slide thuyết trình Tiểu Luận Công nghệ sản xuất chất kháng sinh Penicilin

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT PENICILLIN [1+2] Chất kháng sinh penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928 bởi Alexander Fleming.. Với một số thử nghiệm sau này, ông đã kết luận nấ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

quá trình lên men.

penicillin.

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT

PENICILLIN [1+2]

Chất kháng sinh penicillin được phát hiện

tình cờ vào năm 1928 bởi Alexander Fleming Ông đã tìm thấy một hộp petri nuôi

Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có hiện tượng vòng vi khuẩn bị tan

xung quanh khuẩn lạc nấm Với một số thử

nghiệm sau này, ông đã kết luận nấm mốc đã

tiết ra môi trường một chất nhất định làm tan vi khuẩn và ông đã sử dụng ngay giống nấm

penicillin để đặt tên cho kháng sinh này (1929)

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT

PENICILLIN

Tuy nhiên, mãi đến năm 1938 ở

Oxford, Ernst Boris Chain đã quan tâm đến phát minh của Fleming và đã đề nghị

Howara Walter Florey cho tiếp tục triển

khai nghiên cứu này Và ngày 25/5/1940

penicillin đã được thử nghiệm rất thành

công trên chuột Một thời gian ngằn sau đó (1941), penicillin đã được thử nghiệm thành công trên người

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT

PENICILLIN

Với sự giúp đỡ của chính quyền bang

Illinois và chính quyền liên bang, người ta

đã triển khai thành công công nghệ lên

men chìm sản xuất penicillin (1942); đã

tuyển chọn được chủng công nghiệp

Penicillium chrysogenum NRRL-1951

(1943) và sau đó đã tạo được biến chủng Penicillium chrysogenum Wis Q-176

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT

PENICILLIN

Hệ thống làm lạnh cho phân xưởng lên men và hiết bị

len men được sử dụng năm 1945

LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VÀ SẢN XUẤT

PENICILLIN

Tuy nhiên, chỉ vài năm sau đã xuất

hiện các trường hợp kháng thuốc, nhằm

vô hiệu hoá khả năng kháng thuốc của vi khuẩn và mở rộng thêm tính năng ứng

dụng điều trị của penicillin, năm 1959,

Batcherlor và đồng nghiệp đã tách ra

được axit 6-aminopenicillanic

Aspergillus Nhưng các chủng thuộc

nhóm Penicillium notatum, Penicillium

chrysogenum có hoạt lực cao và được

dùng trong công nghiệp kháng sinh

NHỮNG VI SINH VẬT SẢN SINH

PENICILLIN

Penicillium chrysogenum trên môi trường

Raistrik tạo thành hai kiểu khuẩn lạc:

 Kiểu I: khuẩn lạc tròn trặn, các nếp nhăn rõ nét

Khuẩn ty khí sinh mọc tốt và có màu xanh; theo rìa khuẩn lạc có đường viền rộng 2-5 mm của những khuẩn ty bạc trắng không có bào tử; các khuẩn ty

cơ chất màu nâu; chất màu không hoà vào môi

trường.

 Kiểu II: khuẩn lạc có những khuẩn ty màu trắng,

phát triển yếu; khuẩn ty cơ chất cũng có màu nâu

NHỮNG VI SINH VẬT SẢN SINH

PENICILLIN

Các nấm Penicillium thường dễ biến

đổi về hình thái và giảm khả năng sinh

kháng sinh Khi xảy ra biến đổi thì sẽ sinh

ra hàng loạt những chủng mới từ giống cơ bản.

NHỮNG VI SINH VẬT SẢN SINH

PENICILLIN

CHỦNG PENICILLIUM ĐƯỢC NUÔI CẤY TRÊN ĐĨA PETRI

ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VI SINH VẬT[1]

Trong quá trình nuôi cấy chìm nấm

Penicillium chrysogenum trải qua sáu giai

đoạn phát triển:

ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VI SINH VẬT

 Giai đoạn I: Các bào tử nấm mốc nảy mầm, phát

triển thành chồi nhỏ, tế bào chất chưa phân hoá Thỉnh thoảng không bào có những hạt nhỏ bắt màu đỏ trung tính.

 Giai đoạn II: Khuẩn ty phát triển, tế bào chất ưa

kiềm, những hạt nhỏ trong không bào dần dần biến mất Ở cuối giai đoạn này xuất hiện những giọt chất béo nhỏ.

 Giai đoạn III: Tạo thành những giọt chất béo to,

không còn không bào , tế bào chất rất ưa kiềm.

ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VI SINH VẬT

 Giai đoạn IV: Xuất hiện không bào với những hạt

dễ bắt màu đỏ trung tính, những hạt chất béo nhỏ hơn ở giai đoạn III, tính ưa kiềm giảm.

