论文青霉素提取工艺的研究

一、青霉素的发酵工艺过程1、工艺流程（1）丝状菌三级发酵工艺流程冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:）——发酵液。（2）球状菌二级发酵工艺流程冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：）——发酵液。

很多我们所熟知的伟大发明都诞生于偶然。

阿基米德洗澡时，发现了浮力原理；瓦特看到祖母烧水时，沸腾的水把壶盖顶起，发明了蒸汽机；牛顿在树下玩耍被苹果砸中，发现了万有引力定律。

但是实际上他们都孕育在必然。青霉素的发现亦是如此。 短短70年间 ，拯救了上亿人性命的青霉素，源于亚历山大·弗莱明的一个喷嚏。

亚历山大·弗莱明出生于苏格兰基马尔诺克附近的洛克菲尔德。他幼年时，父亲离世。母亲每天为生计奔波，没有多余的精力和时间来管教弗莱明和他的几个兄弟。山野森林就是他们的游乐场，虫鸣鸟叫就是童年的乐章。

春生夏长，秋收冬藏，弗莱明在这里看到了大自然点点滴滴的变化，也养成了善于观察的能力。

直到十三岁时，弗莱明离开苏格兰，去伦敦投奔同父异母的哥哥汤姆。汤姆是一名眼科医生，他对弗莱明后期成长规划起到很大帮助。

初到伦敦时，弗莱明在一家技校学习。毕业后，他在一家贸易船务公司找了一份工作。

弗莱明的人生转折发生在 20岁的那年 。终身未婚的舅舅离世，弗莱明继承了舅舅的250英镑遗产。哥哥汤姆认为要好好地利用起这笔钱，建议他去学习医学。他听从了哥哥的想法，认真准备入学考试。

同年，弗莱明通过了16门功课考试，取得了进入伦敦大学圣玛丽医学院就读的资格。

在校期间，他获得各种类型的奖学金，使得他顺利地完成了自己的学业。从某种意义上讲， 这时期弗莱明在医学上的天赋开始显露出来。

1906年，弗莱明毕业后留在了圣玛丽医学院，跟随他的老师赖特博士从事免疫研究。

莱特博士作为学术界的权威，并不制止和干涉弗莱明按照自己的兴趣进行的研究和 探索 ，这使得弗莱明的研究有一定的自主权。

一战爆发时，弗莱明作为赖特研究小组的一员随赖特奔赴法国战场前线，研究疫苗对付伤口感染的效果。长期以来， 杀菌剂被用来给创口消毒杀菌。

但是小组在前线的研究发现，杀菌剂杀死病毒的同时，也杀死了人体的正常细胞，很可能对治疗起到反作用，使得伤口感染更加严重。

经过试验，他们建议使用浓盐水对创口杀菌，而且越早处理效果才有效果。可惜，当时这一提议并未引起重视。

二战时，浓盐水消毒杀菌才被广泛应用，挽救了许多战士的生命。弗莱明的许多研究在前线得到验证， 也因此弗莱明在医学界逐渐崭露头角。

回国后，弗莱明专心研究能杀死葡萄球菌的方法，以帮助伤员降低感染几率。弗莱明有一个实验习惯，不论是哪种培养基，都会长久放置后，再进行观察，没有有用的发现后才去清洗干净。

在培养一种新的黄色球菌的时候，弗莱明重感冒还未痊愈， 打了个喷嚏 ，他突发奇想取了自己一滴 鼻腔液 放在了培养基上。

两个星期后，弗莱明观察发现培养基上遍布球菌的克隆群落，鼻腔黏液所在位置却没有，而且其稍远位置有一种半透明的玻璃状新克隆群落。但是进一步的研究发现，这其实只是细菌融化所致。

