青霉素生产过程的安全体系

20世纪40年代以前，人类一直未能掌握一直高效治疗细菌性感染副作用小的药物，当时若某人患了肺结核，那么就意味着些人不久就会离开人世。为了改变这种局面，科研人员进行了长期探索，然而在这方面所得到的突破性发展却源自一个意味发现。

它的研制成功大大增强了人类抵抗细菌性感染的能力，带动了抗生素家族的诞生。它的出现开创了用抗生素治疗疾病的新纪元。通过数十年的完善，青霉素针剂和口服青霉素已能分别治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等病。继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等抗生素不断产生，增强了人类治疗传染性疾病的能力。但与此同时，部分病菌的抗药性也在逐渐增强。为了解决这一问题，科研人员目前正在开发药效更强的抗生素，探索如何阻止病菌获得抵抗基因，并以植物为原料开发抗菌类药物。

一.青霉素类发展现状

（一）青霉素生产现状

发酵过程是制药企业和化工业企业的重要环节，同时也是一个非常复杂的生物化学过程，随着企业生产规模的逐步扩大，对生产过程自动化各项指标的要求愈来愈高，控制方案也向着更加复杂，更加高级的方向发展，这些都是它的自动化带来一定的难度，传统的控制方法已经满足这种现代化大生产要求。

(二) 2008-2009年发展前景

2008年，我国对印度出口6-APA共计3518吨，金额为1.19亿美元。然而，由于青霉素工业盐多次遭遇来自印度方面的“两反一保”，中国企业已经大部分转战6-APA。2008年我国对印度出口的6-APA中约有1700多吨实际为在华外资企业定向生产出口所为，实际所涉中国企业较少，可以说，保障措施调查即使发展到立案，对生产6-APA的中国企业影响也不是很大。目前我国生产6-APA的产能大户基本焦聚在外资及合资企业身上，印度阿拉宾度制药有限公司在华独资的大型医药原料药生产企业——阿拉宾度（大同）生物制药有限公司具有年产3500吨青霉素工业盐并转化为1500吨6-APA的生产线，汇同张家口帝哈制药，两者合计占据了我国向印度出口6-APA总额的32%以上。目前青霉素工业盐产业链已经呈现出高度集中的态势。据中国化学制药工业学会的数据显示，2003年，我国青霉素工业盐的生产总量已经达到23500吨，6-APA的产量为4075吨，2008年6-APA产能增长率达37.24%，主要来源于上述两个在华定点生产外资大户的贡献。目前6-APA价格已经“低得不能再低”，如果继青霉素工业盐之后，其下游产品6-APA和7-ADCA亦持续频繁遭遇“两反一保”，将会进一步助推企业向更高价格的下游产品进一步延伸，从而加剧阿莫西林原料药等品种的竞争态势。从产业链的角度看，毫无疑问，在高技术和高价值优势结合的下游产品市场, 未来将全面燃起竞争火线。

2009年上半年，青霉素家族出口呈现“上冷下热”的局面。上半年，青霉素工业盐出口大幅下降，出口成交数量下降了43%，价格缩水24%。而与之形成鲜明对比的是，其下游产品如6-APA、阿莫西林、氨苄西林、7-ADCA等却有较明显的出口放量。如将6-APA 3300吨的出口量进行折算，将得到约合6600吨的青霉素工业盐，由此可见，青霉素工业盐的总量并没有减少，而是由下游产品分流了其出口量。由此可见，目前青霉素产业链的价值重心已转移到下游产品，从而带来了中国青霉素产业结构的较大调整。分析造成青霉素工业盐出口萎缩的原因，主要在于其重要生产企业河南华星药厂连续3个月减产，使得2009年上半年其自营出口量缩水一半。河南华星的青霉素产品线较为单一，一旦减产，将直接影响到其营业量的下降。可见，在青霉素产业已高度成熟和饱和的情况下，除了市场份额占有率之外，产品链的完善程度也应是考验企业抗风险能力的重要标志。

青霉素近几年总体市场规模增速相对略有放缓。但作为一种基础用药，青霉素安全性高、毒性小的特点已经被广泛认知，随着新型高效、耐酶品种大量进入市场，以及国家新医改政策全面实施所带来市场扩容影响下，预计青霉素抗生素市场在未来几年将以超过12%的速度增长。

