Tổng quan quy trình sản xuất penicillin từ nấm Penicillium Chysogenum

Tổng quan quy trình sản xuất penicillin từ nấm Penicillium Chysogenum Tổng quan quy trình sản xuất penicillin từ nấm Penicillium Chysogenum Tổng quan quy trình sản xuất penicillin từ nấm Penicillium Chysogenum luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM PHẦN I : MỞ ĐẦU Đặt vấn đề: Penicillin thuốc kháng sinh tạo từ nguồn gốc vi sinh vật tạo kháng sinh bán tổng hợp hay tổng hợp để kìm hãm tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh Tuy nhiên kháng sinh khơng phải hồn tồn vơ hại với thể, số ảnh hưởng đến gan , thận … nên phải ngày nâng cao chất lượng thuốc kháng sinh, nghiên cứu phương diện vi sinh vật, nấm … mà có phương pháp sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum Nghiên cứu làm cho thuốc kháng sinh phải hoàn thiện nên đề tài tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ Penicillium chrysogenum nhằm nghiên cứu để tìm phương pháp hồn thiện Penicillin Penicillin nhà nước ta nghiên cứu sử dụng từ lâu: - 1950 GS Đặng Văn Ngữ nghiên cứu sử dụng penicillin để chữa vết thương cho thương binh - 1968 Bộ môn công nghiệp dược ( Trường đại học Dược khoa Hà Nội ) thành lập có đào tạo cán chuyên khoa kháng sinh - 1970 Đơn vị nghiên cứu kháng sinh GS.Trương Công Quyền làm chủ nhiệm phát kháng sinh Neomycin - Từ 1985 – 1990 Bộ y tế cho nghiên cứu thử nghiệm kháng sinh Oxytetracyclin Tetracyclin - Nước nhà giải phóng chưa lâu sau chiến tranh tàn khốc, cịn để lại vết tích, sức khỏe nhân dân bị ảnh hưởng nhiều Dân lại đông SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM nên nhu cầu thuốc lớn, chủng loại số lượng Những năm trước mắt, phải đáp ứng hàng tiêu dùng cho dân, thuốc đứng hàng đầu Vì cần tập trung xây dựng, đại hóa, phát triển cơng nghiệp bào chế sản xuất thuốc thành phẩm - Với công nghiệp bào chế, ta góp phần giải ngay, kịp thời, đầy đủ nhu cầu phòng chữa bệnh phúc lợi cho dân Vốn bỏ không nhiều (độ 100 triệu đôla Mỹ chia làm hai đợt 40 + 60), mà thu hồi vốn nhanh (từ đến năm, nhiều năm), với mức lợi nhuận tương đối cao (cứ tính khoảng 10% lúc nước tư 50%) - Ta có đủ điều kiện để làm việc này, kể vốn, sở vật chất, kỹ thuật, phương tiện, công nghệ, cán bộ, kiến thức không cần phải bổ sung Nếu chọn nhóm cán quản lý tốt, nhiệt tình, động, đạt tín nhiệm động viên vốn dân khơng khó Mục đích nghiên cứu Xuất phát từ lý đề tài: “Tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum” Được thực nhằm nghiên cứu rõ phương pháp sản xuất penicillin thơng qua q trình nhân giống nấm Penicillium chrysogenum Sau áp dụng vào sản xuất cơng nghiệp tạo thành phẩm sử dụng Ngồi liên tục cải tạo quy trình, tạo sản phẩm tốt hơn, giảm thiểu nguy kháng thuốc tác dụng phụ trình sử dụng SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Phương pháp nghiên cứu - Dựa theo quy trình nhân giống ni nấm mốc Penicillium chrysogenum từ nghiên cứu q trình tạo penicillin Dựa vào số liệu thực tế q trình nghiên cứu đưa kết luận xác Thông qua lịch sử phát triển thuốc kháng sinh, thơng qua chế sinh hóa, thành phần hóa học, quy trình sản xuất, ngồi tham khảo thêm số tài liệu thực tế - Thông qua việc phân loại chủng Penicillin Sự khác giống nấm Penicillium chrysogenum nuôi môi trường khác nhau, điều kiện khác để so sánh rút kết luận tốt - Nghiên cứu dự báo vị trí phát triển loại kháng sinh tương lai dài để có chiến