1921年，弗莱明开始抗菌素的研究， 实验结果表明鼻腔黏液中含有抗菌素 。他认为这种抗菌素是一种酶，而且几乎存在于人体的大部分体液和分泌物中。

赖特建议把这种酶命名为 “溶菌酶” 。

接下来的七年，弗莱明带领他的研究小组深入研究落菌酶的作用，但是收效甚微，他们失望地发现它的杀菌能力不强，对多种病原菌都没有作用，于是放弃了研究。

1927年，弗莱明看到了一篇关于最新金葡菌(医院内导致交叉感染的主要致病菌)变异的研究文献，并产生了浓厚的兴趣，决定重复该实验。

他在培养基边缘发现了一块因溶菌而显示的惨白色，这就是青霉素。

实验表明，它的分泌物可以杀死某些葡萄球菌，这这些葡萄球菌容易引起创口感染。

弗莱明将青霉素粗提物用在家兔和小白鼠身上，证实了他的结论。弗莱明的追随者们，在一些深受感染危害的患者上使用过青霉素粗提物，并且取得了良好的效果。

但是在大量实验过程中， 弗莱明发现葡萄球菌遇到青霉素，会很快产生抗性。 而且在天竺鼠身上试验时，致死率非常高。弗莱明不得不非常慎重使用青霉素。粗提物成品里含有太多杂质，必须提纯后才能用于人员伤口治疗。

由于当时的技术条件限制，弗莱明很难提取高纯度的青霉素，更别提应用于临床治疗，他最终放弃了青霉素的继续研究。

青霉素的发现并未引起医学界的重视。弗莱明发表了《关于霉菌培养的杀菌作用》论文后，将青霉素菌种移交给牛津研究小组后，其研究重心放在了其他方面。

1932年，弗莱明所在医院的一位医生再次使用青霉素治疗眼疾成功时，他向当时的牛津小组领导弗洛里提起青霉素的重要作用时。弗洛里不以为然，并没有重视。 青霉素就此尘封。

1939年，德国生物化学家钱恩加入牛津小组，查阅大量文件和实验记录后，向弗洛里极力推荐青霉素，青霉素的研究才得以继续。

钱恩和弗洛里从青霉菌的株菌培养到青霉素的分离、提纯，然后应用到动物身上进行观察，发现效果非常好。通过深入研究，提取到高纯度的青霉素，其抗菌能力提高了几千倍。

牛津小组在给一位面部严重感染的警官医治时，使用青霉素取得了非常好的治疗效果。但是因为剂量不够，这名警官最终离世。

医学界终于注意到了青霉素的重要作用。

当时二战全面爆发，战争带来的了非常惨重的伤亡，钱恩说服美国政府加入到青霉素的研发当中，积极推动了青霉素的生产工艺在短时间内飞速发展， 成为了美国仅次于核工业的高端研究项目 ，并且正在临床实验中广泛使用，挽救了数以百万计伤员和病人的生命。

