200立方米林可霉素发酵罐的设计毕业设计毕业论文

2003林可霉素发酵罐的设计

1 绪论

林可霉素（lincomycin）是一种高效广谱抗生素。于1962年由美国人Mason等首先从链霉菌林可变种培养液中获得，从此获得广泛应用。林可霉素是一种高效广谱抗生素。早期报林可霉素具有抗生素之间不存在的交互性，并且毒性很低（Mason and Lewis,1964).林可霉素较好的抗革兰氏阳性菌的能力（Lewis et al.1963)，它与已知霉素被广泛应用于由抗革兰氏阳性菌引起的疾病的临床治疗[1]。目前，林可霉素下游产品的开发和应用相当活跃，林可霉素在国内外销量大，其用药途径多，副反应少，控制感染快，是一种很有前景的抗生素，各企业为了占领市场，都迅速增加或改善工厂和设备以求提高产品产量来满足市场。

1.1 林可霉素简介

1.1.1 基本简介[1]

林可霉素(Lincomycin又称)林可霉素(Jiemycin)，是1962年由美国人Mason等首先从链霉菌(S. lincolnensis)变种的培养液经发酵、酸化、提取、精制而得到的高效广谱抗生素，分子式为C18H34N2O6S，分子量为406.56。其化学结构如下：

图1 林可霉素(Jiemycin)的结构式

林可霉素为白色结晶性粉末，有微臭或特殊臭，味苦，易溶于水、甲醇，略溶于乙醇。熔点145～147℃。遇酸、光和空气稳定。对革兰阳性菌、厌氧菌作用强。林可霉素在医学上主要用于葡萄球菌、链球菌、肺炎球菌及厌氧菌引起的各种感染，如呼吸道感染及败血症。对脑膜炎、心内膜炎、白喉、放线菌病也有满意的疗效，但一般不作首选。 1.1.2 适应症

口服适用于：葡萄球菌、化脓性链球菌、肺炎球菌及厌氧菌所致的呼吸道感染、皮肤软组织感染、女性生殖道及盆腔感染和厌氧菌所致的腹腔感染等。林可霉素注射液除

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上述指征外，尚可用于链球菌和葡萄球菌所致的败血症、骨和关节感染、慢性骨和关节感染的外科辅助治疗、葡萄球菌所致的急性血源性骨髓炎等。林可霉素渗入脑脊液的浓度不能到达有效水平，不适用于脑膜炎的治疗。 1.1.3 药理作用

药理本品属林可霉素类抗生素。抗菌谱与红霉素相似但较窄。对革兰阳性菌如葡萄球菌属（包括耐青霉素株）、链球菌属、白喉杆菌、炭疽杆菌等有较高抗菌活性。对革兰阴性厌氧菌也有良好抗菌活性，拟杆菌属包括脆弱拟杆菌、梭杆菌属、消化球菌、消化链球菌、产气荚膜杆菌等大多对本品高度敏感。革兰阴性需氧菌包括流感嗜血杆菌、奈瑟菌属及支原体属均对本品耐药。本品与青霉素、氯霉素、头孢菌素类和四环素类之间无交叉耐药，与大环内酯类有部分交叉耐药，与林可霉素有完全交叉耐药性。本品的作用机制是与细菌核糖体50S亚基结合，阻止肽链的延长，从而抑制细菌细胞的蛋白质合成。本品系抑菌药，但在高浓度时，对某些细菌也具有杀菌作用。毒理：本品的半数致死量（LD50）：小鼠静脉注射为214mg/kg，口服为4000mg/kg；大鼠口服为4000mg/kg。本品为红棕色透明液体，味甜。

1.2 林可霉素生产在国内外的发展现状

我国是对林可霉素及其衍生物研究较早的国家之一，从1980年开始批量生产，到1992年全国已有生产厂家43个，年产量达800多吨，在世界林可霉素的生产中占据重要的地位。目前我国各生产厂家所采用的是提炼生产工艺主要是丁醇萃取法，此工艺由美国人于1963年提出的，并取得专利，其核心内容是从丁醇从发酵液中萃取林可霉素，经多次浓缩，脱色，最后结晶得到 粗晶体。也有的工艺在萃取后利用盐酸进行反萃取，在进行脱色，最后用丙酮直接得到精品。最后用丙酮直接尽管丁醇法至今仍在广泛应用，但此法存在着许多缺点。首先，它的工艺复杂、工序繁多，从而导致收率低，物耗、能耗高；其次，丁醇法对林可霉素与林可霉素S的分离基本没有效果，粗品中林可霉素S的含量往往高达3%-6%。同时，由于丁醇水溶性林大，因而该工艺还存在着丁醇消耗量大回收困难，以至于生产成本较高等问题。

长期以来为提高抗生素发酵水平，把注意力主要放在菌种筛选与改造，或从国外引进菌株。近年来，随着现代牛材料技术的发展,特别是基因工程和代谢1:技术的发展过程,取得了显著的效果,主要包括:(1)生物合成途径中的关键酶基因克隆来提高现有抗生素生产菌株;(2)将有一个副产品抗生素生物合成的酶基因敲除,为了提高抗生素的能力;(3)外源基因克隆为了提高原始菌株发酵生理特征;(4)外源性合成基因簇的克隆新的抗生素的合成NiuSu阻力,等等,但在通过各种方法获得高产菌株,发酵上的实际操作,经常忽视植物生物反应器中高调度问题必须考虑变化和流程优化的过程。然后逐渐夸大