lược sát kháng sinh học điều trị học - Ðặt toàn vấn đề kháng sinh vào chiến lược sản xuất dược phẩm nằm chiến lược phòng chống bệnh tật cho nhân dân Kết đạt đề tài Đề tài nêu quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum, nắm quy tắc nuôi cấy nấm Penicillium chrysogenum Chỉ rõ số liệu dựa thực tế để nắm rõ trình sản xuất Đưa phương pháp nhân giống lên men nấm để thu Penicillin nói rõ q trình tổng quan sản xuất, nêu ưu khuyết điểm q trình, rõ chế sinh hóa, thành phần hóa học chế tác dụng, hoạt tính kháng sinh hiệu kinh tế SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Kết cấu khóa luận tốt nghiệp Kết cấu khóa luận bao gồm phần chính: PHẦN I: LỜI MỞ ĐẦU PHẦN II: NỘI DUNG (Bao gồm chương): Chương I : Đại cương thuốc kháng sinh Chương II: Đại cương kháng sinh Penicillin Chương III: Quy trình sản xuất Penicillin cơng nghiệp từ nấm Penicillium chrysogenum PHẦN III: KẾT LUẬN PHẦN II: NỘI DUNG SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ THUỐC KHÁNG SINH 1.1 Giới thiệu chất kháng sinh Sự phát triển vi sinh vật học nói chung, vi sinh vật cơng nghiệp nói riêng, với bước ngoặc lịch sử phát minh vĩ đại chất kháng sinh Alexander Fleming (1982) mở kỷ nguyên y học: khai sinh ngành công nghệ sản xuất chất kháng sinh ứng dụng thuốc kháng sinh vào điều trị cho người Thuật ngữ" chất kháng sinh" lần Pasteur Joubert (1877) sử dụng để mô tả tượng kìm hãm khả gây bệnh vi khuẩn Bacillus anthracis động vật nhiễm bệnh tiêm vào động vật số loại vi khuẩn hiếu khí lành tính khác Babes (1885) nêu định nghĩa hoạt tính kháng khuẩn chủng đặc tính tổng hợp hợp chất hố học có hoạt tính kìm hãm chủng đối kháng Nicolle (1907) người phát hoạt tính kháng khuẩn Bacillus subtilis có liên quan đến trình hình thành bào tử loại trực khuẩn Gratia đồng nghiệp (1925) tách từ nấm mốc chế phẩm sử dụng để điều trị hiệu bệnh truyền nhiễm da cầu khuẩn Mặc dù vậy, thực tế tới năm 1929 thuật ngữ " Chất kháng sinh" Alexander Fleming mơ tả cách đầy đủ thức báo cáo chi tiết penicillin Thập kỷ 40 50 kỷ XX ghi nhận bước tiến vượt bậc ngành công nghệ sản xuất kháng sinh non trẻ, với hàng loạt kiện : - Khám phá hàng loạt Chất kháng sinh, thí dụ Griseofulvin (1939), gramicidin S (1942) , Streptomycin (1943), bacitracin (1945), cloramphenicol polymicin (1947), clotetracyclin Cephalosporin (1948), neomycin (1949), oxytetracyclin nystatin (1950), erythromycin (1952), cycloserin (1954), SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM amphotericin B Vancomycin (1956), metronidazol, kanamycin rifamycin (1957) - Áp dụng phối hợp kỹ thuật tuyển chọn tạo giống tiên tiến (đặc biệt kỹ thuật gây đột biến, kỹ thuật dung hợp tế bào, kỹ thuật tái tổ hợp gen ) tạo biến chủng cơng nghiệp có lực "siêu tổng hợp" chất kháng sinh cao gấp hàng ngàn vạn lần chủng ban đầu - Triển khai thành công cơng nghệ lên men chìm quy mơ sản xuất cơng nghiệp để sản xuất Penicillin G (1942) việc hoàn thiện công nghệ lên men sản phẩm khác - Việc phát hiện, tinh chế sử dụng axit - aminopenicillanic (6-APA, 1959) làm nguyên liệu để sản xuất chất kháng sinh penicilin bán tổng hợp cho phép tạo hàng loạt dẫn xuất penicilin số kháng sinh β - lactam bán tổng hợp khác 1.2 Định nghĩa chất kháng sinh Kháng sinh chất có nguồn gốc vi sinh vật, bán tổng hợp hay tổng hợp Với liều điều trị kháng sinh có tác dụng kìm hãm tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh nồng độ thấp Một số kháng sinh có tác dụng ngăn cản phát triển tế bào ung thư So với thuốc sát khuẩn, thuốc kháng sinh độc với thể kháng sinh có khả ức chế chọn lọc số khâu trình phát triển vi khuẩn gây bệnh Tuy nhiên kháng sinh chất vô hại thể, số kháng sinh gây độc với gan thận , hệ thống tạo máu gây rối loạn tiêu hóa… 1.3 Đơn vị đo kháng sinh Năng lực tích tụ kháng sinh chủng hay nồng độ chất kháng sinh thường biểu thị đơn vị : mg/ml,µg/ml, hay đơn vị kháng sinh UI/ml (hay UI/g, International Unit) Đơn vị kháng sinh định nghĩa lượng kháng sinh tối thiểu pha thể tích quy ước dung dịch có khả ức SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM chế hồn toàn phát triển chủng vi sinh vật kiểm định chọn ; thí dụ, với penicillin số miligam penicillin pha vào 50 ml môi trường sử dụng Staphylococcus aureus 209P làm chủng kiểm định 1.4 Phân loại kháng sinh 1.4.1 Các penicillin Dựa vào nguồn gốc xếp Penicillin vào nhóm : - Penicillin nhóm I :gồm penicillin tự nhiên chiết xuất từ môi trường nuôi cấy nấm Penicillium notatum P chrysogenum Penicillin G Penicillin V Các Penicillin hấp thu nhanh thải trừ khỏi thể nhanh nên thời gian tác dụng ngắn Muốn kéo dài tác dụng phải dùng dẫn xuất chúng procain benzyl Penicillin (kéo dài 24 h) benzathin benzyl Penicillin ( kéo dài tuần ) Các Penicillin chậm dung để tim bắp không tiêm tỉnh mạch - Penicillin nhóm II : Gồm dẫn xuất Penicillin bán tổng hợp có phổ kháng khuẩn hẹp Penicillin G có khả kháng Penicilinase dùng để chữa bệnh nhiễm khuẩn tụ cầu kháng Penicillin nhóm I methycylin, cloxaxilin - Penicilin nhóm III : Gồm Penicillin bán tổng hợp phổ rộng, không kháng Penicilase kháng vi khuẩn Gram (-) mà Penicillin nhóm II tác dụng bền vững môi trường dịch vị nên dùng để uống ampixillin, amoxycilin 1.4.2 Các cephalosporin Gồm hệ I, II, III, IV Thế hệ I, II chủ yếu để điều trị vi khuẩn Gram(+); hệ III, IV chủ yếu để điều trị vi khuẩn Gram(-) SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Các penicillin kết hợp chất ức chế enzyme β-lactamase - Nhóm tetracycline: gồm tetracyclin, doxycyclin - Nhóm chloramphenicol: chlocid, chloramphenicol - Nhóm macrolide: erythromycin, spiramycin , azthromycin, rovamycin - Nhóm lincoxinamid - Nhóm aminoglycosid - Nhóm quinolon 1.4.3 Các Aminosid Có từ nguồn gốc vi sinh, có phổ tác dụng rộng, chủ yếu vi khuẩn Gram(-), theo nguồn gốc vi sinh chia ra: - Thuốc chiết xuất từ nấm Streptomyces: Streptomicin - Dihydrostreptomycin, Kanamycin, Neomycin, Paromomycin, - Thuốc chiết xuất từ Microspora: Gentamicin, Sisimicin, Sau này, thay đổi cấu trúc hợp chất tự nhiên nói trên, người ta thu thuốc bán tổng hợp như: Amikacin, Netilmicin, Dibekacin, 1.4.4 Các Chloramphenicol (hay Phenicol) Nhóm bao gồm kháng sinh: SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM - Chloramphenicol: thường gọi Chlorocid, phân lập từ nấm Streptomyces Venezaclae, sản xuất phương pháp tổng hợp tồn phần Có tác dụng điều trị bệnh thương hàn sốt phát ban Rickettsia (là tác nhân truyền bệnh rận, chấy) - Thiamphenicol: dẫn chất Chloramphenicol, thay gốc Nitro gốc Metylsulfon, dung nạp tốt Chloramphenicol 1.4.5 Các Tetracyclin Các Tetracyclin có hoạt phổ rộng (các vi khuẩn Gram(+) Gram(-), Rickettsia, Xoắn khuẩn, ) Chỉ định điều trị cách kết hợp với kháng sinh khác để điều trị bệnh: Brucella, tả, sốt định kỳ, lậu cầu, giang mai, viêm đường tiêu hoá, sốt