弗莱明和牛津小组的弗洛里、钱恩共同荣获1945年诺贝尔生理学及医学奖。但是在青霉素发明人这个定位上，弗莱明一直饱受争议。

虽然他发现了青霉素，却没有发现它的重大价值。

如果没有钱恩和弗洛里的潜心研究，以为为它的应用和推广做出的各种努力，青霉素也许就不能这么快被造福于人类，甚至于很可能被埋没在医学研究的 历史 长河中。

各种媒体报道中对弗莱明大篇幅的报道和夸赞，而对牛津小组的贡献往往一笔带过。也许我们从诺贝尔奖为三个人配发的却耐人寻味的文字能获得一些信息。

青霉素为人类医学的发展做出了巨大的贡献， 短短70多年，拯救了上亿人的性命。 甚至将来，青霉素依然在临床医学上发挥着重大的作用。

世界上任何一个伟大发明必然要经历漫长的孕育阶段，才能恰逢其时的“偶然”诞生。而其成长也必然离不开同领域里许多人坚持不懈的 探索 ，才能成为真理而被广泛应用。

生产青霉素需经以下步骤:配料、发酵、过滤、提取、结晶、干燥、包装。青霉素 Benzylpenicillin 中文别名： 青霉素G、青霉素G钾、苄青霉素、苄西林 英文别名： Benzylpenicillin Potassium、Benzylpenicillin Sod.、Crystalline Penicillin G、Penicillin、Penicillin G Potassium、Penicillin G Sod. 生产企业： 药品类别： 青霉素类抗生素 药理药动 药效学 青霉素对多数革兰阳性菌、革兰阴性球菌、个别阴性杆菌(如嗜血杆菌属)、螺旋体和放线菌有抗菌活性，为杀菌剂。青霉索、其他青霉素类和头孢菌素类等β-内酰胺抗生素系通过干扰细菌细胞壁的合成而产生抗菌作用。过去认为青霉素等抗生素主要作用于细胞壁合成的最后阶段--粘肽交叉联合，是一个简单化的概念。根据近年来研究结果提示青霉素结合蛋白(Penicillin bindingproteins， PBPs)是青霉素等β-内酰胺抗生素的作用靶位；由于青霉素等和 PBPs的紧密结合，使前者对细菌细胞壁合成的早期阶段也发生抑制作用。PBPs为存在于细菌胞浆膜上的蛋白，其数目、分子大小和青霉素等抗生素的结合量因细菌菌种不同而异。以大肠杆菌为例，PBPs共有 7个。 PBPs具有催化粘-肽代谢酶的功能，如肽酶反应；也有证据提示 PBPs是参与细胞壁生物合成的、对青霉素敏感的酶,如转肽酶、羧肽酶、内肽酶等。 PBP-lB和-1A为使细菌延长的最重要蛋白，经青霉素等抗生素作用后可使细菌迅速溶解。 PBP-2与控制细菌形态有关，受青霉素作用后,细菌可形成渗透压稳定的球形体。PBP-3对细菌细胞中隔形成和细菌分裂有重要作用，对 PBP-3有高度亲合力的青霉素可使细菌形成丝状体。药动学 青霉素钾盐或钠盐肌注后，小时达血药峰浓度，肌注 100万单位(600mg)的峰浓度为 20u／ml(12μg/ml)，对多数敏感菌的有效血药浓度可维持 5小时。新生儿按体重肌注青霉素万单位/kg后，～l小时的平均血药峰浓度约为 35u/ml(22μg/ml)，12小时后即降至～。每 2小时静脉注射本品 200万单位或每 3小时注射 300万单位，可获得约32u/ml的平均血药浓度。于 5分钟内静脉注射3g(500万单位)青霉素钠，给药后5分钟和10分钟的平均血药浓度为 400和 273μg/ml，1小时即降至45μg／ml，4小时仅有μg/ml。同样剂量的青霉素钠于6小时内作静脉滴注时，则 2小时后才获得12～20μg/ml的血药浓度。本品吸收后广泛分布于组织、体液中。胸腹腔和关节腔液中浓度约为血清浓度的 50％。本品不易透入眼、骨组织、无血供区域和脓肿腔中，易透入至有炎症的组织。青霉素可通过胎盘，除在妊娠前 3月羊水中青霉素浓度较低外，一般在胎儿和羊水中皆可获得有效治疗浓度。本品难以透过血脑屏障，在无炎症脑脊液中的浓度仅为血药浓度的 l～3％。在有炎症的脑脊液中浓度可达血药浓度的 5～30％。在脑膜无炎症时，静脉注射 青霉素可在脑组织中获得抑制敏感革兰阳性球菌的浓度。乳汁中可含有青霉素，其浓度为血药浓度的5～20％。青霉素可进入红细胞。