 Giai đoạn V: Khuẩn ty có hình trống và có chứa

những không bào Các hạt chất béo biến mất Tính

ưa kiềm tiếp tục giảm.

 Giai đoạn VI: Khuẩn ty vẫn ở dạng hình trống

nhưng không còn các hạt bắt màu trung tính, các không bào bắt màu da cam hoặc màu hồng Các hạt chất béo không còn Xuất hiện những tế bào riêng biệt bắt đầu tự phân.

ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VI SINH VẬT

Quá trình lên men penicillin cũng thuộc

vào loại lên men hai pha: pha sinh trưởng

(ứng với những giai đoạn phát triển I, II, III)

và pha sinh penicillin (ứng với những giai

đoạn IV, V, VI).

ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC VI SINH VẬT

Chủng Penicillium ở các giai đoạn phát triển khác nhau

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

sacaroza, lactoza, tinh bột, dextrin,

các axit hữu cơ (lactic, axetic,

formic), các axit amin…

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH LÊN MEN

Nguồn nitơ dùng trong sinh tổng hợp

penicillin là những hợp chất hữu cơ (axit amin, pepton, protein) và vô cơ (amoniac, các muối amon và nitrat) Trong quá

trình nuôi cấy N-NH3 được tạo thành từ cao ngô do phản ứng khử amin các hợp chất nitơ

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH LÊN MEN

Lưu huỳnh có ý nghĩa rất quan trọng

trong quá trình sinh trưởng và sinh tổng hợp của nấm mốc Nguồn lưu huỳnh thường

dùng là muối sunfat của kali, natri và amon Các chất này tham gia vào tổng hợp

metionin, sixtin, biotin, tiamin…hoặc trạng thái liên kết yếu là tốt hơn cả

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH LÊN MEN

Cơ chế biến đổi các hợp chất lưu huỳnh từ

dạng oxy hoá sang dạng khử có thể theo sơ đồ của Arnstein (1954) như sau:

Sunfat Sunfit Tiosunfit

sixtin

Trong tế bào sixtin dễ biến thành sixtein

và ngược lại

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ

TRÌNH LÊN MEN

pH môi trường thích hợp cho

penicillium chrysogenum phát riển nằm trong khoảng 6 - 6.5 Môi trường kiềm

hoặc axit hơn đều làm cho mốc phát triển chậm

ĐẶC ĐIỂM CỦA PENICILLIN[2+4]

Hiện nay có nhiều penicillin Một trong

những loại kháng sinh sử dụng nhiều trong y học và được sản xuất nhiều là

Benzylpenicillin (penicillin G)

ĐẶC ĐIỂM CỦA PENICILLIN

Kháng sinh Penicillin có công thức cấu tạo sau:

ĐẶC ĐIỂM CỦA PENICILLIN

Kháng sinh penicillin

có cấu trúc không gian như sau:

ĐẶC ĐIỂM CỦA PENICILLIN

MỘT SỐ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP

PENICILLIN

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT[1+2]

Hiện nay người ta sản xuất

penicillin theo hai phương pháp:

 Phương pháp lên men bề mặt.

 Phương pháp lên men chìm.

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Nguyên liệu

Nhân giống Lên men

Tách và tinh chế

Sản phẩm penicillin

Giống

Penicillium

chrysogenum

Nguyên liệu

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Giống Penicillin chrysogenum:

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Nguyên liệu:

Cám và hạt ngũ cốc các lọai, nguyên liệu

được bổ sung nước sao cho độ ẩm đạt

55-60%W và được hấp thanh trùng ở 121oC

trong 30-45 phút Ngay sau khi kết thúc

thanh trùng, chúng được tải vào những khay hình chữ nhật có kích thước dài 1-1.2 m,

rộng 0.6-0.8 m, cao 5-6 cm

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Quá trình nhân giống:

Bắt đầu từ giống có trong ống nghiệm

Trong các nhà máy, mỗi lần cấy truyền

giống, người ta thường cấy làm 3 ống Một ống dùng để kiểm tra trước khi sản xuất, một dùng để sản xuất và một dùng để bảo quản

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

 Tiếp đó, người ta chuẩn bị một bình tam giác dung

tích 200-250ml và chuẩn bị 50g môi trường Môi

trường được thanh trùng và làm nguội đến 30 0 C.

 Đổ 10ml đã thanh trùng và làm nguội vào ống

giống, dùng que thủy tinh đánh cho bào tử hòa trộn vào nước Bằng biện pháp vô trùng chuyển toàn bộ vào bình tam giác, lắc cho thật đều rồi chuyển

chúng sang tủ ấm 30-37 0 c Nuôi ở điều kiện này cho đến khi bào tử nấm xuất hiện và phát triển đều

khắp môi trường.