rét, 1.4.6 Các nhóm khác - Macrolide - Lincosamid 1.5 Hiện tượng chất kháng thuốc 1.5.1 Hiện tượng kháng thuốc Hiện tượng mầm bệnh cịn sống sót sau điều trị kháng sinh gọi tượng kháng thuốc (trên phương diện kiểm nghiệm), vi sinh vật gây bệnh coi kháng thuốc nồng độ MIC chất kháng sinh kiểm nghiệm in vitro đối tượng cao nồng độ điều trị tối đa cho phép bệnh nhân 1.5.2 Nguyên nhân tượng kháng thuốc - Việc sử dụng loại kháng sinh kéo dài lạm dụng thuốc kháng sinh (tuỳ tiện sử dụng thuốc không liều lượng, không định không đủ SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM thời gian cần thiết) vơ tình tạo ưu phát triển cạnh tranh cho chủng vi sinh vật có khả kháng thuốc - Xu sử dụng tuỳ tiện chất kháng sinh chăn nuôi, đặc biệt bổ sung vào chế biến thức ăn gia súc, gia cầm nuôi lấy thịt, trứng, sữa Khi đó, ngồi tác dụng có lợi dự kiến, chất kháng sinh bổ sung tạo môi trường phát triển chọn lọc cho chủng mang yếu tố kháng thuốc R động vật nuôi Khi sử dụng thịt, trứng, sữa chúng làm nguyên liệu chế biến, chủng kháng thuốc kéo theo vào sản phẩm thực phẩm Kết người tiêu dùng sử dụng thực phẩm này, mặt họ phải tiếp nhận phần dư lượng kháng sinh sản phẩm; mặt khác, nguy hiểm loại vi sinh vật kháng thuốc sản phẩm thực phẩm thuộc nhóm có ưu tồn tại, phát triển cao 1.5.3 Cách khắc phục Khắc phục tượng kháng thuốc vi sinh vật gây bệnh: giải pháp trực quan đơn giản sử dụng dạng kháng sinh Tuy nhiên, việc tìm kiếm, phát sản xuất kháng sinh khối lượng công việc khổng lồ, tiêu tốn nhiều thời gian, nhân lực tiền bạc Trước hết cần triệt để tôn trọng ba nguyên tắc sử dụng thuốc kháng sinh là: - Chỉ định điều trị kháng sinh (làm kháng sinh đồ để chọn kháng sinh thích hợp để định điều trị; dùng thuốc liều, phác đồ, đủ thời gian điều trị; ý phát sớm dấu hiệu kháng thuốc); - Không lạm dụng kháng sinh chưa cần thiết (khơng lạm dụng "điều trị phịng ngừa" thuốc kháng sinh, nghiêm cấm bệnh nhân tự định điều trị thuốc kháng sinh thay bác sĩ) - Nghiêm cấm sử dụng tràn lan chất kháng sinh chăn nuôi giám sát SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 10 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM 3.3.2.2 Kỹ thuật lên men chìm Kỹ thuật len men chìm kỹ thuật áp dụng hầu hết cở sản xuất penicillin công nghiệp hiên thường vận hành theo phương pháp lên men bán liên tục, gồm phương án lên men gián đoạn theo mẻ có bổ sung liên tục (hay bán liên tục) hay vài cấu tử kết hợp với phương án tuần hoàn lại phần hệ sợi mẻ lên men trước (hoặc khơng) Trong q trình lên men chìm người ta nhân giống mơi trường lỏng Mục đích q trình nhân giống thu nhận số lượng tế bào cao ( thường tính tổng lượng tế bào/ml)  Quá trình nhân giống :được bắt đầu việc chuyển giống từ ống nghiệm sang bình tam giác chứa sẵn mơi trường nhân giống Người ta thường nhân giống vào bình lên men dung tích từ lít hàng ngàn lít Nhiệt độ trình nhân giống trì khoảng 26 ± oC thời gian nhân giống cấp độ khoảng 72 Người ta thường nhân giống penicillium mơi trường có thành phần sau: Bảng 3.2: Thành phần môi trường nhân giống Penicillium Cao ngô Sunfat 2% Glucose 0.025% sunfat natri magiê 2% 0.05% lactose Kaliphotphat 0.5% 0.2% Nitrat 0.125 amon % CaCO3 0.5% monoboric Trong công nghiệp sản xuất kháng sinh nay, thường dùng chủng biến đổi gen Công nghệ biến đổi gen tạo chủng siêu tổng hợp SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 41 