自1980年青霉素半连续发酵工艺研究成功，使青霉素生产获得质的飞跃。因头孢菌素产生菌种子周期长达172小时，而发酵周期只有126±4小时，并且发酵第一阶段，即菌体形成产抗期时间长(约40±5小时)，再受补料量的限制，致使头C发酵工艺发展缓慢。目前，国内外头C生产一直采取补料分批发酵法，迄今为止，关于头C半连续发酵工艺的研究，在国内外还尚未见报道，本文参照皮尔特(Pirt)的理论，在有限的发酵周期内，结合头C生产经验，对头孢菌素C半连续发酵工艺进行了研究，通过改进现行补料工艺，采用补料并定时放料分批发酵(即半连续发酵)，提高了头C的生产速率，使发酵指数和罐批产量有了较大幅度的提高，收到理想效果。
一、材料和方法
1、菌种。顶头孢霉HC－98－1菌株系河北中润公司101车间头C生产菌株。
2、培养基
（1）种子培养基：玉米浆、蔗糖、葡萄糖、DL－蛋氨酸、豆油、CaCO3，pH：6.5－6.6。
（2）发酵培养基：玉米浆、淀粉、糊精、蛋氨酸、葡萄糖、油、CaCO3、MgSO4、(NH4)2SO4、FeSO4、MnSO4、ZnSO4、CuSO4，pH：6.0－6.1。
3、实验方法
（1）降低补料浓度，增大补料量，提高放罐体积。
（2）在发酵过程中，不断补料的同时，每隔一定时间取出一定体积的发酵液。
（3）头孢菌素C含量用HPLC测定，其色谱条件为：色谱柱为C18，4.6×25mm；流动相为乙腈：乙酸钠缓冲液(1:50)，进样量20μl，流速：2.0ml/min，检测波长：254nm。
二、分析结果与讨论
1、改变补料浓度与头C产量的关系
罐批产量 Pc=V放×μ效价
要追求Pc最大化,必须提高放罐体积和发酵单位,放罐体积
Vw=V初＋V补＋V代谢－V蒸发－V取样……A
V初：接后体积
V补：补加油硫铵和氨水体积
V代谢：菌体对基质氧化及产物合成产生的水
V取样：在整个发酵过程中所取的无菌样和测生化样
V蒸发：空气通过发酵液带走的水
其计算公式如下：
We=ρQ×（P－Pw）/P×(Xout－Xin)×T……B
ρ：空气密度(T/M3)
Q：通气量(M3/h)
P：标准大气压
Pw：空气中所含水蒸汽分压
Xout：排气中的湿含量
Xin：对应于Pw的湿含量
T：发酵时间
由上式可见，蒸发量与通气量成正比，与空气密度成正比，与空气湿度成反比，所以蒸发量受季节影响较大，这就要求我们设法改进空气分布，提高溶氧，降低通气量，减少蒸发量。
由蒸发量计算公式和头C生产统计加料量与放罐体积之间的关系找出全年各月份实际蒸发率实验值见表一。不同月份蒸发量与放罐体积对照结果见表二。
表二的放罐体积看到不同季节蒸发量对放罐体积有较大的影响。
增大放罐体积的另一主要途径就量增大补料体积，在头C发酵过程中
V补料=V油＋V氨水＋V硫铵……C
油在头C发酵过程中供能源、菌体碳骨架和参于合成头C分子，它经生化反应产生的水才能增大体积，氨水浓度固定不变只起调PH值，加量较小，硫铵为菌体提供硫原子和氮源，上述三者参加生化反应的综合式为：
C57H104O6＋NH3＋H2SO4＋O2
→C12H21O8N3S＋CO2↑＋H2O
由上式可知头C产量与油和硫铵加量正比的，为此我们结合对C式分析结果把硫铵浓度由原来的22±l％降到13±0.5％其结果如表三。
由表三看到降低硫铵浓度后，放罐体积在同月份情况下，可增大2.35m3，即提高5.17％，从而使罐批产量比原来提高6.63％。
2、定时放料与头C产量的关系
