tổng quan quy trình sản xuất penicillin từ nấm penicillium chysogenum

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICLLIUM CHRYSOGENUM Ngành: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ VI SINH. Sinh viên thực hiện : Nguyễn Phan Cao Phi MSSV: 0811110066 Lớp: 08CSH2 TP. Hồ Chí Minh, 2011 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page i LỜI CAM ĐOAN Tôi tên là: Nguyễn Phan Cao Phi. Lớp : 08CSH2. MSSV: 0811110066 Tôi xin cam đoan bài khóa luận với đề tài: “ Tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum” là đề tài do chính bản thân tôi làm, có được là do kết quả của việc nghiên cứu và tổng hợp các tài liệu trên sách , các tạp chí hay những bài báo khoa học. Các nội dung trích dẫn trong bài hoàn toàn là trung thực. Tôi xin chịu trách nhiệm đối với lời cam đoan của mình. Tác giả khóa luận Nguyễn Phan Cao Phi. TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page ii MỤC LỤC MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC. ii DANH SÁCH HÌNH ẢNH VÀ BẢNG v PHẦN I: MỞ ĐẦU. 1 1. Đặt vấn đề. 1 2. Mục đích nghiên cứu. 2 3. Phương pháp nghiên cứu. 3 4. Kết quả đề tài 3 5. Kết cấu khóa luận tốt nghiệp. 4 PHẦN II : NỘI DUNG. 5 CHƯƠNG I : ĐAI CƯƠNG VỀ THUỐC KHÁNG SINH. 5 1.1. Giới thiệu về chất kháng sinh. 5 1.2. Định nghĩa chất kháng sinh. 6 1.3. Đơn vị đo kháng sinh 7 1.4. Phân loại kháng sinh 7 1.4.1. Các Penicillin 7 1.4.2. Các Cephalosporin 8 1.4.3. Các Aminosid 8 1.4.4. Các Chloramphenicol 9 1.4.5. Các tetracyclin 9 1.4.6. Các loại khác. 9 1.5. Hiện tượng và bản chất của sự kháng thuốc 9 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page iii 1.5.1. Hiện tượng kháng thuốc. 9 1.5.2. Nguyên nhân hiện tượng kháng thuốc 10 1.5.3. Cách khắc phục 10 1.6. Nguyên tắc điều hòa sinh tổng hợp kháng sinh 11 1.6.1. Tuyển chọn và tạo ra các chủng công nghiệp siêu tổng hợp kháng sinh 11 1.6.2. Tối ưu hóa thành phần môi trường, thiết bị lên men và điều kiện vận hành quá trình lên men 12 CHƯƠNG II : ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH PENICILLIN 14 2.1. Sơ lược lịch sử phát hiện và công nghệ sản xuất Penicillin. 14 2.1.1. Điểm lịch sử. 14 2.1.2. Tính chất hóa lý cùa Penicillin 16 2.2. Cơ sở công nghệ sinh tổng hợp Penicillin 18 2.2.1. Tuyển chọn chủng công nghiệp 18 2.2.2. Cơ chế sinh tổng hợp Penicillin ở nấm mốc P.chrysogenum 19 2.2.3. Tác động thông số công nghệ lên quá trình lên men 23 CHƯƠNG III : QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN 29 3.1. Đặc điểm chung của quy trình 29 3.2. Quy trình sản xuất penicillin 34 3.3. Thuyết minh quy trình. 34 3.3.1. Chuẩn bị lên men 34 3.3.2. Các kỹ thuật lên men. 37 3.3.3. Hiệu quả kinh tế chung của việc lên men 46 3.4. Xử lý dịch lên men và tinh chế thu Penicillin tự nhiên. 47 3.4.1. Lọc dịch lên men. 50 3.4.2. Trich ly 50 3.4.3. Tẩy màu 52 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page iv 3.4.4. Kết tinh, lọc, rửa, sấy và thu Penicillin tự nhiên 52 PHẦN III: KẾT LUẬN 54 1. Kết luận 54 2. Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO. TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page v DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ CÁC BẢNG - Hình ảnh Hình 2.1 Các tác giả giải thưởng Nobel y học năm 1945 về công trình penicillin 15 Hình 2.2 Sản phẩm penicillin lên men tự nhiên nhờ P.chrysogenum 16 Hình 2.3 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L-  - aminoadipic, L- cystein và L-valin 19 Hình 2.4 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp cystein từ xerin 20 Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp cistein từ homoxerin với sự biến đổi -cetobutyrat thành oxaloacetat 21 Hình 2.6 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp  - aminoadipic 26 Hình 2.7 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp valin 22 Hình 3.1 Chủng penicillium được nuôi cấy trên đĩa petri 31 Hình 3.2 Các chủng penicillium ở các giai đoạn phát triển khác nhau 30 Hình 3.3 Sơ đồ dây chuyền sản xuất penicillin 33 Hình 3.4 Penicillium chrysogenum 35 Hình 3.5 Nấm sợi Penicillium chrysogenum 37 Hình 3.6 Khu vực lên men sản xuất penicillin. 41 Hình 3.7 Sơ đồ hệ lên men dùng cho sản xuất penicillin. 46 Hình 3.8Sơ đồ tóm tắt công đoạn xử lý dịch lên men thu penicillin tự nhiên. 48 Hình 3.9 Sơ đồ công nghệ trích ly 2 lần dung môi tinh chế Penicillin 51 - Bảng Bảng 2.1Thành phần môi trường lên men cơ bản để lên men penicillin 27 Bảng 3.1Thành phần môi trường lỏng 40 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV: NGUYỄN PHAN CAO PHI Page vi Bảng 3.2 Thành phần môi trường nhân giống Penicillium 42 Bảng 3.3 Thành phần quá trình lên men 44 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 1 PHẦN I : MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề: Penicillin hay là thuốc kháng sinh được tạo từ các nguồn gốc vi sinh vật tạo ra các kháng sinh bán tổng hợp hay tổng hợp để kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh. Tuy nhiên kháng sinh không phải hoàn toàn vô hại với cơ thể, một số ảnh hưởng đến gan , thận … nên chúng ta phải càng ngày càng nâng cao chất lượng thuốc kháng sinh, nhất là nghiên cứu trên phương diện về vi sinh vật, nấm … mà hiện tại chúng ta có phương pháp sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum. Nghiên cứu chính là làm cho thuốc kháng sinh phải hoàn thiện hơn nên đề tài về tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ Penicillium chrysogenum là nhằm nghiên cứu để tìm ra phương pháp hoàn thiện Penicillin . Penicillin đã được nhà nước ta nghiên cứu và sử dụng từ lâu: - 1950 GS. Đặng Văn Ngữ đã nghiên cứu và sử dụng penicillin để chữa vết thương cho thương binh. - 1968 Bộ môn công nghiệp dược ( Trường đại học Dược khoa Hà Nội ) được thành lập trong đó có đào tạo cán bộ chuyên khoa kháng sinh. - 1970 Đơn vị nghiên cứu kháng sinh do GS.Trương Công Quyền làm chủ nhiệm phát hiện một kháng sinh là Neomycin . - Từ 1985 – 1990 Bộ y tế đã cho nghiên cứu và thử nghiệm kháng sinh Oxytetracyclin và Tetracyclin . - Nước nhà được giải phóng chưa lâu sau một cuộc chiến tranh tàn khốc, còn để lại những vết tích, trong đó sức khỏe nhân dân bị ảnh hưởng nhiều. Dân lại đông TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 2 nên nhu cầu về thuốc rất lớn, cả về chủng loại và số lượng. Những năm trước mắt, phải đáp ứng hàng tiêu dùng cho dân, trong đó thuốc đứng hàng đầu. Vì vậy cần tập trung xây dựng, hiện đại hóa, và phát triển công nghiệp bào chế sản xuất thuốc thành phẩm. - Với công nghiệp bào chế, ta góp phần giải quyết ngay, kịp thời, đầy đủ nhu cầu phòng chữa bệnh và phúc lợi cho dân. Vốn bỏ ra không nhiều (độ 100 triệu đô- la Mỹ chia làm hai đợt 40 + 60), mà thu hồi vốn nhanh (từ 3 đến 5 năm, nhiều lắm là 7 năm), với mức lợi nhuận tương đối cao (cứ tính khoảng 10% trong lúc ở các nước tư bản trên 50%). - Ta có đủ điều kiện để làm việc này, kể cả vốn, cơ sở vật chất, kỹ thuật, phương tiện, công nghệ, cán bộ, kiến thức . không cần phải bổ sung bao nhiêu. Nếu chọn được một nhóm cán bộ quản lý tốt, nhiệt tình, năng động, đạt được sự tín nhiệm thì động viên vốn trong dân không khó . 