ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA KHOA HỌC SỰ SỐNG

BÀI GIẢNG:
CÔNG NGHỆ HOÁ SINH
Người soạn: ThS. Trịnh Đình Khá
THÁI NGUYÊN - 2010
CHƯƠNG 1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÁNG SINH VÀ KHÁNG SINH BÁN
TỔNG HỢP
1. ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÁNG SINH
2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÁN SINH PENICILLIN
3. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT β-LACTAM BÁN TỔNG HỢP
1. ĐẠI CƯƠNG VỀ CHẤT KHÁNG SINH
1.1. LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU
Thuật ngữ “chất kháng sinh” lần đầu tiên được Pasteur và Joubert (1877) sử dụng để
mô tả hiện tượng kìm hãm khả năng gây bệnh của vi khuẩn Bacillus anthracis trên
động vật nhiễm bệnh.
Babes (1885) đã nêu ra định nghĩa hoạt tính kháng khuẩn của một chủng là đặc tính
tổng hợp được các hợp chất hoá học có hoạt tính kìm hãm các chủng đối kháng.
Nicolle (1907) là người đầu tiên phát hiện ra hoạt tính kháng khuẩn của Bacillus
subtilis có liên quan đến quá trình hình thành loài bào tử.
Gratia và đồng nghiệp (1925) đã tách từ nấm mốc một chế phẩm có thể sử dụng điều
trị hiệu quả các bệnh truyền nhiễm trên da do cầu khuẩn và ông là người đầu tiên
xây dựng hoàn thiện phương pháp tìm kiếm và phát hiện vi sinh vật sinh tổng hợp
chất kháng sinh trong tự nhiên.
Năm 1929 thuật ngữ “chất kháng sinh” mới được Alexander Fleming mô tả một cách
đầy đủ và chính thức trong báo cáo chi tiết về penicillin
Năm 1931, các nhà khoa học Mỹ đã triển khai lên men thành công penicillin theo phương pháp lên
men bề mặt. Năm 1938 ở Oxford, Ernst Boris Chain và Howara Walter Florey đã tiếp tục triển khai

Penicillin Penicillium chrysogenum Kháng khuẩn
Steptomycin Str. griseus Kháng khuẩn
Tetracyclin Str. aureofaciens Kháng khuẩn
Chloramphenicol Str. venezuela Kháng khuẩn
Oxytetracyclin Str. rimosus Kháng khuẩn
Cephalosporin Cephalosporium acremonium Kháng khuẩn
Actinomycin D Str. antibioticus Kháng ung thư
Bleomycin Str. verticillum Kháng ung thư
Daunorubicin Str. peuceticus Kháng ung thư
Mitomycin C Streptomyces sp. Kháng ung thư
Kanamycin Str. kanamyceticus Kháng khuẩn
Nystatin Str. noursei Kháng nấm
Fumagillin A. fumigatus Kháng protozoa
Griseofulvin P. griseofulvum Kháng nấm
Nistin Streptococcus sp. Bảo quản thực phẩm
Natamycin Streptococcus sp. Bảo quản thực phẩm
Rifamycin Nocardia sp. Kháng lao
Polymycin B Bacillus polymyxa Kháng khuẩn
Gentamycin Micromonospora sp. Kháng khuẩn
1.3. CƠ CHẾ TÁC DỤNG CỦA CHẤT KHÁNG SINH
• Làm rối loạn cấu trúc thành tế bào
• Rối loạn chức năng điều tiết quá trình vận chuyển vật chất qua màng tế bào
chất
• Làm rối loạn hay kiềm toả quá trình sinh tổng hợp protein
• Rối loạn quá trình tổng hợp DNA
• Hoặc tương tác đặc hiệu với những giai đoạn nhất định trong các chuyển
hoá trao đổi chất.
Đánh giá hiệu quả ứng dụng của chất kháng sinh:
• hoạt tính kháng sinh đặc hiệu, phổ kháng sinh
• đáp ứng phản hồi của mầm bệnh đối với kháng sinh đó

