penicilin 2

penicilin 2

ĐẠI HỌC BC TƠN ĐỨC THẮNG TP. HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG LỚP 08SH1N ♠♣♥♦ Đề tài: CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT SẢN XUẤT CHẤT SẢN XUẤT CHẤT SẢN XUẤT CHẤT KHÁNG KHÁNG KHÁNG KHÁNG SINH PENICILLINSINH PENICILLINSINH PENICILLINSINH PENICILLIN GV Hướng dẫn: Kỹ sư Nguyễn Thị Cẩm Vy Sinh viên thực hiện: Lý Vũ Quốc Bảo Nguyễn Duy Hà Nguyễn Vũ Duy Khanh Phạm Hồng Minh Nguyễn Thị Tươi www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy LỜI MỞ ĐẦU Từ thế kỷ XIX người ta đã biết các vi sinh vật có thể sống cộng sinh, cũng như có tác dụng đối kháng giữa chúng với nhau. Đến năm 1929, A.Fleming quan sát thấy những khuẩn lạc của mốc penicillin notatum ức chế sinh trưởng tụ cầu khuẩn Staphylococus. Chất có tác dụng ức chế do mốc này tiết ra được gọi là penicillin. Từ đó đến nay việc nghiên cứu chất có hoạt tính kháng sinh được chú trọng rất nhiều và đạt được nhiều kết quả rực rỡ. Ngày nay người ta đã biết trên 2000 chất kháng sinh, nhưng chỉ mới có khoảng 50 chất được dùng vào tư liệu hóa học chữa các bệnh nhiễm vi sinh vật trong y học và một số ngành khác. Một trong những chế phẩm chất kháng sinh phổ biến là penicillin. Penicillin là chất kháng sinh được tìm ra đầu tiên và được sản xuất sớm nhất dùng chữa một số bệnh do vi khuẩn vào những năm đầu của chiến tranh thế giới thứ hai. Ngày nay chất kháng sinh này được sản xuất với một lượng rất lớn và được dùng khá phổ biến trong y học. Trong đề tài này, chúng tôi đã nêu ra những tìm hiểu của mình về lịch sử phát hiện và sản xuất penicillin, các nguyên liệu sản xuất, công nghệ sản xuất penicillin cũng như các chế phẩm của loại thuốc kháng sinh này. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn GV hướng dẫn, Kỹ sư Nguyễn Thị Cẩm Vi, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Đề tài của chúng tôi chắc chắn còn nhiều thiếu sót, có thể do nguồn tài liệu còn hạn chế cộng với khả năng làm việc của các thành viên trong nhóm thực hiện chưa cao. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của GV hướng dẫn cùng tất cả các bạn. Nhóm thực hiện đề tài. www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy PHAÀN I TOÅNG QUAN www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy I.Lịch sử phát hiện và sản xuất penicillin: Chất kháng sinh penicillin được phát hiện tình cờ vào năm 1928: trong khi làm vệ sinh phòng thí nghiệm của mình, Alexander Fleming đã chú ý đến một hộp petri nuôi Staphylococcus bị nhiễm nấm mốc Penicillium notatum có xuất hiện hiện tượng vòng vi khuẩn bị tan xung quanh khuẩn lạc nấm. Khi ông cấy nấm mốc trên thử nghiệm lại trên một số vi khuẩn gây bệnh khác thì vẫn thấy hiện tượng tương tự xảy ra. Từ đó ông kết luận là 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). Công trình khoa học của Fleming ngay lập tức thu hút sự quan tâm chú ý của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Gần như đồng thời, nhiều phòng thí nghiệm ở các nước đều triển khai nghiên cứu thu nhận penicillin và chỉ sau khoảng thời gian ngắn