二．青霉素类生产工艺

(一)青霉素类生产工艺流程

冷冻干燥孢——琼脂斜面——-米孢子——–种子罐——发酵罐——-过滤——醋酸丁脂提取——-脱水脱色——-结晶——洗涤晶体—-工业盐——菌丝体——综合利用。

1、工艺流程

（1）丝状菌三级发酵工艺

冷冻管（25°C，孢子培养，7天）——斜面母瓶（25°C，孢子培养，7天）——大米孢子（26°C，种子培养56h,1:1.5vvm）——一级种子培养液（27°C，种子培养，24h,1:1.5vvm）——二级种子培养液（27~26°C,发酵,7天,1:0.95vvm）——发酵液。

（2）球状菌二级发酵工艺流程

冷冻管（25°C，孢子培养，6~8天）——亲米（25°C，孢子培养，8~10天）——生产米（28°C，孢子培养，56~60h,1:1.5vvm）——种子培养液（26~25-24°C，发酵，7天，1：0.8vvm）——发酵液。

2、工艺控制

（1）影响发酵产率的因素

基质浓度在分批发酵中，常常因为前期基质量浓度过高，对生物合成酶系产生阻遏（或抑制）或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或抑制 , 苯乙酸的生长抑制）, 而后期基质浓度低限制了菌丝生长和产物合成 , 为了避免这一现象 , 在青霉素发酵中通常采用补料分批操作法 , 即对容易产生阻遏、抑制和限制作用的基质进行缓慢流加以维持一定的最适浓度。这里必须特别注意的是葡萄糖的流加 , 因为即使是超出最适浓度范围较小的波动 , 都将引起严重的阻遏或限制 , 使生物合成速度减慢或停止。目前 , 糖浓度的检测尚难在线进行 , 故葡萄糖的流加不是依据糖浓度控制 , 而是间接根据pH 值、溶氧或 C02 释放率予以调节。

（2）温度青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别 , 但一般认为应在25 °C 左右。温度过高将明显降低发酵产率 , 同时增加葡萄糖的维持消耗 , 降低葡萄糖至青霉素的转化率。对菌丝生长和青霉素合成来说 , 最适温度不是一样的, 一般前者略高于后者, 故有的发酵过程在菌丝生长阶段采用较高的温度，以缩短生长时间, 到达生产阶段后便适当降低温度 , 以利于青霉素的合

（3） pH 值青霉素发酵的最适 pH 值一般认为在 6. 5 左右 , 有时也可以略高或略低一些 , 但应尽量避免 pH 值超过7.0, 因为青霉素在碱性条件下不稳定, 容易加速其水解。在缓冲能力较弱的培养基中, pH 值的变化是葡萄糖流加速度高低的反映。过高的流加速率造成酸性中间产物的积累使 pH 值降低；过低的加糖速率不足以中和蛋白质代谢产生的氨或其他生理碱性物质代谢产生的碱性化合物而引起 pH 值上升。

（4）溶氧对于好氧的青霉素发酵来说 , 溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因素。当溶氧浓度降到 30% 饱和度以下时, 青霉素产率急剧下降, 低于 10% 饱和度时, 则造成不可逆的损害。溶氧浓度过高 , 说明菌丝生长不良或加糖率过低, 造成呼吸强度下降, 同样影响生产能力的发挥。溶氧浓度是氧传递和氧消耗的一个动态平衡点, 而氧消耗与碳能源消耗成正比, 故溶氧浓度也可作为葡萄糖流加控制的一个参考指标。

（5）菌丝浓度发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小, 维持因数越大,呼吸强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率上升, 从而提高临界菌体浓度。