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Quá trình lên men:

Khi môi trường đã được khử trùng và

tỉ lệ 5-10% Các khay được xếp chồng lên

nhau trên những giá đỡ với khoảng cách

nhất định để thoáng khí và thoáng nhiệt.

Quá trình lên men kéo dài 6-7 ngày ở 24

- 28 0 C.

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN BỀ MẶT

Môi trường lỏng dùng trong nuôi cấy bề mặt

thu nhận penicillin bao gồm:

-Cao ngô(bắp) :50g - Lactose :30g -NaNO 3 :3g - KH 2 PO 4 :0.5g

-MgSO 4 :0.25g - C 6 H 5 CH 2 COOH :0.2g

-ZnSO 4 :0.044g - Nước :1000ml

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM

Trong phương pháp nuôi cấy chìm hay

lên men chìm, người ta thường sử dụng môi trường lỏng Để làm môi trường lỏng, người

ta dùng cao ngô, glucose, hydrol, lactose, các muối amon, thiosunfat, photphat kali hoặc natri, các muối sunfat magiê, natri, đồng…

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM

Nấm men

Nhân giống

Lên men Thu nhận Tinh chế

Thu sản phẩm

Môi trường thanh

trùng ở 121 o C

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM

Quá trình nhân giống: quá trình lên men chìm

người ta nhân giống trong môi trường lỏng

Người ta thường nhân giống penicillium trong môi trường

có thành phần sau :

Cao ngô :2% Lactose :0.5% Nitrat amon :0.125% Sunfat magiê :0.025 Kaliphotphat monoboric :0.2%

CaCO 3 :0.5%

Sunfat natri :0.05% Glucose :2%

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM

Quá trình lên men:

Quá trình lên men trong môi trường lỏng

bằng phương pháp lên men chìm để sản xuất penicillin trải qua hai pha:

PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN CHÌM

 Pha thứ nhất: hệ sợi phát triển rất mạnh, hay còn

gọi là pha sinh khối trong pha này các chất dinh dưỡng dễ đồng hóa sẽ được tế bào nấm hấp thu rất mạnh Tốc độ sinh sản của nấm xảy ra rất nhanh

Sự tạo thành penicillin mới bắt đầu.

 Pha thứ hai: hệ sợi phát triển chậm lại, pH tăng

dần và đạt đến giá trị khoảng 7-7.5 Trong pha này penicillin được tạo ra với mức độ cực đại.

Một số môi trường thường được sử dụng trong lên

Một số môi trường thường được sử dụng

trong lên men chìm:

THU NHẬN VÀ TINH CHẾ

PENICILLIN[2]

Có ba phương pháp thu nhân và tinh

chế kháng sinh penicillin từ môi trường nuôi cấy (cả phương pháp bề mặt và phương

THU NHẬN VÀ TINH CHẾ

PENICILLIN

Trong các phòng thí nghiệm và cả trong sản

xuất công nghiệp, người ta thường dùng các dung môi sau để tiến hành thu nhân kháng sinh:

 Các ancol: butanol, isopropanol, propanol.

 Các ester: acetate etyl, butyl, amyl.

 Các ceton: metyl etyl aceton, metyl butyl ceton.

 Các ete: ete isopropylic, dioxan.

 Benzen, phenol, pyridin, dicloetan, clorofoc.

SẢN PHẨM[3]

SẢN PHẨM

Penicillin được xem là loại kháng sinh phổ

thông, được sử dụng rộng rãi trong điều trị và được sản xuất ra với lượng lớn nhất trong số các kháng sinh đã biết hiện nay Chúng tác dụng lên hầu hết các vi khuẩn Gram dương và thường được chỉ định điều trị trong các trường hợp viêm nhiễm do liên cầu khuẩn, tụ cầu khuẩn; thí dụ như viêm não,

viêm tai-mũi-họng, viêm phế quản, viêm phổi, lậu cầu, nhiễm trùng máu…

SẢN PHẨM

Penicillin nhóm G:

Đây là nhóm penicillin cổ điên, tìm thấy

đầu tiên Đa số trích từ nấm và một số bán tổng hợp

Oxacillin, cloxacillin, dicloxacillin ít độc

tính thận hơn meticillin Meticillin chỉ dùng

tiêm, các chất khác uống được.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Lương Đức Phẩm, Hồ Sưởng

Vi Sinh tổng hợp Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật – 1978.

 Nguyễn Văn Lượng

Công nghệ Vi Sinh Vật, tập 2 Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, 2002

 Ds Bùi Kim Tùng

Dùng thuốc kháng sinh-an toàn và công dụng Nhà xuất bản ĐH Y dược,

1998.

 J Harvey and L Mason.

The Use and Misuse of Antibiotics in Agriculture