由于硫铵浓度的下降，增大了加料体积，随着发酵时间的延长，发酵罐中发酵液体积和菌丝浓度不断增大，使溶氧不断下降，同时造成罐压升高，空气流量下降，从而打破菌体维持产物合成的平衡，要使菌体处于较高的生产速率，必须使罐内有效体积，菌体生长速率、氧的供需不断地建立一种近似原来的平衡状态，即在不断补料的同时，定时放料，下面是不同时间点带放其罐批产量情况与分批发酵生产情况如表四、表五所示。
由表四的结果表明，以第三组试验方法产量最高，因为大罐接后体积为42.5～43m3，前期补料较少，设定蒸发量在整个发酵过程中恒定不变，到65小时V补≈V蒸发，而效价以恒定的生产速率增长是从75小时开始，可持续到110小时，此时发酵体积为43.5～46.5m3，并且罐内有效体积在44～45m3时，单位增长最快，由于人为降低硫铵浓度，增大补料量，94小时罐内体积已达到46m3以上，单位达到13000～14000u/ml，为使其以恒定生产速率生长，必须使罐内体积恢复到44.5m3左右，故94小时带放最佳，这与表四试验结果相一致。
由表五结果可见，通过半连续发酵，菌体的平均生产速率比一般的补料分批发酵提高9.45％，从而使罐批产量增大，主要是由于中间带放使菌体代谢尽可能处于原有的平衡状态，同时增加了稀释的承受能力，使菌体比生产速率增加，相应地增加了比生产速率及生产速率。
3、在半连续发酵中补料与带放量的关系
因空气湿度受季节影响导致蒸发量相差较大，为确保全年各月份产量均衡，首先保证放罐体积相同即保证带放体积相等。
V带放=(V油＋VNS＋V氨水＋V代)×(1－η)……D
η：蒸发率
无论在那个季节油及氨水浓度不变，菌体合成代谢形成的水不变，那么各月份的加油量、氨水和代谢水可近似相等，设这常数为Vk，则不同月份每批硫铵加量为：
VNS=〖V带－VK（1－η）〗/（1－η）
如果各月份每批带放相同的体积，则根据各月份的蒸发率来调整硫铵的浓度即可。
4、半连续发酵对头C发酵液质量的影响
由表六结果表明，半连续发酵DCPC/CPC杂质含量，较批发酵下降了10.54％，这是由于：
1批发酵到90小时后因体积增大，为防止逃液，被迫升高罐压，降低空气流量，造成气泡体积减小，从而缩小了气泡与液体的接触面积，不利于氧的传递，通过带放使罐压和通气量恢复原来状态，增大氧传递速度。
2因批发酵后期液面高，增大加油率，结果不仅增大发酵液表观粘度，使通气效率下降，而且，过多的油会聚集在菌体表面，减少气泡与菌体的接触面积，降低氧传递速率，因油具消泡作用，故减少气—液界面以及气—液接触时间，从而降低通气效率，通过带放降低了罐内体积和罐压，加油率下降，铲除上述因素导致氧的利用率下降。
3在批发酵后期，由于氧传递受阻，造成菌体内部合成产物的氧比消耗速率Q02P
甲硫氨酸明显刺激顶头孢产生头孢菌素C。曾经提出许多假设来解释这种现象，所积累的证据有力地证明甲硫氨酸是通过诱导生物合成途径的酶如：δ－（L－α－氨基己二酰）－L－半胱氨酰－D－缬氨酸合成酶、异青霉素N合成酶和脱乙酰氧头孢菌素C合成酶而产生刺激作用。由于发现在含甲硫氨酸培养基中培养物编码以上各种酶的基因的转录明显增强。
7-ACA是通过头孢菌素C裂解而成。
一、通过头孢菌发酵得到头孢菌素C（豆油是发酵过程中的培养基成分之一，而市场上不法企业生产的7-ACA掺有地沟油成分的豆油，就是用在这个步骤）
二、按裂解方法的不同分为化学法与酶法获得粗品。化学反应裂解头孢菌素C锌盐（或钠盐）生产7-ACA，这种反应需要在极端的条件下进行（例如超低温），而且还使用大量的有毒有害的化学物品，给环境和人体健康带来很大的危害。酶法生产的7-ACA不含溶剂和重金属、质量高，生产占地面积小，环境污染小，成本也低。目前，与欧洲在利用酶法生产7-ACA方面拥有的新技术相比，亚洲抗生素生产厂在酶法生产7-ACA原料方面处于下风，亚洲的大部分制药厂仍在沿用污染严重、收率较低的化学裂解法生产7-ACA，这与国家的环保政策与产业发展趋势相背离。