2. Mục đích nghiên cứu. Xuất phát từ những lý do trên đề tài: “Tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum”. Được thực hiện nhằm nghiên cứu rõ hơn phương pháp sản xuất penicillin thông qua quá trình nhân giống nấm Penicillium chrysogenum. Sau đó áp dụng vào trong sản xuất công nghiệp tạo ra thành phẩm sử dụng. Ngoài ra liên tục cải tạo quy trình, tạo ra các sản phẩm tốt hơn, giảm thiểu nguy cơ kháng thuốc cũng như tác dụng phụ trong quá trình sử dụng. TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 3 3. Phương pháp nghiên cứu. - Dựa theo quy trình nhân giống và nuôi nấm mốc Penicillium chrysogenum từ đó nghiên cứu quá trình tạo penicillin. Dựa vào các số liệu thực tế trong quá trình nghiên cứu đưa ra các kết luận chính xác. Thông qua lịch sử phát triển của thuốc kháng sinh, thông qua cơ chế sinh hóa, thành phần hóa học, quy trình sản xuất, ngoài ra tham khảo thêm 1 số tài liệu thực tế. - Thông qua việc phân loại các chủng Penicillin. Sự khác nhau khi các giống nấm Penicillium chrysogenum được nuôi trên các môi trường khác nhau, điều kiện khác nhau để so sánh rút ra được kết luận tốt nhất. - Nghiên cứu dự báo về vị trí và sự phát triển của các loại kháng sinh trong một tương lai dài để có một chiến lược sát đúng về kháng sinh học và điều trị học. - Ðặt toàn bộ vấn đề kháng sinh vào chiến lược sản xuất dược phẩm nằm trong chiến lược phòng và chống bệnh tật cho nhân dân. 4. Kết quả đạt được của đề tài. Đề tài đã nêu ra được quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum, nắm được quy tắc nuôi cấy nấm Penicillium chrysogenum. Chỉ rõ các số liệu dựa trên thực tế để nắm rõ hơn quá trình sản xuất. Đưa ra các phương pháp nhân giống cũng như lên men nấm để thu được Penicillin nói rõ quá trình tổng quan sản xuất, nêu ra các ưu khuyết điểm của quá trình, chỉ rõ cơ chế sinh hóa, thành phần hóa học cơ chế tác dụng, hoạt tính kháng sinh và hiệu quả kinh tế. [...]... chỉ lên men trực tiếp hai sản phẩm là penicillin V và penicillin G) và tiếp tục triển khai để sản xuất các chế phẩm penicillin bán tổng hợp khác SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 15 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Hình 2.2 Sản phẩm penicillin lên men tự nhiên nhờ P.chrysogenum 2.1.2 Tính chất hóa lý của penicillin 2.1.2.1 Tính chất hóa học Các penicillin có khả năng tạo... 1544 UI penicillin/ g glucoza; song, trong thực tế, với những chủng có hoạt tính sinh tổng hợp cao nhất cũng mới chỉ đạt khoảng 200 UI/g glucoza SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 21 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Hình 2.6 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp - aminoadipic Hình 2.7 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp valin SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 22 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN. .. tạo thành sản phẩm penicillin G (hay penicillin V - hình 2.3) Hình 2.3 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp penicillin từ axit L-- aminoadipic, L-cystein và L-valin Trong 3 axit amin tiền chất trên thì cystein có thể được tổng hợp bằng một trong ba con đường là được tổng hợp từ xerin (hình2.4 ), từ homoxerin với việc tuần SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 19 