các nhà khoa học Mỹ đã triển khai lên men thành công penicillin bằng phương pháp lên men bề mặt (1931). Tuy nhiên cũng trong khoảng thời gian đó mọi nổ lực nhằm tách và tinh chế penicillin từ dịch lên men đều thất bại do không bảo vệ được hoạt tính kháng sinh của chế phẩm tinh chế, do đó vấn đề penicillin tạm thời bị lãng quên. Năm 1938 ở Oxford, khi tìm lại các tài liệu đã được công bố. Ernst Boris Chain lại để tâm đến phát minh của Fleming và ông đã đề nghị Howara walter Florey cho tiếp tục triển khai nghiên cứu này. Chỉ sau hai năm, phòng thí nghiệm của ông đã tinh chế được một lượng lớn penicillin, đủ để thí nghiệm trên các loại động vật thí nghiệm và kết quả điều trị thử nghiệm đã cho kết quả mỹ mãn: ngày 25/5/1940 penicillin đã được thử nghiệm rất thành công trên chuột. Một thời gian ngắn sau đó, trong nỗ lực cuối cùng nhằm cứu sống các thương binh bị nhiễm khuẩn rất nặng và đang ở trong tình trạng không còn cơ may sống sót, lần đầu tiên kể từ khi phát hiện, penicillin đã được chỉ định điều www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy trị cho người, và cũng thật bất ngờ, kết quả điều trị này đã thành công ngoài cả sự trông đợi: chỉ duy nhất một thương binh bị tử vong do lượng thuốc tại chỗ không còn đủ liều yêu cầu để điều trị cho thương binh đó (1941). Nhóm nghiên cứu của Chain đã báo cáo lên chính phủ Hoàng gia Anh, nhưng do chính phủ đang tập trung mọi nổ lực cho chiến tranh nên đã không tài trợ cho dự án. Vì vậy, đề xuất trên được chuyển sang triển khai tiếp ở Peoria (Illionis. Mỹ). Nhận thức được ý nghĩa to lớn của nghiên cứu này, chính quyền bang Illinois và cả chính quyền liên bang đã xếp chương trình penicillin vào loại đặc biệt ưu tiên và chính phủ trực tiếp đứng ra tổ chức triển khai. Nhờ vậy, chỉ sau một thời gian ngắn 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 (chủng này được xem là chủng gốc của hầu hết các chủng công nghiệp đang sử dụng hiện nay trên toàn thế giới); đã thành công trong việc điều chỉnh đường hướng quá trình lên men để lên men sản xuất penicillin G. Thiết bị làm lạnh và bồn lên men được sử dụng năm 1945 www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy Các tác giả nhận được giải Nobel năm 1945 về công trình penicillin. Vài năm sau người ta thấy xuất hiện các trường hợp kháng thuốc và hiện tượng này ngày nay càng phổ biến hơn. Trên con đường 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. Về sau, axit này được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất ra hàng loạt chế phẩm penicillin bán tổng hợp khác nhau. Nguyên lý sản xuất chế phẩm bán tổng hợp trên đã mở ra con đường mới rất hiệu quả và kinh tế để đấu tranh chống lại sự kháng thuốc. Ngày nay trên thế giới đã sản xuất được trên 500 chế phẩm penicillin (trong đó chỉ lên men trực tiếp hai sản phẩm là penicillin V và penicillin G) và xu thế nghiên cứu sản xuất các chế phẩm penicillin bán tổng hợp mới vẫn tiếp tục được triển khai. II. Những vi sinh vật sản sinh penicillin và đặc điểm dinh dưỡng của chúng: Những vi sinh vật sinh penicillin thuộc