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM kháng sinh Theo Talaro (1993), từ chủng Penicillin chrysogenum có khả sinh tổng hợp 6mg/l, người ta có chủng biến đổi gen từ chủng gốc có khả sinh tổng hợp 85000ng/l penicillin  Q trình lên men: Q trình lên men mơi trường lỏng phương pháp lên men chìm để sản xuất penicillin vận hành theo phương pháp lên men hai pha: - Pha thứ nhất: nuôi thu sinh khối khoảng – ngày Trong pha hệ sợi phát triển mạnh chất dinh dưỡng dễ đồng hóa tế bào hấp thụ mạnh, tốc độ sinh sản nấm xảy nhanh, tạo thành penicillin bắt đầu - Pha thứ hai: lên mên thu sản phẩm Ở pha hệ sợi phát triển chậm lại, pH tăng dần đạt đến giá trị khoảng – 7,5 Trong pha penicillin tạo thành với mức độ cực đại Trong hầu hết trường hợp, lên men, người ta thay phần lớn (hoặc hoàn toàn) đường lactose đường glucose Lượng glucose bổ sung liên tục hay bán liên tục phải giám sát chặt chẽ nồng độ glucose suốt trình vận hành pha để trì nồng độ glucose ln mức thích hợp nhằm vừa giữ khối lượng hệ sợi ổn định, vừa đảm bảo sinh tổng hợp nhiều penicillin Trong thực tiễn, để tránh xảy thiếu hụt thời glucose , người ta kết hợp bổ sung lượng nhỏ đường lactose (khi đó, chưa bổ sung kịp glucose nấm mốc tự điều chỉnh để sử dụng đường lactose nên không xảy tượng tự phân hệ sợi) Ngoài nguồn nitơ nước chiết ngô, người ta thường sử dụng phối hợp (NH4)2SO4 để vừa cung cấp thức ăn N S, vừa sử dụng để điều chỉnh pH SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 42 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM trình lên men (pH dịch len men ban đầu thường điều chỉnh khoảng pH = 6,5 – 6,8 dung dịch NaOH H 3PO4); nồng độ NH4 + thường khống chế khoảng 0,3 – 0,4 kg/m3 dịch lên men Chất phá bọt thường sử dụng loại dầu béo như: mỡ lợn, dầu đậu tương, dầu vừng, dầu cám…Tiền chất tạo nhánh phenylacetic lên men sản xuất penicillin G (hoặc phenooxyacetic lên men sản xuất penicillin V) bổ sung liên tục (hoặc bổ sung gián đoạn làm nhiều lần) suốt thời gian pha lên men penicillin, để trì nồng độ khoảng 0,1 – 1,0 kg/m dịch (nếu nấm mốc tổng hợp đồng thời nhiều penicillin khác, nhiều gây độc cho nấm tăng cường thúc đẩy q trình hydroxyl hóa sản phẩm penicillin) Nhiệt độ lên men pha đầu khống chế 30 oC, sau sang pha sau giữ 22 – 25oC Tốc độ sục khí khuấy trộn điều chỉnh để trì nồng độ oxy hịa tan dịch khoảng 30% Trong điều kiện thời gian lên men mẻ thường kéo dài khoảng 144 – 180 Kết thúc trình lên men người ta cố gắng lọc sớm dịch lên men, làm lạnh chuyển sang cơng đoạn trích ly tinh chế thu penicillin Bảng 3.3: Thành phần q trình lên men Mơi trường Mơi trường 2.0-2.4 - 2.0-3.0 - 2.0-2.4 STT Thành phần Môi trường 1 Cao ngô Khô hạt có dầu (lạc, đậu tương hứơng dương) Lactose 5.0 5.0 1.0 Glucose hydol 1.0 1.0 1.0 Dầu thực vật 0.5-1.0 0.5-1.0 2.5-3.5 SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 43 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Amon nitrat 0.4 0.4 0.4 Sulfat natri 0.05 0.05 0.05 Kali photphat 0.4 0.4 0.4 Magie sulfat 0.025 0.025 0.25 10 Natri hyposunfit 0.2 0.2 0.2 11 Canxi cacbonat 0.5-1.0 0.5-1.0 0.5-1.0 12 Tiên chất 0.2-0.4 0.3-0.4 0.3-0.4 3.3.2.3 Đặc điểm thiết bị lên men Quá trình lên men sản xuất penicillin ngày chủ yếu tiến hành thiết bị lên men chìm chế tạo nhóm thép chịu ăn mòn CT2 với khuấy trộn kiểu tuốc-bin (gồm nhiều tầng cánh khuấy), kết hợp bố trí hệ vách dẫn dịng thùng) Công