麦迪霉素

浙江工业大学生物制药工艺课程设计设计题目：生产麦迪霉素产品工艺设计专业年级：生物制药1002姓名：蒋培蓓学号：201018360408指导老师：欧志敏提交日期2013年12月26日2年产100吨麦迪霉素产品工艺设计摘要：本设计以麦迪霉素为产品进行工业化生产设计，由于A1组份不合格，国产麦迪霉素一直被称为麦白霉素。近几年重庆大新实现了麦迪霉素生产技术的突破，重庆大新2000年投产后，年产能约100吨，2004年产量约75吨，较2003年91吨减少19%。故现拟设计100吨/年的产量。采取微生物发酵法生产麦迪霉素，并对产品的工艺设计、车间布置、能源消耗、车间的“三废”处理及综合利用、工程经济等都进行了较为合理地设计，同时进行了主要的工艺计算和工艺设备选型，绘制了物料平衡图、工艺流程图、车间平面布置图等一系列图表。关键词麦迪霉素，微生物发酵，工业化生产，产品工艺设计，车间布置3目录1前言61.1麦迪霉素的理化性质61.2麦迪霉素的用途61.3麦迪霉素的生产技术研究进展72设计任务72.1生产规模72.2产品质量标72.3生产方法72.4主要原料、辅料73产品方案83.1产品名称和性质83.2产品质量和规格83.3产品包装方式84生产方法和工艺流程84.1生产方法和工艺流程84.2发酵生产路线84.2.1生产菌种844.2.2培养基配置84.2.2.1活化培养基84.2.2.2种子培养基94.2.2.3发酵培养基94.2.3培养基灭菌94.2.4培养方法94.2.4.1种子扩大培养94.2.4.2发酵培养94.2.4.3发酵过程各参数104.3工艺流程114.3.1生产工艺流程114.3.3麦迪霉素分离纯化过程115工艺计算125.1物料衡算125.1.1工艺技术指标及基础数据125.1.2发酵车间物料衡算125.2能量恒算145.2.1热量恒算145.2.1.1蒸汽用量恒算145.2.1.2冷却水用量恒算1456主要工艺设备的设计和选型156.1发酵罐的选择156.2种子罐的选择166.3贮罐计算166.4配料罐计算166.4.1发酵罐配料罐166.4.2种子罐配料罐167辅助设备的设计和选型177.1无菌空气制备系统178“三废”治理及综合利用178.1废水的治理178.1.1废水的产生178.1.2废水处理流程188.2噪声污染防治188.3固废污染防治189工厂设计189.1厂址选择189.2工厂平面设计图19参考文献、附录1961.前言麦迪霉素，为16元大环内酯类抗生素，其作用机制、抗菌谱、耐药性皆与红霉素相同。本品对大多数细菌的作用较红霉素略弱，但对革兰阳性菌如金色葡萄球菌、肺炎球菌、溶血性链球菌、表葡萄菌、炭疽杆菌、白喉杆菌等以及某些革兰阴性菌如奈瑟菌等都具有较强的抗菌活性。本品不易诱导细菌产生耐药性。与红霉素有交叉耐药，对多种红霉素耐药菌有效。它是从日本广岛县尾道市土壤中分离的生米卡链霉菌中培养提取的。麦迪霉素作用于50s核糖体亚基，阻碍细菌的蛋白质合成以发挥抗菌作用。它是不诱导葡萄球菌对大环内酯族抗生素耐药性的一种非诱导耐药型抗生素，在脏器内显示高浓度，尤易渗入肺组织及皮肤，故适于呼吸道感染及化脓性皮肤疾患的治疗。1.1麦迪霉素的理化性质中文名称:麦迪霉素英文名称:Midecamycin中文别名:麦地霉素、米地加霉素CAS号:35457-80-8系统命名法：[4R-(4R*,5S*,6S*,7R*,9R*,10R*,11E,13E,16R*)]-6-{[3,6-二脱氧-4-O-(2,6-二脱氧-3-碳-甲基-α-L-核糖-己吡喃糖基)-3-(二甲胺基)-β-D-吡喃葡萄糖基]氧}-4,10-二羟基-5-甲氧基-9,16-二甲基-2-氧代六恶烷-11,13-二烯-7-乙醛的3,4β二丙酸酯性状：白色结晶性粉末,无臭、有苦味分子式:C41H67NO15分子量:813.98密度：1.21g/cm3沸点：874℃at760mmHg闪点：482.4℃水溶性：,易溶于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙酸丁酯等溶剂,极微溶于水,不溶于石油醚及正己烷麦迪霉素的结构式如右图：1.2麦迪霉素的用途麦迪霉素通过作用于细菌核糖体的50S亚基，阻碍细菌蛋白质的合成而发挥作用，为生长期抑菌药。