發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ).課件

1、生 物 制 藥 工 藝 學(xué)主 講 胡國(guó)勤鄭 州 大 學(xué) 化 工 學(xué) 院扔焰嵌糙早智旅濾影艙牟爺非壤嗆茍誤遺程餒幌雅檀宮酗狙鼓郎蒜票蠕陛發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20221生物制藥工藝學(xué) 概 述概 述微生物菌種的選育與保藏微生物的培養(yǎng)發(fā)酵過(guò)程的控制第六章微生物制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)L-異亮氨酸生產(chǎn)工藝維生素C生產(chǎn)工藝思 考 題緬守貓舊仕海教嚨廢噴藻茁率似粵子麓獄泡懾饅誼磁扯鶴轉(zhuǎn)泛烷突鄲窺啪發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20222生物制藥工藝學(xué) 概 述微生物發(fā)酵制藥概 述發(fā)酵工程制藥的基本過(guò)程裸飄翹烙譯稽業(yè)酣就犢緊境蘆購(gòu)鬧窖澇計(jì)漾呻端蠱卒匝哎迢

2、寫(xiě)種鉸侍腐凹發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20223生物制藥工藝學(xué) 概 述 抗生素的發(fā)現(xiàn) 1928年，英國(guó)細(xì)菌學(xué)家Fleming B發(fā)現(xiàn)抗菌物質(zhì)青霉素。在20世紀(jì)40年代，一共發(fā)現(xiàn)了14種抗生素，50年代發(fā)現(xiàn)了20余種，年代開(kāi)始了化學(xué)結(jié)構(gòu)改造的合成和半合成抗生素階段。目前發(fā)現(xiàn)并分離到約9000種抗生素，半合成抗生素約1000種，共萬(wàn)種以上。但實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用的只有100余種。 微生物發(fā)酵制藥媽強(qiáng)域骨崖鄂牲蜂稿禾疑壇氰參徊啤龍輾紛犬屑呈抱悅耳瓜誘立迸銅需遞發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20224生物制藥工藝學(xué) 概 述發(fā)酵制藥種類 微生物菌體發(fā)

3、酵、微生物酶發(fā)酵、微生物代謝產(chǎn)物、發(fā)酵微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵。微生物發(fā)酵制藥席騾苞跑傳芍凈敵硯祭乍打鎳?guó)濢}濺妒嬸榷醬磊筷擇疏垢華嶺啼藏訂玩雄發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20225生物制藥工藝學(xué) 概 述制藥微生物的種類 生產(chǎn)藥物的天然微生物主要包括細(xì)菌、放線菌和絲狀真菌三大類。細(xì)菌主要生產(chǎn)環(huán)狀或鏈狀多肽類抗生素，如芽孢桿菌(Bacillus)產(chǎn)生桿菌肽（bacitracin），細(xì)菌還可以產(chǎn)生氨基酸和維生素，如黃色短桿菌（Brevibacterium flarum）產(chǎn)生谷氨酸，大小菌生產(chǎn)維生素C。 放線菌主要產(chǎn)生各類抗生素，以鏈霉菌屬最多。生產(chǎn)的抗生素主要有氨基糖苷類、四環(huán)類

4、、放線菌素類、大環(huán)內(nèi)酯類和多烯大環(huán)內(nèi)酯類。 真菌的曲菌屬產(chǎn)生桔霉素，青霉素菌屬產(chǎn)生青霉素和灰黃霉素等，頭孢菌屬產(chǎn)生頭孢霉素等。微生物發(fā)酵制藥嗚況曬于驚鑰絲謅菏譜販饒?zhí)_哺邏需熬絡(luò)迭踞衛(wèi)優(yōu)卞尚呀返烈注楓餾篇發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20226生物制藥工藝學(xué) 概 述發(fā)酵制藥的基本過(guò)程 發(fā)酵制藥就是利用制藥微生物，通過(guò)發(fā)酵培養(yǎng)，在一定條件下，生長(zhǎng)繁殖，同時(shí)在代謝過(guò)程中產(chǎn)生藥物，然后，從發(fā)酵液中提取分離、純化精制，獲得藥品。菌株選育（mutation and selection breeding）、發(fā)酵(fermentation)和提煉(isolation and pu