suất khuấy trộn tiêu hao thiết kế khoảng 3kW/m 3/h Khơng khí nén vơ khuẩn cấp vào qua hệ ống phân phối kiểu vòng xoáy hay kiểu rẻ quạt đục lỗ lắp đặt sát đáy (hay phía cánh tuốc-bin) Bên thiết bị lắp đặt nhiều tầng ống trao đổi nhiệt kiểu vòng xoắn kết hợp đồng thời với trao đổi nhiệt qua thành thiết bị hai lớp vỏ, đảm bảo điều nhiệt hiệu suốt trình lên men Dung tích thiết bị phổ biến khoảng 150 – 300m 3, hệ số đổ đầy thường chọn khoảng 80%V (phụ thuộc vào kỹ thuật thiết bị phá bọt) Thiết bị nhận sản xuất giống có dung tích khoảng 10%V thiết bị len men, thiết kế tương tự thường ghép cứng với thiết bị lên men Toàn thiết bị lên men sản xuất, thiết bị nhân giống lớn hệ thống trang thiết bị phụ trợ thiết kế lắp đặt đảm bảo SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 44 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM vệ sinh thao tác vận hành theo chế độ vô khuẩn cao (tốt nên bố trí cho có thểíap dụng chế độ trùng đồng thời cho toàn hệ thiết bị này) Các thông số kiểm tra trình lên men bao gồm: pH mơi trường, nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, hàm lượng sinh khối tốc độ biến thiên lượng sinh khối, số lượng, kích thước cấu trúc pellet, nồng độ cấu tử chất, nồng độ penicillin, thành phần khí thải tiêu kiểm tra vi sinh vật Việc giám sát điều chỉnh trình lên men xây dựng sở khai thác hai kiểu tương tác trực tuyến (online control) tương tác không phản hồi theo quy luật (offline control), phụ thuộc vào khả đáp ứng hệ thiết bị có Đồng thời xu hướng máy tính hóa kiểm tra giám sát trình lên men dần chiếm ưu sản xuất cơng nghiệp Hình 3.7 Sơ đồ hệ lên men dùng cho sản xuất penicillin 3.3.3 Hiệu kinh tế chung trình lên men Năng lực sinh tổng hợp tích tụ penicillin dịch lên men kết mối tương tác đồng thời hàng loạt yếu tố công nghệ như: hoạt tính sinh tổng SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 45 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM hợp chúng, công nghệ lên men áp dụng, chất lượng nguyên liệu, đặc tính thiết bị lực đáp ứng yêu cầu công nghệ thiết bị, chế độ giám sát điều chỉnh thông số công nghệ, lực kỹ vận hành cơng nhân Với nguồn chất glucoza lên men theo phương pháp chìm, hệ số phân bổ nguyên liệu dự tính khoảng 25% glucoza nấm mốc sử dụng để tổng hợp hệ sợi, 65% đường sử dụng để trì sống sót hệ sợi, lại khoảng 10% nấm mốc sử dụng để tổng hợp penicillin Hệ số sử dụng thức ăn nitơ lưu huỳnh để tổng hợp penicillin tương ứng 20% 80% Nồng độ penicillin G dịch lên men năm 80 - 90 kỷ XX đạt khoảng 80.000 UI/ml (tương ứng suất khoảng 40 - 50 kg penicillin G/ m dịch lên men) 3.4 Xử lý dịch lên men tinh chế thu penicillin tự nhiên Có ba phương pháp thu nhận tinh chế penicillin từ môi trường nuôi cấy, là: - Trích ly dung mơi hữu - Hấp phụ - Trao đổi ion Trong ba phương pháp phương pháp trích ly dung môi hữu sử dụng nhiều phương pháp dựa ưu điểm sau: - Muối penicillin dễ tan nước - Acid penicillic dễ tan dung môi hữu Công đoạn xử lý dịch lên men tinh chế thu penicillin tự nhiên tóm tắt sơ đồ hình 3.8 , bao gồm cơng đoạn sau đây: SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 46 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Hình 3.8 Sơ đồ tóm tắt cơng đoạn xử lý dịch lên men thu penicillin tự nhiên SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 47 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM  Sơ đồ khối q trình xử lí