các giống nấm mốc penicillium và Aspergillus. Nhưng các chủng thuộc nhóm Penicillium notatum, Penicillium chrysogenum có hoạt lực cao và được dùng trong công nghiệp kháng sinh. Những chủng đầu tiên được nuôi cấy bằng phương pháp bề mặt trên cơ sở chất tự nhiên tạo thành 10-15 đv/ml kháng sinh. www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy 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. Khuẩn lạc kiểu I cho hoạt lự cao, kiểu II thường xuyên cho hoạt tính kháng sinh thấp. Vì vậy cần phải tách những khuẩn lạc kiểu I trên môi trường này và thường xuyên kiểm tra để chọn những khuẩn lạc có hoạt lực cao, giữ được đặc tính của giống. Chủng penicillium được nuôi cấy trên đĩa petri www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy Các chủng penicillium ở các giai đoạn phát triển khác nhau Những chủng Penicillium thường có hoạt lực cao lại kém ổn định. Đặc tính này đặt cho những nhà vi sinh vật một nhiệm vụ khó khăn: tạo được khả năng sinh kháng sinh cao nhất, giữ được ổn định trong quá trình nghiên cứu và sản xuất. Nhiệm vụ này có một ý nghĩa rất lớn trong công nghiệp .các giống này bảo vệ ở kệ, ở trạng thái đông khô có thể tới ba năm, ở đất vô trùng là hai năm. Ngày nay nhờ di truyền học đã tạo được những giống ổn định, ít nhất sau sáu thế hệ không giảm hoạt tính kháng sinh. Chúng ta cần phải nhận thức rằng 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 và nhiệm vụ của các nhà vi sinh vật lúc này là phải chọn lại những khuẩn lạc khoẻ có nhiều ưu điểm, tiếp theo cần phải tiến hành những biện pháp bảo quản thích hợp. Trong quá trình nuôi cấy chìm nấm Penicillium chrysogenum trải qua sáu giai đoạn phát triển: 1. 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. www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy 2. 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. 3. Giai đoạn III: Tạo thành những giọt chất béo to, không còn không bào, tế bào chất rất ưa kiềm. 4. 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. 5. Giai đoạn V: Khuẩn ty có hình trống và có chứa những không bào,ở giữa có một hoặc một vài hạt lớn. Các hạt chất béo biến mất. Tính ưa kiềm tiếp tục giảm. 6. Giai đoạn VI: Khuẩn ty vẫn giữ được dạng hình trống nhưng không còn những hạt bắt màu trung tính, các không bào bắt màu da cam hoặc màu hồng đồng đều. Các hạt chất béo không còn. Xuất hiện những tế bào riêng biệt bắt đầu tự phân. 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). Nguồn carbon trong lên men penicillin bằng nấm Penicillium chrysogenum có thể là glucoza, sacaroza, lactoza, tinh bột, dextrin, các axit hữu cơ (lactic, axetic, formic), các axit amin…đường lactoza cho hiệu suất penicillin cao nhất và thường được dùng trong công nghiệp. Nấm thường sử dụng đường lactoza chậm. Vì vậy, trong thực tế lactoza được dùng phối hợp cùng đường khác (glucoza, sacaroza…) trong môi trường dinh dưỡng. Trong pha lên men thứ nhất giống phát triển mạnh, sử dụng glucoza và axit lactic của cao ngô. Sa đó lactoza mới được sử dụng (chủ yếu trong pha tạo penicillin). Khi trong