抗菌性能与红霉素相似，对革兰阳性菌和支原体显示很强的抗菌作用，对部分革兰阴性菌如脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌等亦有抗菌作用。麦迪霉素片主要适用于金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、肺炎球菌等所致的呼吸道感染及皮肤、软组织和胆道感染，也可用于支原体肺炎。71.3麦迪霉素的生产技术研究进展国内的麦迪霉素在20世纪80年代末上市后市场发展一直不理想。受产品更新换代加快的影响，麦迪霉素也像乙酰螺旋霉素、麦白霉素等较早期的产品一样，市场销量正在逐步萎缩，市场主要集中在广大的低端农村区域。由于原料药国产能力和质量水平较低，A1组份不合格，国产的麦迪霉素一直被称为麦白霉素。近几年来重庆大新实现了麦迪霉素生产技术的突破，A1组份含量达到了国家药典标准（≥75%）。从SFDA公布的生产批件可以了解到，国内目前具有麦迪霉素原料药生产批件的厂家仅有山东鲁抗和重庆大新，原料药供应渠道较为单一。山东鲁抗1999年以后基本停产，重庆大新2000年投产后，年产能约100吨，2004年产量约75吨，较2003年91吨减少19%。2003年12月，山东鲁抗与日本明治合资成立明治鲁抗医药有限公司，合作生产麦迪霉素原料药，年产量约100吨，2005年上半年投产。据有关报道，国内麦迪霉素原料药需求量约在200吨左右，折合成制剂大约20亿片，相当于乙酰螺旋霉素市场容量的25%。明治鲁抗麦迪霉素达产后，麦迪霉素原料药便基本上能够满足国内市场的需求。明治麦迪霉素原料药的A1组份含量可以达到80%以上，远远高于国内药典标准。2设计任务拟设计100吨/年的产量。采取选育得出的生米加链霉菌生产麦迪霉素，并对产品的生产工艺设计、车间布置、能源消耗、车间的“三废”处理及综合利用、工程经济等都进行较为合理地设计，同时进行主要的工艺计算和工艺设备选型，绘制物料平衡图、工艺流程图、车间平面布置图等一系列图表。2.1生产规模100吨/年2.2产品质量标100吨/年的产量，A1组份含量达到国家药典标准（≥75%）2.3生产方法微生物发酵法2.4主要原料、辅料主要原料：葡萄糖，黄豆饼粉，淀粉，麸皮，胰胨辅料：羟丙基甲基纤维素(HPMC)、FeSO4·7H2O、MnCl2、ZnSO4·7H2O、MgSO4·7H2O、琼脂、CaCO3、KH2PO4、(NH4)2SO4、83产品方案3.1产品名称和性质名称：麦迪霉素片性质：本品为胃溶或肠溶衣片，除去包衣后显白色或类白色。3.2产品质量和规格0.1g*100s3.3产品包装方式100片/瓶4生产方法和工艺流程4.1生产方法和工艺流程摇瓶→发酵→过滤→溶媒萃取→分离→抽提→过滤→脱色→结晶→脱水→烘干→压片→包装4.2发酵生产路线4.2.1生产菌种生产菌种采用选育得出的高产生米加链霉菌。选育过程如下：普通菌体培养———————→原生质体制备——————→原生质体的灭活————→溶菌酶液处理紫外线照射PEG基因组重排—————→高产菌株筛选————————————————→生物效价测摇瓶培养观察其在枯草芽孢杆菌中的抑菌圈定————————→组分的测定——————→筛选出高产菌株HPLC对获得的高产菌株通过连续培养4代，并且进行发酵筛选，如果传代后的产量没有明显下降，表明获得的高产菌株遗传特性稳定，部分用于生产，部分用于保存。4.2.2培养基配制4.2.2.1活化培养基斜面培养：麸皮5%，胰胨0.2%，无机盐溶液0.05%（含FeSO4·7H2O0.1%，MnCl20.1%,ZnSO4·7H2O0.1%），琼脂2%，pH6.8~7.094.2.2.2种子培养基种子培养基：葡萄糖2%，黄豆饼粉2%，CaCO30.3%，KH2PO40.05%，(NH4)2SO40.5%、一级和二级的组成相同，但是一级的在1000ml三角烧瓶中装200—250ml，二级的在50L罐中4.2.2.3发酵培养基发酵培养基：葡萄糖3.5%，黄豆饼粉3%，淀粉2%，CaCO30.3%，KH2PO40.14%，MgSO4·7H2O0.1%，豆油0.5%MM培养基：葡萄糖1%，（NH4）2SO40.3%，KH2PO40.3%，K2HPO40.6%，MgSO4·7H2O0.1%，琼脂2%，蒸馏水配制，葡萄糖单独灭菌。