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和优化基本上是最佳控制点的基础上使用人工为主的静态操作经验,基本的基础上的正交试验方法。因此,发酵过程优化和扩大总是在一个复杂的生化过程两个方面的问题,人们从不同的角度进行了研究。此外,与米协助机技术的快速发展,抗生素发酵工厂已经广泛使用的计算机在线控制,主要在加载操作的使用流程和技术杯,基本上满足要求的抗生素工业发酵生产的高精度控制的加载速率,发挥重要的作用在提高发酵效价。但由于抗生素发酵过程的理解不深入,适应操作条件变化的能力差,由于这个原因,许多抗生素发酵工厂生产可以进一步配置公义,溶氧电极、DH面板甚至排气氧气和二氧化碳浓度测量。但对测量参数及其变化的意义缺乏理解．由于以动力学研究为根据的反应器设计原理的局限性，不能深入解释。例如发酵过程溶氧变化意味着什么?是基因水平，细胞水平，还是反应器工程水平问题。大多仅停留在经验法则，缺乏过程分析的理论指导，因此，计算机控制只能解决批间操作的不稳定问题，对发酵获得的高效价批号不能总结，一个新品种的投产仍需很长时期，实际效果不明显。因此，在综合各种检测参数的基础上，提出发酵过程的优化控制理论，切实可行地解决工业生产中实际问题就成为当前业发酵迫切需要解决的重要课题。

林可霉素是一种高效广谱抗生素。早期报林可霉素具有抗生素之间不存在的交互性，并且毒性很低（Mason and Lewis,1964).林可霉素较好的抗革兰氏阳性菌的能力（Lewis et al.1963)，它与已知霉素被广泛应用于由抗革兰氏阳性菌引起的疾病的临床治疗。目前，林可霉素下游产品的开发和应用相当活跃，林可霉素在国内外销量大，其用药途径多，副反应少，控制感染快，是一种很有前景的抗生素，各企业为了占领市场，都迅速增加或改善工厂和设备以求提高产品产量来满足市场。

本设计为林可霉素发酵罐的设计，在设计过程中先进行工艺流程的确定及论证，在此基础上进行物料衡算和能量衡算，以物料衡算为基础进行设备选型，根据设备绘制车间的平面布置图和工艺流程图，最后通过成本核算进行经济效益分析。本设计通过采用生物发酵工艺，比传统的化学制备法的设备简单，耗能少，降低了工艺难度，另外结晶过程中所使用的丙酮易挥发，容易除去，使产品易于除杂，达到环保节约的目的，同时大大节省了能源和生产成本，经济效益显著。

1.3 林可霉素的生产工艺

1.3.1 上游生产过程 （1）菌种

出发菌株为林可霉素产生菌链霉菌4-1024(Streptomyces 4-1024)，首先从沙土管取种接种于斜面培养基上，在30℃下恒温培养7d。斜面培养基主要成分包括：可溶性淀粉2.0%、黄豆饼粉0.5%、氯化钠0.1%、硝酸钾0.1%、硫酸镁0.05%、硫酸亚铁0.1%、琼

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脂1.8%、pH 7.0-7.2。

待气生菌丝成为粉红色，基内菌丝为苍黄色，产生可溶性黄色素，孢子丝柔曲，表面光滑时，可进一步进行摇瓶培养，得到菌丝后再进入种子罐中培养，产生较多的菌丝体，再接种至发酵罐培养。 （2）培养基

基础培养基中碳源为自用糖、口服糖（速效碳源）、淀粉（迟效碳源）等；氮源有黄豆饼粉、玉米浆等；无机盐包括硝酸钠、硝酸铵、氯化钠、磷酸二氢钾、硫酸铵等；消泡剂常用玉米油和泡敌，可在补料中加入，也可直接加到基础培养基中。 （3）发酵过程

发酵过程的目的是使微生物大量分泌抗生素。在发酵之前，有关设备和培养基必须先灭菌。一、二级种子罐及发酵罐均采用蒸汽灭菌系统，采用实消灭菌法。发酵系统包括灭菌系统、搅拌系统、换热系统、补料系统，其中补料尤为重要。

该发酵过程为流加发酵过程，采用三级补料发酵，糖浓度需维持在4%左右，每隔8小时取样一次，若低于4%，则需加入1吨 40%糖/8小时（流加糖量为初始糖量3-4倍），补料主要补葡萄糖、硫铵、氨水，有时也加入缓冲剂CaCO3和消沫剂硅油。 1.3.2 下游过程概述[2]

林可霉素提炼工艺主要分为发酵液预处理及过滤、提取、精制三大步骤。 （1）发酵液预处理及过滤

该步骤是提炼的第一道工序，目的是将菌丝和发酵液分开。滤液质量对方便后工序的操作及保证成品质量非常重要，过滤收率对完成提炼总收率十分关键。

将发酵液用草酸酸化至pH3.0左右，草酸与发酵液中的Ca2+结合产生草酸钙，析出的草酸钙能促使蛋白凝固。酸化时需加热到40-50℃，适当升温有利于草酸的溶解，还能加快过滤速度。预处理后，采用硅藻土作为助滤剂过滤，得到澄清的滤液。 （2）溶剂萃取

1.萃取 采用丁醇作为萃取剂。萃取前需将发酵滤液的pH调至10左右，此时林可霉素在丁醇和水之间的分配系数达到最大值。萃取后，大部分无机杂质和含氮化合物等酸性物质留在水相中，部分有机碱性杂质随林可霉素一起转移到有机相中。

2. 浓缩和洗涤 用真空薄膜浓缩的方式提高萃取液的浓度，再用pH>8的NaOH溶液洗涤，除去萃取相中易溶于水的杂质。

3. 反萃取 在酸性条件下用水进行反萃取，此时林可霉素以盐的形式从有机相转入水相，与有机相中的杂质分离。 （3）精制和结晶

利用活性炭脱色是精制的重要步骤，它能除去色素、热原等杂质。脱色后加入丙酮结晶，晶体经过干燥后得到成品林可霉素盐酸盐。

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