môi trường cạn lactoza và không bổ sung các chất dinh www.08sh1n.uni.cc -------------------------------------------------- Công nghệ sản xuất Penicilin admin081h@gmail.com GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy dưỡng, hệ sợi nấm bắt đầu tự phân, nếu tiếp tục lên men nồng độ penicillin sẽ giảm, trong thực tế sản xuất cần phải kết thúc lên men trước thời điểm này. Nguồn nitơ dùng trong sinh tổng hợp penicillin có thể là những hợp chất hữu cơ (axit amin, pepton, protein) và vô cơ (amoniac, các muối amon và nitrat).Amoniac được nấm penicillium chrysogenum đồng hoá nhanh hơn cả. Trong quá trình nuôi cấy N-NH3 được tạo thành từ cao ngô do phản ứng khử amin các hợp chất nitơ. Nấm mốc sử dụng N-NH3 trước tiên và nồng độ của chất này trong thời gian đầu tăng lên, vì tốc độ tạo thành nó nhanh hơn tốc độ sử dụng, tiếp theo đó được giảm rất nhanh cùng với tốc độ sinh trưởng, phát triển của nấm mốc và tiếp tục giảm cho đến khi hệ sợi của mốc bị tự phân. Tốc độ sử dụng amoniac phụ thuộc vào nguồn cacbon trong môi trường. Trong trường hợp nguồn cacbon là glucoza, sacaroza hoặc các nguồn cacbon dễ tiêu hoá khác, amoniac được sử dụng nhanh hơn khi môi trường có lactoza. Nitrat được nấm mốc đồng hoá khi trong môi trường không có nguồn nitơ hữu cơ. Lưu huỳnh có ý nghĩa đặc biệt 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. Nhiều công trình nghiên cứu cho biết, khi trong môi trường có mặt đồng thời L-sixtin và sunfat thì lưu huỳnh của axit amin này dễ đi vào phân tử penicillin hơn lưu huỳnh của các gốc sunfat. Song, dùng axit amin trong sản xuất không kinh tế cho nên người ta thường dùng tiosunfat natri (Na2S2O3). Lưu huỳnh của chất này rất dễ di động. Trong môi trường dinh dưỡng có tiosunfat cùng với cao ngô hiệu suất penicillin có thể tăng hai lần. 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 [...]... 0.5-1.0 2. 5-3.5 6 Amon nitrat 0.4 0.4 0.4 7 Sulfat natri 0.05 0.05 0.05 8 Kali photphat 0.4 0.4 0.4 9 Magie sulfat 0. 025 0. 025 0 .25 10 Natri hyposunfit 0 .2 0 .2 0 .2 GV Hư ng d n: Nguy n Th C m Vy www.08sh1n.uni.cc Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com 11 Canxi cacbonat 0.5-1.0 0.5-1.0 0.5-1.0 12 Tiên ch t 0 .2- 0.4 0.3-0.4 0.3-0.4 Mơi trư ng ư c thanh trùng 121 oC trong... nên duy trì kho ng 26 ± 1oC • Nhi t • pH duy trì • Ch Trong lên men 7-7.5 th i khí 1 .2- 1.5 th tích/lít/phút s n xu t penicillin hi n nay ngư i ta s d ng nhi u lo i mơi trư ng khác nhau, tùy theo gi ng penicilium ư c s d ng M t s mơi trư ng thư ng ư c s d ng: Mơi trư ng 2 Mơi trư ng 3 STT Thành ph n Mơi trư ng 1 1 Cao ngơ 2. 0 -2. 4 - - 2. 0 -2. 4 2 Khơ h t có d u (l c, u tương h ơng dương) 2. 0-3.0 3 Lactose... ngày 24 -28 oC Trong lên men b m t, ngư i ta s d ng mơi trư ng l ng Mơi trư ng l ng dùng trong ni c y b m t thu nh n penicillin bao g m: Cao ngơ (b p) KH2PO4 C6H5CH2COOH 50g 0.5g 0.2g GV Hư ng d n: Nguy n Th C m Vy Lactose MgSO4 ZnSO4 30g 0 .25 g 0.044g NaNO3 Nư c 3g 1000ml www.08sh1n.uni.cc Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com Dung d ch lên men ư c kh trùng 121 oC (0.5... t lư ng nh ), m t s khống ch t và ti n ch t Ngư i ta thư ng nhân gi ng penicillium trong mơi trư ng có thành ph n sau: Cao ngơ 2% Glucose2% lactose 0.5% Nitrat amon 0. 