SẢN XUẤT KHÁNG SINH ppt _ CÔNG NGHỆ VI SINH

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn công nghệ vi sinh ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn công nghệ vi sinh bậc cao đẳng đại học ngành Y dược và các ngành khác

Trang 1

SẢN XUẤT KHÁNG SINH

Bài giảng pptx các môn ngành Y dược hay nhất có tại

“tài liệu ngành dược hay nhất” ;

https://123doc.net/users/home/user_home.php?

use_id=7046916

Trang 2

Mục tiêu

1 Nắm được qui trình chung sản xuất kháng sinh

2 Xây dựng qui trình sản xuất benzylpenicillin

3 Mở rộng triển khai qui trình sản xuất một số kháng sinh khác

Trang 4

 Actinomycin, neomycin, streptothricin từ Streptomyces

 Polymyxin, chloramphenicol, tetracyclin,

 Từ 1970, kháng sinh có nguồn gốc bán tổng hợp

Trang 5

Sản xuất kháng sinh – Các giai đoạn

Sản xuất

Chiết tách

Tinh chế

Đóng gói

Trang 6

Sản xuất kháng sinh – Giai đoạn lên men

Nguyên liệu thô Vi sinh vật Kháng sinh

Quá trình lên men

Trang 7

Nguyên liệu thô

Nguồn carbon Nguồn nitơ Khoáng chất, vitamin

Rỉ đường, đậu

nành

Lactose, glucose Muối amoni

Sulfat, hydrophosphat

S, P, Cu, Zn, MgChất chống bọt

Dầu thực vật, silicon

Trang 8

Vi sinh vật sản xuất kháng sinh

Nuôi cấy vi sinh vật trong bình lắc với mội trường tăng trưởng

Bình chứa môi trường được trang

bị đĩa khuấy để trộn môi trường và

bơm không khí vô trùng

http://www.madehow.com/Volume-4/Antibiotic.html

Trang 9

Lên men kháng sinh – Các giai đoạn

Lên men kháng sinh gồm các giai đoạn:

 Giai đoạn chuẩn bị:

1 Hoạt hóa vi sinh vật

2 Chuẩn bị bình chứa môi trường:

• Môi trường: nước nóng, chất dinh dưỡng (C, N,…), yếu tố tăng trưởng (vitamin, acid amin…)

• Đĩa khuấy để trộn đều môi trường

• Bơm không khí lọc vô trùng

• Sau 24-48 h, chuyển môi trường sang bình lên men

Trang 10

3 Giai đoạn lên men:

• VSV tăng trưởng và nhân đôi

• Sản xuất 1 lượng lớn kháng sinh

Yêu cầu kỹ thuật

 Giữ nhiệt độ bình lên men khoảng 25 o C

 Khuấy môi trường liên tục

 Bơm không khí lọc vô trùng

Trang 11

by Genentech, Graphics Department

Bình lên men

Trang 12

Sản xuất kháng sinh – Giai đoạn chiết tách và tinh chế

Giai đoạn chiết tách, tinh chế và hoàn chỉnh

Sau khi chiết tách từ dịch lên men và tinh chế bằng phương pháp trao đổi ion hay dung môi, thu được kháng sinh dạng bột

Đóng gói và vận chuyển

Trang 13

4 Giai đoạn chiết tách và tinh chế:

Sau 3-5 ngày lên men, lượng kháng sinh thu được đạt tối đa  bắt đầu giai đoạn chiết tách

 Kháng sinh tan trong nước: chiết tách bằng phương pháp trao đổi ion

• Tách kháng sinh ra khỏi tạp chất hữu cơ

• Tách kháng sinh với các hợp chất tan trong nước khác

Trang 14

Nguyên tắc chiết tách kháng sinh bằng pp trao đổi ion

http://www.waters.com/waters

Trang 15

 Kháng sinh tan trong dầu: chiết tách bằng dung môi

• Dịch lên men được xử lý bằng dung môi hữu cơ: butyl acetat, methyl isobutyl keton  hòa tan kháng sinh

