體：纖維素（多糖類衍生物）、氨基酸共聚物、苯乙烯樹脂等特點(diǎn)：酶與載體結(jié)合比較牢固，不易脫落。但制備條件比較復(fù)雜，載體需修飾。酶功能基團(tuán)：-OH，-SH，-NH3等與修飾后的載體（烷化、重氮化等）形成共價(jià)鍵結(jié)合。吸附法載體與細(xì)胞（酶）之間通過靜電、氫鍵和范得華引力相互吸引得以固定。屬于物理方法。常用載體：活性炭、多孔玻璃、硅膠、氧化鋁等無機(jī)物。大孔樹脂、DEAE纖維素、DEAE葡聚糖凝膠等具表面活性的有機(jī)物。特點(diǎn)：吸附法固定細(xì)胞（酶）不牢固，易脫落。交聯(lián)法利用雙功能試劑或多功能試劑（交聯(lián)劑）作用，使細(xì)胞（酶）與載體之間、酶與酶之間交聯(lián)、凝集得以固定。常用載體：硅膠、樹脂、殼聚糖等常用交聯(lián)劑：戊二醛、六甲撐二胺、聚甲叉雙碘乙酰胺等酶與載體結(jié)合比較牢固，不易脫落。20世紀(jì)80年代，日本協(xié)和發(fā)酵公司采用海藻酸鹽為載體固定酵母細(xì)胞，發(fā)酵4-8小時(shí)，最終乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%-9%。1985年銀川糖廠酒精車間進(jìn)行中試，10T罐運(yùn)行94天，發(fā)酵液在柱內(nèi)停留12小時(shí)，最終乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.84%。工業(yè)生產(chǎn)中，隴西酒精廠采用固定化酵母發(fā)酵，效果為最佳。

3.5.6應(yīng)用細(xì)菌的酒精發(fā)酵法

假單胞菌屬的一些細(xì)菌與酵母菌酒精發(fā)酵的途徑不同，即按ED途徑進(jìn)行酒精發(fā)酵。近年來，運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌（Zymomonasmobilis）已成為釀酒酵母之外發(fā)酵生產(chǎn)酒精的第二大菌種，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的酵