dịch lên men : SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 48 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM 3.4.1 Lọc dịch lên men 3.4.1.1 Mục đích SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 49 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Penicillin sản phẩm lên men ngoại bào Vì vậy, sau kết thúc trình lên men người ta thường tiến hành lọc để giảm tổn hao phân huỷ penicillin giảm bớt khó khăn tinh chế, tạp chất tạo hệ sợi nấm tự phân 3.4.1.2 Thiết bị lọc Phổ biến thiết bị lọc hút kiểu băng tải kiểu thùng quay Thông thường, người ta cần lọc lần làm lạnh dịch để chuyển sang công đoạn Chỉ trường hợp đặc biệt cần phải xử lý kết tủa phần protein lọc lại dịch lần thứ hai Hiện tượng tự phân hệ sợi nấm thường kéo theo hậu làm cho dịch khó lọc 3.4.1.3 Thu hồi sinh khối nấm Phần sinh khối nấm rửa sạch, sấy khô sử dụng để chế biến thức ăn gia súc 3.4.2 Trích ly Penicillin thường trích ly dạng axít khỏi dịch lọc dung môi amylacetat butylacetat pH = 2,0 - 2,5, nhiệt độ - 0C Nhằm hạn chế lượng penicillin bị phân huỷ, q trình trích ly thực thời gian ngắn thiết bị trích ly ngược dịng liên tục kiểu ly tâm nhiều tầng cánh Đồng thời, thời gian trích ly cần giám sát chặt chẽ thông số công nghệ như: nhiệt độ pH, độ vô khuẩn để hạn chế tổn thất phân huỷ penicillin Dịch lên men sau lọc bơm trộn đồng thời với dung dịch H 2SO4 H3PO4 lỗng có bổ sung thêm chất chống tạo nhũ bơm song song với dung SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 50 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM mơi trích ly vào thiết bị Tỉ lệ dịch lọc: dung môi thường chọn khoảng - 10V dịch lọc /1V dung môi Trong số công nghệ, nhằm cải thiện chất lượng sản phẩm, người ta áp dụng phương pháp trích ly hai lần dung mơi, với lần đầu trích ly penicillin amylacetat butylacetat; penicillin lại trích ly ngược sang dung dịch đệm pH = 7,2 - 7,5, thường dung dịch KOH lỗng dung dịch NaHCO3; sau penicillin lại trích ly sang dung mơi lần thứ 2, với lượng dung mơi Hình 3.9 Sơ đồ cơng nghệ trích ly lần dung mơi tinh chế Penicillin 3.4.3 Tẩy màu SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 51 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Để tẩy màu loại bỏ số tạp chất khác, người ta thường bổ sung trực tiếp chất hấp phụ vào dung mơi chứa penicillin sau trích ly, sử dụng phổ biến than hoạt tính Sau than hoạt tính tách rửa lại sử dụng thiết bị lọc hút băng tải thiết bị lọc hút kiểu thùng quay Phần than sau lọc đưa chưng thu hồi dung mơi xử lý hồn nguyên, phục vụ cho mẻ sau 3.4.4 Kết tinh, lọc, rửa, sấy thu penicillin tự nhiên Việc kết tinh penicillin V hay penicillin G dạng muối thực đơn giản, cách bổ sung trực tiếp vào dung môi sau tẩy màu lượng nhỏ kali acetat (hay natri acetat) người ta trích ly lại sang dung dịch KOH lỗng (hay NaOH lỗng), tiến hành chân khơng nhiệt độ thấp, sau bổ sung BuOH để penicillin tự kết tinh Các thơng số cơng nghệ có ảnh hưởng lớn đến hiệu qủa kết tinh : nồng độ penicillin, nồng độ muối acetat, pH dung môi hay pH dung dịch cô đặc, nhiệt độ kết tinh Sau kết tinh, tinh thể penicillin lọc tách máy lọc hút thùng quay Để đảm bảo độ tinh khiết cao hơn, tiến hành hịa tan kết tinh lại penicillin Khi sản phẩm đạt độ tinh theo yêu cầu, thường độ tinh khiết không 99,5%, chúng lọc tánh tinh thể; rửa làm khô sơ dung môi kỵ nước izopropanol hay butylalcohl; hút chân không