ĐẠI HỌC BC TƠN ĐỨC THẮNG TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
LỚP 08SH1N
♠♣♥♦
Đề tài:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
CHẤT KHÁNG SINH
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

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
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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.
PHAÀN I
TOÅNG QUAN
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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 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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

Thiết bị làm lạnh và bồn lên men được sử dụng năm 1945
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

GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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.
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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin


Chủng penicillium được nuôi cấy trên đĩa petri
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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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.
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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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
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-NH
3
được tạo thành từ cao ngô do phản ứng khử
amin các hợp chất nitơ. Nấm mốc sử dụng N-NH
3
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.
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

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 (Na
2
S
2
O

3
). 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
Trong tế bào sixtin dễ biến thành sixtein và ngược lại. Sixtein có một ý
nhĩa lớn như một tác nhân khử nhờ nhóm sunfuhydrin ( -SH ).
pH môi trường thích hợp cho penicillium chrysogenum phát triển nằm
trong khoảng 6 - 6.5. Môi trường kiềm hoặc axit hơn đều làm cho mốc phát triển
chậm. Trong quá trình lên men pH môi trường thay đổi tuỳ thuộc vào tốc độ sử
dụng các hợp chất cacbon và N-NH
3
.
III. Một số quá trình tổng hợp penicillin:
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy


www.08sh1n.uni.cc-------------------------------------------Công nghệ sản xuất Penicilin

Sự tổng hợp và biến dưỡng penicillin
GV Hướng dẫn: Nguyễn Thị Cẩm Vy