如以青霉素作静脉注射，继以恒速静脉滴注，2小时后红细胞中青霉素含量则与血清浓度相等或超过后者。停止给药后，红细胞中青霉素浓度于 50～60分钟才减少一半。血浆蛋白结合率为 45～65％。T1/2约为 30分钟，肾功能减退者可延长至 ～10小时，老年和新生儿也较长。新生儿的T1/2与体重、日龄有关，体重低于2kg者，7日内和8～14日新生儿的T1/2分别为 和 小时；体重高于 2kg者，7日内和8～14日的T1/2则分别为 和小时。本品约 19％在肝内代谢。在肾功能正常情况下，约 70％的注射量于 6小时内自肾脏排出。青霉素主要通过肾小管排泄，在健康成年人经肾小球排泄者仅占 10％左右；但在新生儿，青霉素则主要经肾小球排泄。肌肉注射青霉素300mg(50万单位)后，平均19％的给药量自尿中以青霉噻唑酸排出。经胆汁排泄的青霉素量不多，但胆汁中浓度不低，肌注 600mg青霉素后 2～4小时胆汁中浓度达峰值，为 10～20μg／ml。由于青霉素在下消化道中被产青霉素酶的肠道菌所破坏，因此粪便中不含或含很少量青霉素。青霉素可在血液中为血液透析所清除，使血清半衰期缩短，但腹膜透析无此效果。 适 应 症 青霉素适用 A组溶血性链球菌、 B组溶血性链球菌、肺炎球菌、对青霉素 G敏感金葡菌等革兰阳性球菌所致的各种感染，如败血症、肺炎、脑膜炎、扁桃体炎、中耳炎、猩红热、丹毒、产褥热等。也用于治疗草绿色链球菌和肠球菌感染性心内膜炎；梭状芽胞杆菌所致的破伤风、气性坏疽、炭疽、白喉、流行性脑脊髓膜炎、李司忒菌病、鼠咬热、梅毒、淋病、雅司、回归热、钩端螺旋体病、奋森咽峡炎、放线菌病等。在风湿性心脏病或先天性心脏病病人进行口腔手术或牙科操作，胃肠道和生殖泌尿道手术或某些操作时，为了预防心内膜炎的发生，青霉素也作为首选药物。 用法用量 1．成人常用量肌内注射，每日80万～200万单位，分 3—4次给药；静脉滴注，每日 200万一1000万单位，分 2—4次给药。 2．小儿常用量肌内注射，每日按体重 万～5万单位/kg，分 3—4次给药。静脉给药每日按体重 5万一20万单位/kg，分 2—4次。 3，新生儿(足月产)剂量每次按体重 5万单位/kg，肌注或静脉给药，前 2日每 12小时一次，自第 3天至 12周每 8小时一次，以后每6小时一次。 4．早产儿剂量第 1周按体重 3万单位/kg，每 12小时一次，2—4周时每 8小时一次，以后每 6小时一次。 5，肾功能减退病人剂量肾小球滤过率(GFR)为 10—15ml/min时，给药间歇自 8小时延长至 8—12小时或剂量减少 25％。当 GFR少于 10ml／min时，给药间歇为 12—18小时或剂量减至正常剂量的 25—60％。一般说来病人肾功能损害属轻中度者，使用常规剂量，不予以减量即可，肾功能损害严重者再调整剂量或延长给药时间。 6．鞘内注射成人剂量每次不超过 2万单位。小儿尽量避免使用，单独应用静脉给药即可；如应用时，其剂量为 2000—3000单位。 7．肌内注射50万单位的青霉素钠或钾，加灭菌注射用水 1ml使溶解；超过 50万单位者则需加灭菌注射用水 2ml，不应以氯化钠注射液作溶剂。静脉给药的速度不能超过每分钟 50万单位，以免发生中枢神经系统反应。鞘内注射时，1万单位的青霉素溶于 10ml氯化钠注射液或脑脊液，徐缓注入。 [制剂与规格]注射用青霉素钠(1)(20万单位)(2)(40万单位)(3)(80万单位)(4)(100万单位) 注射用青霉素钾(1)(20万单位)(2)(40万单位)(3)(80万单位)(4)(100万单位) 注：每 1mg的青霉素钠相当于 1670个青霉素单位；每 1mg的青霉素钾相当于 1598个青霉素单位。 肌注,成人一日80-320万单位, 儿童一日3-5万单位/kg,分2-4次给药;重症(如感染心内膜炎,化脓性脑膜炎)适于静滴,成人一日240-2000万单位, 儿童一日20-40万单位/kg,分4-6次加至少量输液中作间歇快速滴注.钾盐须注意体内血钾浓度和输液的钾含量,且滴速不可太快. 不良反应 (1)过敏反应：青霉素毒性虽低，但过敏反应常见，在各种药物中居首位。严重的过敏反应—过敏性休克(I型变态反应)的发生率为 ～％，其病死率可达10％。