tách dung môi máy lọc băng tải sấy khơng khí nóng đến dạng sản phẩm bột muối penicillin Sản phẩm này, phần sử dụng trực tiếp để pha chế thuốc kháng sinh penicillin; lại, phần lớn sử dụng làm nguyên liệu phục vụ cho việc sản xuất sản phẩm penicillin cephalosporin bán tổng hợp khác SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 52 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Ngồi ra, để sản xuất sản phẩm penicillin có độ tinh khiết cao, người ta cần phải sử dụng phối hợp thêm số giải pháp công nghệ khác PHẦN III: KẾT LUẬN SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Kết luận Page 53 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Penicillin lọai kháng sinh dùng để điều trị viêm nhiễm người Khám phá penicillin từ phát tình cờ có ý nghĩa to lớn nhân lọai Penicillin thải nhanh người bệnh nhân có chức thận bình thường, đưa vào thể qua đường tỉnh mạch bệnh nhân bị nhiễm trùng nặng tác dụng ngược quan trọng phổ biến Penicillin dị ứng Hiện tượng vi khuẩn lờn kháng sinh ngày phổ biến nước, trở nên trầm trọng nơi không hạn chế lạm dụng Do đó, khơng ngừng phải đổi kháng sinh điều trị, ln ln cần có kháng sinh thuộc hệ mới, khoảng cách hai hệ rút ngắn dần Mỗi lần cho hệ đời, công nghệ cần chuyển đổi, phức tạp, đòi hỏi đầu tư bổ sung, làm cho giá thành sản phẩm bị nâng cao, kháng sinh đắt Trong năm gần đây, hai nước mở rộng đẩy mạnh công nghệ lên men sản xuất Penicillin, làm cho nguồn cung cấp thừa thải, giá thành giá bán giảm liên tục: Trung Quốc Ấn Ðộ, hai nước có khả tự túc ngơ làm mơi trường qui mơ lớn Ðo đó, nước có truyền thống vào sản xuất kháng sinh tổng hợp thấy nhập Penicillin thô làm nguyên liệu ban đầu kinh tế tự sản xuất Ðó chưa kể chi phí để giữ mơi trường khơng ô nhiễm lại lớn SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Kiến nghị Page 54 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Penicillin thông thường sản xuất phương pháp lên men chìm ưa khí chiết xuất độ pH thấp từ dịch lên men sử dụng butyl axetat kerosen Do tính khơng ổn định penicillin độ pH thấp, quy trình chiết xuất cần thực nhiệt độ thấp, song có tới 10-15% sản phẩm bị thất sử dụng quy trình Ngồi suất tương đối thấp, phương pháp sản xuất truyền thống có chi phí cao, tiêu thụ nhiều lượng để thu hồi butyl axetat từ chất – quy trình địi hỏi nhiều cơng đoạn Quy trình nghiên cứu nhằm tìm phương pháp khắc phục trình thất q trình lên men giảm bớt chi phí Ngồi tình trạng kháng thuốc vi sinh vật gây bệnh ngày cao, mối hiểm họa lớn sức khỏe cộng đồng Thông qua đề tài này, tơi mong có thêm nhiều đề tài nghiên cứu sâu lĩnh vực thuốc kháng sinh để nâng cao hoạt lực kháng khuẩn đặc biệt cách khắc phục tượng kháng thuốc vi sinh vật SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 55 ... QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM  Sơ đồ khối trình xử lí dịch lên men : SV:NGUYỂN PHAN CAO PHI Page 48 TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM. .. Page TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT PENICILLIN TỪ NẤM PENICILLIUM CHRYSOGENUM Phương pháp nghiên cứu - Dựa theo quy trình nhân giống ni nấm mốc Penicillium chrysogenum từ nghiên cứu q trình tạo penicillin. .. cứu Xuất phát từ lý đề tài: ? ?Tổng quan quy trình sản xuất Penicillin từ nấm Penicillium chrysogenum” Được thực nhằm nghiên cứu rõ phương pháp sản xuất penicillin thơng qua q trình nhân giống nấm