• Nguồn nitơ có thể là: bột đậu tương, nước chiết ngô, cao nấm men, nước
chiết nấm men, pepton, các loại muối vô cơ chứa nitơ,
• Các nguyên tố khoáng đa lượng như: P, S, Mg, Fe, Ca, K, Na. Các nguyên tố
vi lượng như: Cu, Zn, Co, Mo, và các chất kích thích sinh trưởng.
• Khai thác hiệu quả tác động của các yếu tố khác trong môi trường
như: nhiệt độ lên men tối ưu, pH, nồng độ oxy, thế oxy hoá - khử,
cường độ sục khí, cường độ khuấy trộn dịch lên men,
1.6. CÁC BƯỚC CƠ BẢN TẠO CHẤT KHÁNG SINH DÙNG TRONG Y HỌC
Bước 1: Phân lập vi sinh vật sinh kháng sinh dưới dạng thuần khiết. Chọn lọc chủng có
hoạt phổ kháng sinh mong muốn. Định tên chủng vi sinh vật tuyển chọn được.
Bước 2: Nuôi cấy vi sinh vật sinh kháng sinh trong thiết bị lên men dung tích từ 5 – 100 lít.
Chiết xuất, tinh chế để thu kháng sinh tinh khiết, xác định cấu trúc hoá học, thử sơ bộ về
độc tính và một vài hằng số lý hoá của kháng sinh tìm được.
Bước 3: Nghiên cứu đặc điểm sinh lý, sinh hoá của vi sinh vật sinh kháng sinh, tìm môi
trường tối ưu để nuôi cấy. Đột biến cải tạo giống bằng kỹ thuật di truyền cổ điển và kỹ
thuật gen để thu được chủng giống có năng suất cao, ổn định.
Bước 4: Nghiên cứu dược lý của kháng sinh tìm được, tác dụng điều trị của kháng sinh
bằng cách gây bệnh thực nghiệm trên động vật thí nghiệm.
Bước 5: Nghiên cứu sản xuất kháng sinh trên qui mô công nghiệp bao gồm: môi trường lên
men, các thông số kỹ thuật của quá trình lên men, phương pháp chiết xuất và tinh chế để
đạt tiêu chuẩn dùng làm thuốc,
Bước 6: Nghiên cứu kinh tế và thị trường
1.7. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÁNG
SINH
• Nghiên cứu sản xuất thêm các chế phẩm bán tổng hợp, mở rộng phổ điều trị và mang lại các
đặc tính ưu việt hơn. Nghiên cứu các hoạt tính mới của kháng sinh như: kháng nấm, kháng
virus, kháng sinh có khả năng kìm hãm sự phát triển của các khối u,
• Hoàn thiện các phương pháp phân lập, tuyển chọn, tạo các biến chủng siêu tổng hợp, điều
chỉnh đường hướng các quá trình trao đổi chất và đường hướng quá trình lên men, áp dụng
các công nghệ tách chiết và tinh chế mới, hoàn thiện và áp dụng các kỹ thuật phân tích hiện

2
- Phenooxymethylpenicillin Penicillin V
CH
3
-CH
2
-CH=CH-CH
2
- 2-pentenylpenicillin Penicillin F
CH
3
-(CH
2
)
4
- n-amylpenicillin Dihydropenicillin F
CH
3
-(CH
2
)
6
- Hepthylpenicillin Penicillin K
HOOC-(NH
2
)CH(CH
2
)
3
-

O
H
2
N CH C
CH
2
OH
O
SH
NH
2
CH
C
CH
OH
O CH
3
CH
3
CH
H
2
N
HOOC
(CH
2
)
3
CONH
N

Phenylacetic acid
Benzylpenicillin
(Penicillin G)
axit aminoadipic
Cystein
Valin
aminoadipyl- cystein - valin
6-APA
(6 amino penicillinic acid)
axit aminoadipic
(
H

í
n
g

1
)
(Híng 2)
H

í
n
g

3
2.3. QUY TRÌNH LÊN MEN SẢN XUẤT PENICILLIN TRONG CÔNG
NGHIỆP
2.3.1. Đặc điểm chung

3
, bổ sung gián đoạn hoặc liên tục trong quá trình lên
men
 Dịch chiết ngô cô đặc 15-50 kg/m
3
 Các khoáng chất
NaNO
3
0-5 kg/m
3
; Na
2
SO
4
0-1 kg/m
3
; CaCO
3
0-10 kg/m
3
; KH
2
PO
4
0-4 kg/m
3
;
MgSO
4
.7H

2.4. XỬ LÝ DỊCH LÊN MEN, TINH CHẾ THU PENICILLIN 2.4.1. Lọc
dịch lên men
• Thông thường, chỉ cần tiến hành lọc một lần trên thiết bị lọc hút kiểu băng tải
hoặc kiểu thùng quay rồi làm lạnh dịch ngay chuyển sang công đoạn tiếp theo.
• Phần sinh khối nấm được rửa sạch, sấy khô và sử dụng để chế biến thức ăn gia
súc.
2.4.2. Trích ly
• Penicillin thường được trích ly ở dạng acid ra khỏi dịch lọc bằng dung môi
amylacetat hoặc butylacetat ở pH=2-2,5; nhiệt độ từ 0-3oC. Quá trình trích
ly được thực hiện trong thời gian rất ngắn. Dịch lọc được bơm trộn đồng
thời với dung dịch H2SO4 hoặc H3PO4 loãng có bổ sung thêm chất chống
tạo nhũ và bơm song song cùng với dung môi vào thiết bị trích ly.
• Tỷ lệ dịch lọc: dung môi thường chọn trong khoảng 4-10V dịch lọc/1V dung
môi.