（6）菌丝生长速度用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时，比生产速率与比生长速率成正比, 当比生长速率高于 O. 015h-1时, 比生产速率与比生长速率无关 D 因此, 要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率, 必须使比生长速率不低0.015h-1 。这一比生长速率称为临界比生长速率。对于分批补料发酵的生产阶段来说, 维持0.015h斗的临界比生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍, 这在实际工业生产中是很难实现的。事实上 , 青霉素工业发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得多, 却仍然能达到很高的比生产速率。这是由于工业上采用的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶, 抵消了一部分生长, 故虽然表观比生长速率低, 但真比生产速率却要高一些（7）菌丝形态在长期的菌株改良中 , 青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触, 故一般比生产速率较高；后者则由于发酵液黏度显著降低, 使气-液两相间氧的传递速率大大提高, 从而允许更多的菌丝生长 (即临界菌体浓度较高), 发酵罐体积产率甚至高于前者。

在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持适当大小和松紧 , 并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的剪切强度及比生长速率密切相关。

（二）青霉素类生产方法

天然青霉素

青霉素G生产可分为菌种发酵和提取精制两个步骤：1菌种发酵：将产黄青霉素菌接种到固体培养基上，在25℃下培养7～10天，即可得青霉菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气、搅拌，在27℃下培养24～28h，然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养中，通入无菌空气，搅拌，在27℃下培养7天。在发酵过程中需补入苯乙酸前体及适量的培养基。②提取精制：将青霉素发酵液冷却，过滤。滤液在pH2～2.5的条件下，于萃取机内用醋酸丁酯进行多级逆流萃取，得到丁酯萃取液，转入pH7.0～7.2的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂，经共沸蒸馏即可得青霉素G钾盐。青霉素G钠盐是将青霉素G钾盐通过离子交换树脂（钠型）而制得。

半和成青霉素

6APA是利用微生物产生的青霉素酰化酶裂解青霉素G或V而得到。酶反应一般在40～50℃、pH8～10的条件下进行；近年来，酶固相化技术已应用于6APA生产，简化了裂解工艺过程。6APA也可从青霉素G用化学法来裂解制得，但成本较高。侧链的引入系将相应的有机酸先用氯化剂制成酰氯，然后根据酰氯的稳定性在水或有机溶剂中，以无机或有机碱为缩合剂，与6APA进行酰化反应。缩合反应也可以在裂解液中直接进行而不需分离出6APA。

三．青霉素存在的问题

青霉素在临床上应用长盛不衰，这在药物更替频繁的今天实属罕见。由于该药具有高效、低毒，剂量选择幅度较大等优点，故迄今仍是临床抗感染治疗中，对敏感细菌所致感染的首选药物。鉴于青霉素临床应用的时间较长，受治的病例数又特别多，所以反映出较多的问题，但大部分集中在该药的过敏反应、药效以及临床所忽视的青霉素的不良反应等问题上。当前随着市场的变化，该药使用的不规范、不合理现象较为突出

四．青霉素过敏及急救措施

（一）【过敏】

口服后吸收迅速，约75%－90%可自胃肠道吸收，食物对药物吸收的影响不显著，它的蛋白结合率为17%－20%，血消除半衰退期（t1/2）为1到1.3小时，服药后约24%－33%的给药量在肝内代谢，6小时内46%－68%给药量以原型药自尿排出，尚有部分药物经过胆道排泄，严重肾功能不全患者血清半衰期可延长至7小时。血清透析可清除青霉素，腹膜透析则无清除该品的作用。

青霉素是各类抗生素中毒副作用最小的，因为其作用机理在于破坏细胞壁形成过程和结构，而人体没有细胞壁。青霉素对人体基本没有药理毒性，但大剂量青霉素也可能导致神经系统中毒。青霉素的副作用主要原因在于青霉素的提纯不足，其中的杂质容易使人体过敏。

⒈过敏反应：青霉素过敏反应较常见，在各种药物中居首位。严重的过敏反应为过敏性休克（Ⅰ型变态反应）发生率为0.004%～0.015%，Ⅱ型变态反应为溶血性贫血、药疹、接触性皮炎、间质性肾炎、哮喘发作等，Ⅲ型变态反应即血清病型反应亦较常见，发生率为1%～7%。过敏性休克不及时抢救者，病死率高。因此，一旦发生必须就地抢救，立即给病人肌注0.1%肾上腺素0.5～1ml，必要时以5%葡萄糖或氯化钠注射液稀释作静脉注射，临床表现无改善者，半小时后重复一次。心跳停止者，肾上腺素可作心内注射。同时静脉滴注大剂量肾上腺皮质激素，并补充血容量；血压持久不升者给予多巴胺等血管活性药。亦可考虑采用抗组胺药以减轻荨麻疹。有呼吸困难者予氧气吸入或人工呼吸，喉头水肿明显者应及时作气管切开。青霉素酶应用意义不大。