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM. .. đường hướng quá trình lên men để lên men sản xuất penicillin G (bằng sử dụng tiền chất Phenylacetic, 1944) SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 14 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Hình 2.1 Các tác giả giải thưởng Nobel y học năm 1945 về công trình penicillin Penicillin được xem là loại kháng sinh phổ rộng, được ứng dụng rộng rãi trong điều trị và được sản xuất ra với lượng...TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM 5 Kết cấu khóa luận tốt nghiệp Kết cấu của khóa luận bao gồm 3 phần chính: PHẦN I: LỜI MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG (Bao gồm 3 chương): Chương I : Đại cương về thuốc kháng sinh Chương II: Đại cương về kháng sinh Penicillin Chương III: Quy trình sản xuất Penicillin trong công nghiệp từ nấm Penicillium chrysogenum... men các sản phẩm đó SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 13 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM CHƯƠNG II: ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH PENICILLIN 2.1 Sơ lược lịch sử phát hiện và công nghệ sản xuất penicillin 2.1.1 Lịch sử phát hiện Phát hiện tình cờ vào năm 1928 do Alexander Fleming, khi nhận thấy một hộp petri nuôi Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện... 2.5), hay từ homoxerin với sự chuyển hóa - cetobutyrat qua izolecin Đồng thời - aminoadipic được giải phóng ra trong sơ đồ hình 2.6 có thể được tuần hoàn để tham gia quá trình ngưng tụ ban đầu Hình 2.4 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp cystein từ xerin SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 20 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế sinh tổng hợp cistein từ homoxerin... 1.4.3 Các Aminosid Có từ nguồn gốc vi sinh, có phổ tác dụng rộng, chủ yếu trên vi khuẩn Gram(), theo nguồn gốc vi sinh có thể chia ra: - Thuốc chiết xuất từ nấm Streptomyces: Streptomicin - Dihydrostreptomycin, Kanamycin, Neomycin, Paromomycin, - Thuốc chiết xuất từ Microspora: Gentamicin, Sisimicin, SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 8 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM... Nhìn chung, quá trình tuyển chọn tạo chủng công nghiệp siêu tổng hợp kháng sinh cũng thường trải qua sáu giai đoạn cơ bản là: SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 11 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM - Phân lập từ thiên nhiên - Nghiên cứu xử lý tạo các biến chủng " siêu tổng hợp" có hoạt lực cao - Tuyển chọn sơ bộ - Tuyển chọn lại thu các chủng có hoạt tính cao quy mô phòng... PHI Page 27 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM chỉnh nhiệt độ sang chế độ lên men penicillin ở dải nhiệt độ 22 - 250C (có công nghệ điều chỉnh xuống 22 - 230C, giữ ở nhiệt độ này tiếp hai ngày rồi chuyển sang lên men tiếp ở 250C cho đến khi kết thúc quá trình lên men) - pH môi trường: thuận lợi cho sự phát triển hệ sợi và cho quá trình sinh tổng hợp penicillin thường . sinh Penicillin. Chương III: Quy trình sản xuất Penicillin trong công nghiệp từ nấm Penicillium chrysogenum. PHẦN III: KẾT LUẬN TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM. nghiên cứu. Xuất phát từ những lý do trên đề tài: Tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum”. Được thực hiện nhằm nghiên cứu rõ hơn phương pháp sản xuất penicillin. trong quá trình sử dụng. TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 3 3. Phương pháp nghiên cứu. - Dựa theo quy trình nhân