因此，此反应一旦发生，必须就地抢救，立即给病人肌注 ％肾上腺素～1ml，必要时以5％葡萄糖注射液或氯化钠注射液稀释作静脉注射，临床表现无改善者，半小时后重复一次。心跳停止者，肾上腺素可作心内注射。同时静脉滴注大剂量肾上腺皮质激素，并补充血容量；血压持久不升者给以多巴胺等血管活性药。抗组织胺药可考虑采用，以减轻荨麻疹。有呼吸困难者予以氧气吸入或人工呼吸，喉头水肿明显者，应及时作气管切开。青霉素酶应用意义不大，因此酶虽可破坏青霉素，但对已形成的抗原-抗体复合物无作用，而且其本身也可产生过敏反应。 血清病型反应(Ⅲ型变态反应)亦非少见，发生率为 1—7％。其他过敏反应尚有溶血性贫血(Ⅱ型变态反应)、药疹、接触性皮炎、间质性肾炎、哮喘发作等。为了防止严重过敏反应的发生，用青霉素类前必须详细询问过去病史，包括用药史、是否用过青霉素、有无易为病人忽略的反应症状，如胸闷、瘙痒、面部发麻、发热等，以及有无个人或家属有变态反应性疾病等。青霉素皮试对预测过敏性休克起着重要作用，但皮试阴性者不能排除出现反应的可能。皮试液采用青霉噻唑-多赖氨酸、青霉素和苄青霉素噻唑酸钠，可能检出过敏反应大小决定簇抗原的抗体，准确度高，也比较安全，国内尚无生产。有青霉素过敏史者一般不宜进行皮试，而改用其他药物。如无适当选用药物，必须应用青霉素类时，则须慎重为病人脱敏。 (2)毒性反应：青霉素肌注区可发生周围神经炎。鞘内注射超过 2万单位或静脉滴注大剂量青霉素可引起肌肉阵挛、抽搐、昏迷等反应(青霉素脑病)。此反应多见于婴儿、老年人和肾功能减退病人。青霉素偶可引起致精神病发作，应用普鲁卡因青霉素后个别病人可出现焦虑、发热、呼吸急促、高血压、心率快、幻觉、抽搐、昏迷等。此反应发生机理不明。 (3)青霉素钾 100万单位()含钾离子 ()，如静脉给予大量青霉素钾时，则可发生高钾血症或钾中毒反应。青霉素钠 100万单位()含钠离予 ()，大剂量给予后，尤其是在肾功能减退或心功能不全病人，可造成高钠血症。每日给予病人 1亿单位青霉素钠后，少数病人出现低血钾症，代谢性碱中毒和高钠血症。 (4)赫氏反应和治疗矛盾：用青霉素治疗梅毒或其他感染时可有症状加剧现象，称赫氏反应。治疗矛盾也见于梅毒病人，系由于治疗后梅毒病灶消炎过快，但组织修补过迟，或纤维组织收缩，妨碍器官功能所致。 (5)二重感染：青霉素治疗期间可出现耐青霉素金葡菌、革兰阴性杆菌或白念珠菌感染，念珠菌过度繁殖可使舌苔呈棕色甚至黑色。 可能引起过敏反应: 皮疹,药热,面部潮红或苍白,气喘,心悸,胸闷,腹痛,过敏性休克.大剂量可出现神经精神症状,如幻觉,抽搐,昏睡,知觉障碍等. 极大剂量可致惊厥,电解质紊乱,溶血性贫血,脉管炎.也可引起急性肾衰.老年患者可有中枢神经中毒反应. 禁忌症 (1)交叉过敏反应：病人对一种青霉素过敏者可能对其他青霉素过敏，也可能对青霉胺或头孢菌素过敏。 (2)青霉素类可经乳汁排出，乳母应用青霉素虽尚无发生严重问题的报告，但乳母应用仍须权衡利弊，因为乳母采用青霉素后可使婴儿致敏。 (3)下列情况应慎用；①病人有哮喘、湿疹、枯草热、荨麻疹等过敏性疾病史者；②肾功能严重损害时。 老年患者可有中枢神经中毒反应. 药物相互作用 (1)氯霉素、红霉素、四环素类、磺胺药等抑菌剂可干扰青霉素的杀菌活性，不宜与青霉素类合用，尤其是在治疗脑膜炎或急需杀菌作用的严重感染时。 (2)丙磺舒、阿司匹林、吲哚美辛、保泰松、磺胺药可减少青霉素类在肾小管的排泄，因而使青霉素类的血药浓度增高，而且维持较久，血清半衰期延长，毒性也可能增加。 (3)青霉素钾或钠与重金属，特别是铜、锌和汞呈配伍禁忌，因后者可破坏青霉素的氧化噻唑环。由锌化合物制造的橡皮管或瓶塞也可影响青霉素活力。呈酸性的葡萄糖注射液或四环素注射液皆可破坏青霉素的活性。青霉素也可为氧化剂或还原剂或羟基化合物灭活。 (4)青霉素静脉输液加入头孢噻吩、林可霉素、四环素、万古霉素、琥乙红霉素、两性霉素B、去甲肾上腺素、间羟胺、苯妥英钠、盐酸羟嗪、丙氯拉嗪(prochlorporazine)、异丙嗪、维生素B族、维生索 C等后将出现混浊。 (5)青霉素可加强华法林的作用。