⒉毒性反应：青霉素毒性反应较少见，肌注区可发生周围神经炎。鞘内注射超过2万单位或静脉滴注大剂量青霉素可引起肌肉阵挛、抽搐、昏迷等反应（青霉素脑病），多见于婴儿、老年人和肾功能减退的病人。青霉素偶可致精神病发作，应用普鲁卡因青霉素后个别病人可出现焦虑、发热、呼吸急促、高血压、心率快、幻觉、抽搐、昏迷等。此反应发生机制不明。

⒊二重感染：用青霉素治疗期间可出现耐青霉素金葡菌、革兰阴性杆菌或白念珠菌感染，念珠菌过度繁殖可使舌苔呈棕色甚至黑色。

⒋高钾血症（低钾血症）与高钠血症：如静脉给予大量青霉素钾时，可发生高钾血症或钾中毒反应。大剂量给予青霉素钠，尤其是对肾功能减退或心功能不全病人，可造成高钠血症。每日给予病人1亿单位青霉素钠后，少数病人可出现低钾血症、代谢性碱中毒和高钠血症。

⒌赫氏反应和治疗矛盾：用青霉素治疗梅毒、钩端螺旋体病或其他感染时可有症状加剧现象，称赫氏反应，系大量病原体被杀灭引起的全身反应。治疗矛盾也见于梅毒病人，系由于治疗后梅毒病灶消失过快，但组织修补较慢，或纤维组织收缩，妨碍器官功能所致。

6.兽医临床上的过敏一般较轻，主要表现为流汗、兴奋、不安、肌肉震颤、呼吸困难、心率加快、站立不稳、有时见荨麻疹、眼睑和面部水肿，阴门和直肠肿胀和无菌性蜂窝织炎、严重时休克甚至死亡。

（二）【原因】

青霉素不稳定，可以分解为青霉噻唑酸和青霉烯酸。前者可聚合成青霉噻唑酸聚合物，与多肽或蛋白质结合成青霉噻唑酸蛋白，为一种速发的过敏源，是产生过敏反应最主要的原因；后者还可与体内半胱氨酸形成迟发性致敏原-青霉烯酸蛋白，与血清病样反应有关。有药物过敏史或者变态反应性患者，在局部用药及长效制剂的时候发生率较高。

临床使用中，应该避免高温、酸碱、以及重金属离子的侵袭。尽量避免使用PH值显酸性的葡萄糖注射液做溶媒，而在使用0.9%的氯化钠做溶媒时，也应该做到现用现配，否则放置时间过长，也会引起青霉素的分解，而致过敏反应的发生。

（三）【急救措施】

⒈立即停药，平卧，就地抢救，采用头低足高位。

⒉皮下注射 0.1% 盐酸肾上腺素 0.5-1 毫升，儿童酌减，每隔半小时可再皮下注射 0.5 毫升，直至脱离危险期，必要时加糖皮质激素或抗组胺药。

⒊心脏停跳者，行心脏胸外按压术或心内注射 0.1% 盐酸肾上腺素 1 毫升。

⒋吸氧，呼吸抑制时口对口人工呼吸，并肌肉注射尼可刹米或山梗菜碱等呼吸中枢兴奋剂。

喉头水肿影响呼吸时行气管切开术。

⒌用氢化考的松 200 毫克，或地塞米松5-10 毫克加入 50%Glucose40 毫升中静脉注射，或加入 5-10%Glucose500 毫升中静滴。

⒍根据病情需要可用血管活性药物如多巴胺，阿拉明等。

⒎纠正酸中毒及组织胺药物的应用。

⒏注意保暖，防止感冒，要做好护理记录，不要搬动。

⒐可针刺入中，内关，印堂，合谷，涌泉等急救穴位。