5、rification)是發(fā)酵制藥的三個(gè)主要工段。 工藝過(guò)程包括發(fā)酵和分離純化兩個(gè)階段。 發(fā)酵階段包括生產(chǎn)菌、孢子制備、種子制備、發(fā)酵培養(yǎng)，是生物加工工程過(guò)程。 分離純化階段包括發(fā)酵液處理與過(guò)濾、分離提取、精制、成品檢驗(yàn)、包裝、出廠檢驗(yàn)，是化學(xué)分離工程過(guò)程。 成品檢驗(yàn)：包括性狀及鑒別試驗(yàn)、安全試驗(yàn)、降壓試驗(yàn)、熱源試驗(yàn)、無(wú)菌試驗(yàn)、酸堿度試驗(yàn)、效價(jià)測(cè)定、水分測(cè)定等。 成品包裝：合格成品進(jìn)行包裝，為原料藥。制劑由制劑車間或廠再分裝。 微生物發(fā)酵制藥篩鑷駕感甲剮煤睦營(yíng)吭蠟秘枷絞迫盼崔僳熒窿豢字佐便鳥(niǎo)鋅芒飾西褥婚掙發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20227生物制藥工藝學(xué) 概 述新

6、藥生產(chǎn)菌的選育自然分離 :樣品的采集與處理分離方法有稀釋法和濾膜法活性測(cè)定非致病菌為對(duì)象，采用瓊脂擴(kuò)散法測(cè)定活性，篩選生物活性物質(zhì)?？梢允褂媚退幒统艟N。用HPLC、LCMS等，分析鑒定活性物質(zhì)。其他現(xiàn)代的篩選技術(shù)如靶向篩選、高通量篩選、高內(nèi)涵篩選等可以結(jié)合使用。微生物菌種的選育與保藏辯匡求瑪逝躬扼悄蘿糟鵲磚狀寅嫩艘咯品瞥遞潰濕沃剪蕉竭訊豁位衣跋互發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20228生物制藥工藝學(xué) 概 述新藥生產(chǎn)菌的選育 自然選育 :在生產(chǎn)過(guò)程中，不經(jīng)過(guò)人工誘變處理，根據(jù)菌種的自發(fā)突 變而進(jìn)行菌種篩選的過(guò)程，叫自然選育或自然分離。 基本過(guò)程如下：菌種單孢子或單

7、細(xì)胞懸液適當(dāng)稀釋瓊脂平板分離挑單個(gè)菌落進(jìn)行生產(chǎn)能力測(cè)定選出優(yōu)良菌株。 自然選育簡(jiǎn)單易行，可達(dá)到純化菌種、防止退化、穩(wěn)定生產(chǎn)水平和提高產(chǎn)量的目的。但效率低，增產(chǎn)幅度不會(huì)很大 。微生物菌種的選育與保藏隋泰悸瀉幕鉀企角喳苫護(hù)水需沒(méi)借弱挖昆訓(xùn)屈括噸這貴賬摟隱無(wú)敝輝佑甄發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/20229生物制藥工藝學(xué) 概 述新藥生產(chǎn)菌的選育 誘變育種 :誘變育種是人為創(chuàng)造條件，使菌種發(fā)生變異，從中篩選優(yōu)良個(gè)體，淘汰劣質(zhì)個(gè)體，是當(dāng)前菌種選育的一種主要方法。其特點(diǎn)是速度快、收效大、方法相對(duì)簡(jiǎn)單。但缺乏定向性，要配合大規(guī)模的篩選工作。 誘發(fā)突變的因素有物理、化學(xué)和生物三類。

8、誘變育種方案的設(shè)計(jì) 誘變育種整個(gè)過(guò)程涉及誘變和篩選兩個(gè)階段，甚至是不斷多輪重復(fù)。 微生物菌種的選育與保藏是漾錄漆具映熒釜餒襟莢辮諺墜柵瞅登右壹擂娛舜粗哮靜焙甫連鯨淬換衛(wèi)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202210生物制藥工藝學(xué) 概 述新藥生產(chǎn)菌的選育 雜交育種 :是兩個(gè)不同基因型的菌株通過(guò)接合或原生質(zhì)體融合使遺傳物質(zhì)重新組合，再?gòu)闹蟹蛛x和篩選具有新性狀的菌株。帶有定向育種的性質(zhì)。 接合、原生質(zhì)體融合兩種方法 。 基因工程技術(shù)育種：采用基因工程技術(shù)即基因克隆與表達(dá)技術(shù)，過(guò)量表達(dá)或抑制表達(dá)某一個(gè)或一組基因，調(diào)控代謝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的高效表達(dá)。微生物菌種的選育與保藏啤餐糕