• Phục hồi kháng sinh bằng các chất hữu cơ

 Kháng sinh thu được ở dạng bột tinh khiết

Trang 16

Sản xuất kháng sinh – Giai đoạn hoàn chỉnh

5 Sản xuất kháng sinh với các dạng bào chế khác

nhau:

• Dạng tiêm truyền tĩnh mạch: kháng sinh được hòa trong dung môi, đóng gói và hàn kín

• Dạng viên nang

• Dạng thuốc bôi ngoài da

6 Vận chuyển đến nơi đóng gói

7 Phân phối đến nơi sử dụng

Trang 17

Sản xuất kháng sinh

Toàn bộ quá trình sản xuất kháng sinh: lên men, phục hồi và xử lý có thể hoàn thành trong 5 – 8 ngày

Trang 18

Sản xuất kháng sinh – Kiểm soát chất lượng

Sản xuất kháng sinh

Vô trùng

Trang 19

Sản xuất kháng sinh – Kiểm soát chất lượng

 Kiểm tra dịch nuôi cấy vi sinh vật trong suốt quá trình lên men

 Kiểm tra thường xuyên các thông số: pH, độ ẩm,

điểm chảy,…

Trang 20

Sản xuất benzylpenicillin

Trang 21

Nhánh acyl Acid 6-aminopenicillanic

Vòng β-lactam thiazolidin Vòng

Kháng sinh bezylpenicillin

Cấu trúc của penicillin G – penicillin tự nhiên

Trang 23

Sản xuất benzylpenicillin – Khó khăn

Mặc dù:

 Sử dụng các thiết bị hiện đại, phức tạp

Trang 25

Mặc dù:

 Áp dụng kỹ thuật xử lý trên máy tính

Trang 26

Tuy nhiên: qui trình lên men kháng sinh chưa hoàn

thiện, do:

 Khó khăn khi tối ưu hóa

 Không thể thu được hai lô sản phẩm hoàn toàn giống nhau

Trang 27

Nguyên nhân:

 Chất lượng và số lượng dân số vi sinh vật thay đổi trong suốt chu trình sản xuất

 Do những thay đổi nhỏ trong các thông số kiểm soát:

áp suất không khí, độ chìm sâu

 Môi trường dinh dưỡng phức tạp

Trang 28

Sản xuất benzylpenicillin – Giống

 1928: Fleming phân lập P notatum sản xuất penicillin

 1940: Florey và Chain sản xuất penicillin tinh khiết với

Trang 29

Penicillium chrysogenum

P chrysogenum được phân lập từ dưa bị nhiễm mốc

xanh, có khả năng sản xuất penicillin với hiệu suất cao

Trang 30

P chrysogenum có thể tăng trưởng trong điều kiện lên

men chìm trong bình kín có khuấy và thông khí liên tục

Khả năng sản xuất kháng sinh trên qui mô

công nghiệp

Trang 31

Trang 32

ACV synthase Isopenicillin N

synthase Acyltransferase

Nhóm gen chịu trách nhiệm sinh tổng hợp penicillin ở P chrysogenum

15 kb

Trang 33

Trang 35

Sản xuất benzylpenicillin – Nhân giống

trong hệ thống thiết bị

Trang 36

Sản xuất benzylpenicillin – Lên men

Nồi lên men

Trang 37

1 Cung cấp oxy

- Dưới dạng không khí lọc vô trùng

- Tốc độ 0,5 – 1,2 vvm

 Trang bị hệ thống cánh khuấy và gờ cản:

• Thúc đẩy quá trình thông khí

• Thúc đẩy sự trộn lẫn tế bào và môi trường

Trang 38

2 Kiểm soát nhiệt độ

- Quá trình sản xuất penicillin nhạy cảm với nhiệt độ

- Duy trì nhiệt độ 26±1 oC

 Trang bị hệ thống làm lạnh:

• Kiểm soát nhiệt chuyển hóa

• Giảm nhiệt độ của quá trình lên men

• Làm nguội môi trường sau khi tiệt trùng

Trang 39

Hệ thống làm lạnh

Nồi lên men

Trang 40

Trang 41

4 Các trang bị khác

- Các thiết bị khác được trang bị nhằm kiểm tra các thông

số như: nhiệt độ, pH, năng lượng tiêu hao của mô tơ điện, dòng khí, oxy hòa tan và phân tích khí thải

- Bộ cảm biến cung cấp dữ liệu cho quá trình kiểm soát chất lượng thủ công hay bằng hệ thống máy tính

Trang 42

Một số thiết bị hỗ trợ quá trình lên men

Trang 43

5 Bổ sung môi trường

- Môi trường lên men không chứa tất cả các chất dinh

dưỡng cần thiết ngay từ đầu

- Các chất bổ sung:

• Được tiệt trùng từng lô hay tiệt trùng bằng hệ thống liên tục

• Bổ sung trong suốt quá trình lên men bằng hệ

thống tự động  có thể kiểm soát tốc độ hoặc

ngừng cung cấp

Trang 44

6 Hệ thống vận chuyển và lấy mẫu

- Hệ thống vận chuyển vô trùng dùng để:

• Chuyển giống vi sinh vật vào nồi lên men

• Lấy mẫu thường qui trong quá trình lên men

• Thu hoạch sản phẩm từng phần khi nồi lên men

đầy do bổ sung môi trường

• Chuyển sản phẩm của quá trình lên men sang giai đoạn chiết tách

Trang 45

6 Hệ thống vận chuyển và lấy mãu

- Hệ thống vận chuyển vô trùng do:

Trang 46

6 Hệ thống vận chuyển và lấy mãu

- Quá trình lấy mẫu cần thiết nhằm theo dõi:

• Tốc độ tăng trưởng

• Động học của các chất dinh dưỡng

• Nồng độ penicillin

• Sự ngoại nhiễm

Trang 47

Lên men benzylpenicillin – Kiểm soát

- Độ thông khí: tốc độ tăng trưởng VSV trong giai đoạn lên men = giai đoạn nhân giống  mật độ VSV trong môi trường cao  không đủ thông khí để duy trì sản xuất penicillin

- Nồng độ oxy: nồng độ oxy dưới ngưỡng tới hạn  quá trình sinh tổng hợp benzylpenicillin giảm mạnh mặc dù VSV vẫn tăng trưởng

Trang 48

Sản xuất benzylpenicillin – Kiểm soát quá trình lên men

Kiểm soát tốc độ tăng trưởng của VSV:

 Duy trì tốc độ tăng trưởng nhanh chỉ đến khi mật độ VSV đạt tối đa so với công suất của nồi lên men

 Tốc độ giai đoạn tăng trưởng tiếp theo được kiểm

soát bằng cách kiểm tra nghiêm ngặt lượng chất dinh dưỡng cung cấp

Benzylpenicillin được sản xuất với hiệu suất cao

Trang 49

Lên men benzylpenicillin – Môi trường

Môi trường lên men ban đầu chỉ cung cấp một lượng chất dinh dưỡng nhất định cho quá trình tăng trưởng

VSV trong giai đoạn đầu

Trang 50

1 Nguồn nitơ: cao ngô (Corn Steep Liquor – CSL)

• Là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất tinh bột

Trang 51

1 Nguồn nitơ: cao ngô (Corn Steep Liquor – CSL)

• Là chất dinh dưỡng phức tạp, thành phần hóa học chưa được xác định rõ

• Là hợp chất tự nhiên

• Thành phần khác nhau giữa các lô mẻ sản xuất

Không có hai lô mẻ lên men hoàn toàn giống nhau Chuyển sang sử dụng nguồn nitơ có thành phần xác