三、药企如果使用7-ACA生产头孢类抗生素，还需要经过精细工艺，包括衍生化保护、接侧链、脱保护和成盐及分离、提纯、重结晶等步骤成为原料药。
国内厂家采用化学法生产的主要原因是：国内不具有酶的生产能力，只能依靠进口酶，它的价格较高，使得酶法生产7-ACA成本与化学法相当，而在色泽外观上略逊于化学法，因此国内采用酶法技术的很少。从目前的国内主要生产厂家来看，化学法对环境污染严重以及职工劳动保护问题没有有效的治理措施，其经济效益在很大程度上是以牺牲环境和健康为代价获取的。
目前，我国几家大型的国企已经使用酶法投入生产，总产量已达到15000吨/年。但由于抗生素价格不稳定，7-ACA的市场价格波动也比较大。
头孢是头孢类抗菌药的总称。头孢菌素类（Cephalosporins）是以冠头孢菌培养得到的天然头孢菌素C作为原料，经半合成改造其侧链而得到的一类抗生素。常用的约30种，按其发明年代的先后和抗菌性能的不同而分为一、二、三、四代。切勿在饮酒前后使用。极易出现休克，晕厥，老年人甚至会有生命危险。
望 希望可以帮助到你
申请人是东北制药，涉及到关键词为头孢的专利文件共有5件，分别是：
《7-氨基头孢霉烷酸的精制方法》
《一种头孢噻利Δ3异构体的制备方法》
《一种微生物菌株及其用于转化头孢菌素C为脱乙酰头孢菌素C的方法》
《盐酸头孢他美酯分散片及其制备方法》
《一种治疗呼吸系统感染的中西复合药物》。
（1）图1虚线方框所示的结构为肽键，肽键由一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的羧基经脱水缩合形成；
（2）构成蛋白质的氨基酸的结构通式：每个氨基酸分子至少含有一个氨基和一个羧基，并且都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上；观察图1中的7-ACA和EAA结构，EAA是构成蛋白质的氨基酸；
（3）图2中的曲线Ⅰ代表无机催化反应，曲线Ⅱ代表头孢菌素酰胺酶催化反应，根据图示，在40℃时，催化活性曲线Ⅱ明显高于曲线Ⅰ，表明酶的催化具有高效性（或催化效率高），70℃时该酶的活性数据不及在40℃，说明酶的作用条件较温和；
（4）若该酶在最适温度条件下的反应速率与底物浓度的变化关系如图3所示，若将温度提高5℃后其活性会降低，反应速率会降低，绘出的反应速率曲线如下图．
头孢菌素化合物最初是于1948年，由意大利科学家Giuseppe Brotzu从萨丁岛排水沟中的顶头孢提炼出来。他发现这些顶头孢分泌出一些物质，可以有效抵抗引致伤寒的伤寒杆菌。牛津大学成功提炼出对β内酰胺酶稳定的头孢菌素C，但却未有足够的效力作临床使用。头孢菌素的核心是7-氨基头孢烯酸（简称7-ACA）是从头孢菌素C中衍生出来，并已证实与青霉素的核心（即6-氨基青霉烷酸，6-APA）相似。对7-ACA的旁链作出修改，得出一些非常有用的抗生素，而第一种的头孢噻吩便是由礼来公司于1964年发行。
甲硫氨酸明显刺激顶头孢产生头孢菌素C。曾经提出许多假设来解释这种现象，所积累的证据有力地证明甲硫氨酸是通过诱导生物合成途径的酶如：δ－（L－α－氨基己二酰）－L－半胱氨酰－D－缬氨酸合成酶、异青霉素N合成酶和脱乙酰氧头孢菌素C合成酶而产生刺激作用。由于发现在含甲硫氨酸培养基中培养物编码以上各种酶的基因的转录明显增强。