9、捍糞籽翌珊爪早組獅株甸楓沮傲瑟慕剔診秤摻涸溜投勁界近氖莆拔發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202211生物制藥工藝學(xué) 概 述新藥生產(chǎn)菌的保藏 目的：保持長(zhǎng)期存活、不退化、不喪失生產(chǎn)能力。保存原理：使其代謝處于不活躍狀態(tài)，即生長(zhǎng)繁殖受抑制的休眠狀態(tài)，可保持原有特性，延長(zhǎng)生命時(shí)限。 保存方法：斜面低溫保存、液體石蠟密封保藏、砂土管保藏、冷凍干燥保藏、液氮低溫保藏。微生物菌種的選育與保藏寄叛吩梧膠攜銅皚餒攪篆哈棒斡匣此洶貫劇爵償螢凡鋇秩扎掂陌滌募系應(yīng)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202212生物制藥工藝學(xué) 概 述新藥生產(chǎn)菌的保藏保存機(jī)構(gòu)： 中國(guó)典

10、型培養(yǎng)物保藏中心（武漢大學(xué)） 中國(guó)科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)：中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心、中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏管理中心(CICC,北京)、抗生素菌種保藏管理中心、中國(guó)醫(yī)學(xué)微生物菌種保藏中心。美國(guó)典型菌種保藏中心 （American Type Culture Collection） 日本技術(shù)評(píng)價(jià)研究所生物資源中心 (NITE Biological Resource Center)英國(guó)國(guó)家菌種保藏中心 (The United Kingdom National Culture Collection ) 微生物菌種的選育與保藏睹漿鑰涕故壺汞享矣悄警籍處祁恭打訛診仰架坍蹄雷渣外糧尚刷泊梆熙虐發(fā)酵工

11、程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202213生物制藥工藝學(xué) 概 述微生物生長(zhǎng)的六大營(yíng)養(yǎng)要素碳源 凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均稱為碳源。 包括糖類、醇類、脂肪、有機(jī)酸等。微生物的培養(yǎng)氮源 凡是構(gòu)成微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中氮素的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均稱為氮源。可分為有機(jī)氮源和無(wú)機(jī)氮源兩類。生長(zhǎng)因子 指微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物，包括氨基酸、維生 素、核苷酸、脂肪酸等。無(wú)機(jī)鹽和微量元素生理活性物質(zhì)的組成成分或具有生理調(diào)節(jié)作用，磷、硫、鐵、鎂、鈣、錳、銅、鋅、鈷、鉀、鈉、氯。一般低濃度起促進(jìn)作用，高濃度起抑制作用。 水和能源角穩(wěn)果助國(guó)說(shuō)臨鴕底秤神慣釣憲猶異日峻行伍拖搬煙撬攣

12、灘小盼藩壕房辮發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202214生物制藥工藝學(xué) 概 述微生物培養(yǎng)基培養(yǎng)基（medium）是人工配制的供微生物生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)生各種代謝產(chǎn) 物所需要的多種營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。 微生物的培養(yǎng)種類：按其組成的來(lái)源分為合成培養(yǎng)基和天然培養(yǎng)基； 按其狀態(tài)可分為固體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基； 按其用途可分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。 影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素：原料質(zhì)量、水質(zhì)、滅菌的影響 以及培養(yǎng)基的黏度。丑潤(rùn)規(guī)梯呀襲延燕嬌度梧鬃斌袖故喬涼鰓毅稿桅拘概紹賀醉盾啄印崖鍘榔發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202215生物制藥工藝學(xué) 概

13、 述微生物培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基 配制一般原則（1）生物學(xué)原則：根據(jù)不同微生物的營(yíng)養(yǎng)和反應(yīng)需求，設(shè)計(jì)培養(yǎng)基。各種成分之間比例恰當(dāng)，特別是有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮源，C/N比。一定條件下，各種原材料之間不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。具有適宜的pH和滲透壓。（2）工藝原則：不影響通氣和攪拌，又不影響產(chǎn)物的分離精制和廢物處理，過(guò)程容易控制。（3）低成本原則：原材料要因地制宜，來(lái)源方便，豐富，質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，成本低。（4）高效經(jīng)濟(jì)原則：生產(chǎn)安全，環(huán)境保護(hù)，高質(zhì)量，最高得率，最小副產(chǎn)物。微生物的培養(yǎng)膛套蒸熊呈攝酵壘貢螺洛鬼撼柴因需甥享帥四溫五綴橙淺寸砰正掉兼邀味發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/2022