4.2.3培养基灭菌葡萄糖在使用前要先单独灭菌。斜面培养基和种子培养基使用湿热灭菌法，在121℃的条件下灭菌30分钟，之后待培养基冷却后即可使用。发酵培养基使用连消装置进行连续灭菌。连消装置是由配料预热罐、连消塔、维持罐和喷淋冷却组成的灭菌系统：①配料预热罐，将配制好的料液预热到60-70℃，以避免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度过大而产生水汽撞击声；②连消塔，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混和，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126-132）℃；③维持罐，连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的，维持罐的作用是使料液在灭菌温度下保持5-7min，以达到灭菌的目的；④冷却管，从维持罐出来的料液要经过冷却排管进行冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到40-50℃后，输送到预先已经灭菌过的罐内。4.2.4培养方法4.2.4.1种子扩大培养斜面培养：在32℃的保温箱中培养7天一级种子培养（摇瓶培养）：28℃的旋转式摇床40h，230r/min二级种子培养：50L种子罐在28℃的旋转式摇床中培养25h，230r/min4.2.4.2发酵培养发酵罐采用500L规格的，发酵培养基采用300L，待种子培养成功后，倒入发酵罐进行培养并且发酵.104.2.4.3发酵过程中的各参数物理参数：发酵过程中物理参数的测量方法和意义参数名称单位测试方法意义、主要作用温度K传感器维持生长、合成罐压Pa压力表维持正压、增加溶氧空气流量V/V.min传感器供氧、排泄废气、提高KLa搅拌转速R/min传感器物料混合、提高KLa搅拌功率KW传感器反映搅拌情况、KLa粘度Pa.s粘度计反映菌的生长、KLa浊度透光度传感器反映菌的生长情况泡沫传感器反映发酵代谢情况化学参数：发酵过程中化学参数的测量方法和意义参数名称单位测定方法测定意义11酸碱度pH传感器反映菌的代谢情况溶氧mg·kg-1传感器反映氧的供给和消耗情况尾气氧浓度Pa传感器了解耗氧情况氧化还原电位mV传感器反映菌的代谢情况溶解CO2浓度％，饱和度传感器了解CO2对发酵的影响尾气CO2浓度％传感器，红外吸引了解菌的呼吸情况总糖，葡萄糖，蔗糖，淀粉kg·m-3取样了解基质在发酵过程中的变化前体或中间体浓度mg·ml-3取样产物生成情况氨基酸浓度mg·ml-3取样了解氨基酸含量的变化情况矿物盐浓度：Fe2+，Mg2+，Ca2+，Na+，NH4+,PO43-,SO42-mol·L-1取样，离子选择电极了解离子含量对发酵的影响4.3工艺流程4.3.1生产工艺流程菌种的突变及选育——→菌种的活化——→一级种子培养——→二级种子培养——→发酵——→发酵完成后发酵液离心分离去除菌体——→过滤——→溶媒萃取——→分离提取——→过滤——→脱色——→结晶——→脱水——→烘干——→压片4.3.2麦迪霉素的分离纯化过程酸化，过滤提取，离心分离发酵液————————→滤液——————————————→一次BA萃取液——草酸酸化pH2.5-3.0NaOH调pH8.5-9，BA提取2次提取分离静置分离————————→一次酸水提取液——————————————→二次BA———HCl调pH2.0-2.5NaOH调pH8.5-9，用BA提取2次HCl调静置分离去残溶剂结晶——————————→二次酸水——————→———————————→结晶液pH2.0-3.5用蒸馏水提取减压空气搅拌5%NaOH调pH8.5-9.0,40℃搅拌20min洗涤，干燥—————————————————→麦迪霉素粉末