头孢菌素类根据其抗菌谱、抗菌活性、对β内酰胺酶的稳定性以及肾毒性的不同，目前分为四代。第一代头孢菌素主要作用于需氧革兰阳性球菌，仅对少数革兰阴性杆菌有一定抗菌活性；常用的注射剂有头孢唑林、头孢噻吩、头孢拉定等，口服制剂有头孢拉定、头孢氨苄和头孢羟氨苄等。第二代头孢菌素对革兰阳性球菌的活性与第一代相仿或略差，对部分革兰阴性杆菌亦具有抗菌活性；注射剂有头孢呋辛、头孢替安等，口服制剂有头孢克洛、头孢呋辛酯和头孢丙烯等。第三代头孢菌素对肠杆菌科细菌等革兰阴性杆菌具有强大抗菌作用，头孢他啶和头孢哌酮除肠杆菌科细菌外对铜绿假单胞菌亦具高度抗菌活性；注射品种有头孢噻肟、头孢曲松、头孢他啶、头孢哌酮等，口服品种有头孢克肟和头孢泊肟酯等，口服品种对铜绿假单胞菌均无作用。第四代头孢菌素常用者为头孢吡肟，它对肠杆菌科细菌作用与第三代头孢菌素大致相仿，其中对阴沟肠杆菌、产气肠杆菌、柠檬酸菌属等的部分菌株作用优于第三代头孢菌素，对铜绿假单胞菌的作用与头孢他啶相仿，对金葡菌等的作用较第三代头孢菌素略强。
头孢菌素类（Cephalosporins）是以冠头孢菌培养得到的天然头孢菌素C作为原料，经半合成改造其侧链而得到的一类抗生素。常用的约30种，按其发明年代的先后和抗菌性能的不同而分为一、二、三、四代。
1.笫一代头孢菌素
第一代头孢菌素是60年代初开始上市的。从抗菌性能来说，对第一代头孢菌素敏感的菌主要有β－溶血性链球菌和其他链球菌、包括肺炎链球菌（但肠球菌耐药），葡萄球菌（包括产酶菌株）、流感嗜血杆菌、大肠杆菌、克雷伯杆菌、奇异变形杆菌、沙门菌、志贺菌等。不同品种的头孢菌素可以有各自的抗菌特点，如头孢噻吩对革兰阳性菌的抗菌作用较优，而头孢唑林则对某些革兰阴性菌有一定作用。但是，第一代头孢菌素对革兰阴性菌的β-内酰胺酶的抵抗力较弱，因此，革兰阴性菌对本代抗生素较易耐药。第一代头孢菌素对吲哚阳性变形杆菌、枸橼酸杆菌、产气杆菌、假单胞菌、沙雷杆菌、拟杆菌、粪链球菌（头孢硫脒除外）等微生物无效。
本代抗生素中常用品种有头孢唑林、头孢氨苄、头孢拉定、头孢羟氨苄、头孢克罗等。其中除头孢唑林只能供注射外，其他的均可用于口服，也称口服头孢。头孢噻吩、头孢噻啶、头孢来星、头孢乙腈、头孢匹林等均已少用或不用。
2.笫二代头孢菌素
第二代头孢菌素对革兰阳性菌的抗菌效能与第一代相近或较低，而对革兰阴性菌的作用较为优异，表现在：
（l）抗酶性能强 一些革兰阴性菌（如大肠杆菌、奇异变形杆菌等）易对第一代头孢菌素耐药。第二代头孢菌素对这些耐药菌株常可有效。
（2）抗菌谱广 第二代头孢菌素的抗菌谱较第一代有所扩大，对奈瑟菌、部分吲哚阳性变形杆菌、部分枸橼酸杆菌、部分肠秆菌属均有抗菌作用。
第二代头孢菌素对假单胞属（铜绿假单胞菌）、不动杆菌、沙雷杆菌、粪链球菌等无效。
临床应用的第二代头孢菌素主要品种有头孢孟多、头孢西汀（美福仙），头孢呋新（西力欣），头孢克罗等。
3.笫三代头孢菌素
第三代头孢菌素对革兰阳性菌的抗菌效能普遍低于第一代（个别品种相近），对革兰阴性菌的作用较第二代头孢菌素更为优越。
（1）抗菌谱扩大 第三代头孢菌素的抗菌谱比第二代又有所扩大，对铜绿假单胞菌、沙雷杆菌、不动杆菌、消化球菌、以及部分脆弱拟杆菌有效（不同品种药物的抗菌效能不尽相同）。对于粪链球菌、难辨梭状芽胞杆菌等无效。
（2）耐酶性能强 对第一代或第二代头孢菌素耐药的一些革兰阴性菌株，第三代头孢菌素常可有效。
常用有：头孢哌酮（先锋必素）、头孢三嗪（罗塞秦、菌必治）、头孢噻肟钠、头孢他啶、头孢唑肟等。
4.笫四代头孢菌素
第三代头孢菌素对革兰阳性菌的作用弱，不能用于控制金黄色葡萄球菌感染。近年来发现一些新品种如头孢匹罗（Cefpirome）等，不仅具有第三代头孢菌素的抗菌性能，还对葡萄球菌有抗菌作用，称为第四代头孢菌素。
关于第一至第四代的划分不仅适用于头孢菌素，其他的一些β-内酰胺抗生素也可按此分代。
常用有拉他头孢、头孢匹罗、氨曲南等。