125 % Sunfat magiê0. 025 sunfat natri 0.05% CaCO3 0.5% Kaliphotphat monoboric 0 .2% Mơi trư ng ư c thanh trùng 121 oC trong th i gian 30 phút, nhân gi ng Q trình nhân gi ng ư c b t ngu i và u b ng vi c chuy n gi ng t ng nghi m sang bình tam... imidinopenicillin GV Hư ng d n: Nguy n Th C m Vy www.08sh1n.uni.cc Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com Tài li u tham kh o: 1 Lương c Ph m, H Sư ng Vi Sinh t ng h p Nhà xu t b n Khoa H c và K Thu t – 1978 2 Nguy n Văn Lư ng Cơng ngh Vi Sinh V t, t p 2 Nhà xu t b n i h c Qu c gia, 20 02 3 Ds Bùi Kim Tùng Dùng thu c kháng sinh-an tồn và cơnh d ng Nhà xu t b n i h c y dư c, 1998 4... hình ch nh t có kích thư c dài 1-1 .2 m, r ng 0.6-0.8 m, cao 5-6 cm L p mơi trư ng cho vào y dày 2- 3 cm mb o thóang khí trên tòan b b m t và m t dư i c a mơi trư ng M t s cơ s dùng ngun li u là các h t ngũ c c thì l p mơi trư ng dày hơn (3-4 cm) do các h t ngũ c c t o ra mơi trư ng có thống khí hơn Trong trư ng h p cám q m n thì ph i tr n thêm tr u xay nh (thêm kho ng 20 -25 %) ho c cùi b p xay nh trư c khi... Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com S t ng h p và bi n dư ng penicillin GV Hư ng d n: Nguy n Th C m Vy www.08sh1n.uni.cc Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com S t ng h p penicillin N và deasetoxycephalosporin C GV Hư ng d n: Nguy n Th C m Vy www.08sh1n.uni.cc Cơng ngh s n xu t Penicilin admin081h@gmail.com PHẦN... ng th i gian là 6-7 ngày nhi t lên men là 24 -28 oC Váng n m s i ư c gi l i sau khi ã rút h t d ch lên men, ư c ti p t c s d ng cho nh ng l n lên men k ti p nh ng l n lên menti p theo ngư i ta ch thêm d ch lên men vào Các thí nghi m cho th y ch nên s d ng l i 3-4 l n, vì nh ng l n sau hi u su t thu nh n kháng sinh s gi m d n Khu v c lên men s n xu t penicillin 2. Phương pháp lên men chìm: Phương pháp lên... d ng hòa tan phát tri n Lư ng oxy ph thu c r t nhi u vào lư ng các ch t dinh dư ng M i quan h này thư ng t l thu n v i nhau thu ư c 100 kg mu i natri c a penicillin G c n ph i cung c p: 120 0 kg ư ng 60 kg d u mơ 22 0 kg axit phenylaxetic 100kg axitphennylaccetic 3000kw gi 4000 m3 hơi nư c i n 770 kg cao ngơ 50000 m3 khơng khí III Thu nh n và tinh ch kháng sinh: Có ba phương pháp thu nhân và tinh ch... tích c a d ng c , thanh trùng 121 oC(0.5 at) trong 30 phút r i c)Q trình nhân gi ng: b t y kín b ng nút bơng và ngu i m i c y gi ng u t gi ng có trong ng nghi m Trong các nhà máy, m i l n c y truy n gi ng, ngư i ta thư ng c y làm 3 ng M t ng dùng ki m tra trư c khi s n xu t, m t dùng s n xu t và m t dùng b o qu n Song song ó, ngư i ta chu n b m t bình tam giác dung tích 20 0 -25 0ml và chu n b 50g mơi trư . sau: Cao ngô 2% Glucose2% lactose 0.5% Nitrat amon 0. 125 % Sunfat magiê0. 025 sunfat natri 0.05% Kaliphotphat monoboric 0 .2% CaCO3. NaNO3 3g KH2PO4 0.5g MgSO4 0 .25 g C6H5CH2COOH 0.2g ZnSO4