định

Trang 52

2 Nguồn nitơ phụ trợ và một số chất dinh dưỡng cần thiết khác:

• Canxi: dưới dạng CaCO3 để trung hòa pH acid tự nhiên của cao ngô

• Magie, sulfat, phosphat, kali và các kim loại vi

lượng

Trang 53

Lên men benzylpenicillin – Môi trường lên men

3 Tiệt trùng môi trường:

- Ở 120 oC

- Trong nồi lên men hoặc trong thiết bị đi kèm

- Có thể tiệt trùng liên tục

Trang 54

Lên men benzylpenicillin – Chất dinh dưỡng

- Môi trường tiệt trùng được khuấy trộn, thông khí, điều chỉnh pH, nhiệt độ

- Cấy giống và bắt đầu pha tăng trưởng

- Nguồn carbon ban đầu:

• Chỉ đủ cung cấp cho giai đoạn tăng trưởng ban đầu

Trang 55

- Nguồn carbon được bổ sung liên tục để có thể kiểm soát tốc độ tăng trưởng của VSV

- Nguồn carbon thường được sử dụng: sucrose hoặc glucose Để giảm chi phí có thể sử dụng dạng không tinh khiết: mật đường hoặc dịch tinh bột thủy phân

- Nguồn carbon khác: nhiều nhà sản xuất sử dụng lactose

Trang 56

- Khi nồng độ đường còn dư trong môi trường quá thấp

 không đo được  tốc độ bổ sung nguồn carbon

quyết định dựa trên kinh nghiệm và quan sát hệ thống

- Kiểm soát tỉ lệ cung cấp nguồn carbon  sử dụng

lactose  tốc độ thủy phân lactose thành hexose hạn chế  lượng carbon cung cấp chậm và ổn định

Trang 57

- Canxi, magie, phosphat và các kim loại vi lượng được cung cấp từ đầu  đủ dùng cho cả quá trình lên men

- Nitơ và lưu huỳnh cần bổ sung để cân bằng với nguồn carbon

• Bổ sung nitơ dưới dạng khí amoniac

• Bổ sung sulfat dưới dạng kết hợp với đường

Trang 58

- Tỉ lệ cân bằng giữa nitơ và carbon giúp:

• Đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của VSV

• Duy trì lượng dự trữ ion amoni

• Cân bằng pH môi trường: quá trình chuyển hóa

carbon tạo pH acid sẽ được cân bằng pH kiềm của amoniac

Trang 59

- Pha tăng trưởng nhanh chóng chuyển sang pha sản

xuất penicillin

 pH và nhiệt độ tối ưu của pha tăng trưởng không phải

là tối ưu của pha sản xuất penicillin

 thay đổi pH và nhiệt độ

- Acid phenylacetic (PAA) là chất bổ sung cuối cùng sẽ được cung cấp liên tục

Trang 60

- Các chất dinh dưỡng được tiệt trùng trước khi đưa vào nồi lên men

- Hiếm khi xảy ra nhiễm vi khuẩn đề kháng kháng sinh

- Ngoại nhiễm gây ảnh hưởng đến chất lượng quá trình lên men VD: vi khuẩn sản xuất β-lactamase gây:

• Phá hủy penicillin

• Sử dụng chất dinh dưỡng của môi trường

• Mất kiểm soát pH môi trường

• Ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất

Trang 61

Yêu cầu quan trọng của quá trình lên men là điều

kiện vô trùng  duy trì sự tăng trưởng của VSV sản xuất kháng sinh, không có sự phát triển của VSV

ngoại nhiễm

Trang 62

Lên men benzylpenicillin – Kích thích bằng PAA

- PAA cung cấp nhánh bên cho penicillin

- Không có PAA, hiệu suất sản xuất penicillin giảm mạnh

- PAA ức chế sự tổng hợp các penicillin không mong

muốn khác

- Nồng độ PAA cao gây độc

- PAA có giá thành cao

Kiểm soát lượng PAA không đạt tới giới hạn gây độc  giảm lượng PAA ngay trước khi quá trình lên men kết thúc

Trang 63

- PAA hiện diện trong cao ngô: do hệ vi khuẩn tự nhiên biến đổi từ phenylalanin có trong hạt ngô

Nhánh acyl Acid

6-aminopenicillanic PAA

Trang 64

+ PAA

Trang 65

Sinh tổng hợp và bán tổng hợp các penicillin

Trang 66

Sản xuất benzylpenicillin – Nguyên liệu

Môi trường nuôi cấy sản xuất penicillin:

Trang 67

Lên men benzylpenicillin – Kết thúc

- Kết thúc quá trình lên men phụ thuộc nhiều yếu tố và là một quyết định phức tạp

- Ngừng quá trình lên men khi bắt đầu giảm hiệu suất

biến đổi các nguyên liệu thô đắt tiền thành penicillin

Trang 68

Lên men benzylpenicillin – Kết thúc

Động học quá trình lên men penicillin

Trang 69

Sản xuất benzylpenicillin – Chiết xuất

1 Loại bỏ tế bào

Bezylpenicillin và các chất chuyển hóa khác hòa tan

ngoại bào cùng với các thành phần môi trường dinh

Trang 70

Chiết xuất benzylpenicillin – Chiết tách

2 Tách bezylpenicillin

- Thường tách bằng dung môi Ngoài ra có thể dùng phương pháp sắc ký trao đổi ion, kết tủa

- Ở pH 2-2,5, penicillin có hệ số tách cao trong các

dung môi hữu cơ như amyl acetat, butyl acetat, metyl isobutyl keton

Thực hiện chiết tách nhanh vì benzylpenicillin không bền ở pH thấp

- Tách penicillin trở lại pha nước bằng hệ đệm pH 7,5

- Kết tinh và sấy khô bezylpenicillin

Trang 71

Chiết xuất benzylpenicillin – Xử lý sản phẩm thô

Trang 72

Chiết xuất benzylpenicillin – Xử lý sản phẩm thô

3 Xử lý bezylpenicillin

- Bào chế:

 Dùng đường tiêm: kháng sinh được đóng gói trong

lọ vô trùng dưới dạng bột đông khô hay huyền dịch

 Dùng đường uống: được bào chế dưới dạng viên

bao phim hay các dạng khác

- Kiểm nghiệm:

Lấy ngẫu nhiên số lượng thích hợp mẫu thành phẩm

kiểm tra hoạt tính, độ tinh khiết, chí nhiệt tố và độ vô

trùng

Trang 73

Sản xuất penicillin V

Cung cấp các chất cho

acyl khác nhau

Tổng hợp các penicillin khác nhau

PAA

Phenoxyacetyl

Benzylpenicillin Penicillin V

Trang 76

Sản xuất penicillin

Sơ đồ tóm tắt các giai đoạn sản xuất penicillin

Trang 77

Sơ đồ tóm tắt dây chuyền sản xuất penicillin

Trang 78

Dây chuyền sản xuất penicillin của nhà máy Pfizer

Trang 79

Sản xuất cephalosporin C

Benzylpenicillin, penicillin V

Cephalosporin

Mở vòng

VD: sản xuất cephalosporin thế hệ 1: cephalexin

Đa số cephalosporin được bán tổng hợp từ sản

phẩm lên men cephalosprin C

Trang 80

Lên men cephalosporin C – Giống

- Chủng gốc Acremonium chrysogenum (trước đây có tên Cephalosporium acremonium): được phân lập ở bờ

biển Sardinian (Địa Trung Hải), năm 1945

- Cephalosporin C được phân lập năm 1952

- Sau một thập kỷ, các cephalosporin bán tổng hợp mới được sử dụng trong lâm sàng

Trang 81

Lên men cephalosporin C

Trang 82

Trang 83

Isopenicillin NPenicillin NDesacetoxycephalosprin CDesacetylcephalosprin C

Trang 84

Kháng sinh nhóm cephem

Cephalosporin C

Cephamycin C

Trang 85

- Quá trình lên men cephalosporin C tương tự như

Trang 86

Chiết tách cephalosporin C

Chiết tách cephalosporin chủ yếu bằng phương pháp hấp phụ trên carbon hay resin, không sử dụng dung môi

Qui trình sản xuất kháng sinh khác nhau ở giai đoạn

phục hồi, không khác nhau ở giai đoạn lên men

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	2,41 MB