14、16生物制藥工藝學(xué) 概 述微生物培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基設(shè)計(jì)基本思路（1）根據(jù)他人的經(jīng)驗(yàn)和成分，初步確定培養(yǎng)基的成分，作為研究的起始培養(yǎng)基。（2）單因素實(shí)驗(yàn)，確定最適宜的培養(yǎng)基成分。（3）多因素實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行各成分之間濃度優(yōu)化和最佳配比。如均勻設(shè)計(jì)、正交實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析等統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。（4）從搖瓶、小型發(fā)酵罐，到中試，最后放大到生產(chǎn)罐。（5）綜合考慮各種因素，產(chǎn)量、純度、成本等后，確定一個(gè)適宜的生產(chǎn)配方。微生物的培養(yǎng)嬸裁素職貓要盅懸竄哼桅蛤辦孰嘻澎怯唱逛威國(guó)禾燥敗擦瘸酞米什襟瞻姥發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202217生物制藥工藝學(xué) 概 述基本概念雜菌（contaminated

15、 microbe）：對(duì)于發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程，除生產(chǎn)菌以外的任何生物微生物。滅菌工藝污染（contamination）：感染雜菌的發(fā)酵體系。消毒(disinfection)：指用物理或化學(xué)方法殺滅或清除病原微生物（pathogen），達(dá)到無(wú)害化程度的過(guò)程，只能殺死營(yíng)養(yǎng)體，而不能殺滅芽孢體，殺滅率99.9%以上。殺菌：殺滅或清除病所有微生物的過(guò)程，殺滅率99.9999%以上。滅菌（sterilization）：是指用物理或化學(xué)方法殺滅或清除物料或設(shè)備中所有生命物質(zhì)的技術(shù)或工藝過(guò)程，達(dá)到無(wú)活微生物存在的過(guò)程，微生物殺滅率99.999999%以上。膿納厘頹庸離鄉(xiāng)植悉糖攪澄慚瀝掘缽噴診鉀噶卻妓肅霄腐初痢凡證決

16、燴保發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202218生物制藥工藝學(xué) 概 述常用滅菌方法與原理 化學(xué)滅菌是指用化學(xué)物質(zhì)殺滅生物細(xì)胞的滅菌操作。其原理是使蛋白質(zhì)變性，酶失活，破壞細(xì)胞膜透性，細(xì)胞死亡。常用化學(xué)滅菌劑如高錳酸鉀、漂白粉、氯氣，有機(jī)化合物如7075乙醇、甲醛、戊二醛、環(huán)氧乙烷、2新潔爾滅、3%5石炭酸等。主要適合用于皮膚表面、器具、實(shí)驗(yàn)室和工廠的無(wú)菌區(qū)域的臺(tái)面、地面、墻壁及局部空間或某些器械的消毒。滅菌工藝 輻射滅菌是指利用紫外線、高能量電磁波或粒子輻射滅菌，其中以紫外線最常用。其原理在于核酸和蛋白質(zhì)在紫外區(qū)有強(qiáng)烈的吸收，DNA吸收紫外線后，會(huì)形成嘧啶二聚體，如胸

17、腺嘧啶二聚體，分子之間的交聯(lián)改變了DNA的功能，從而導(dǎo)致生物細(xì)胞死亡。只適宜于表面滅菌，常用于一定空間的空氣滅菌，如無(wú)菌室、超凈工作臺(tái)等的滅菌。仿工協(xié)映心犀陛心桃械習(xí)稍歧液附饞坊嚎凌暢貨腸甫道哈瘋禹梗外簍嘿紫發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202219生物制藥工藝學(xué) 概 述常用滅菌方法與原理 加熱滅菌分為蒸汽濕熱法和干熱法。對(duì)于干熱滅菌，是實(shí)驗(yàn)室常用的器皿的方法。工業(yè)采用160、2h，或170、1h干熱空氣，用于需保持干燥的器械、容器的滅菌。溫度越高，時(shí)間相應(yīng)縮短。濕熱滅菌效果優(yōu)于干熱滅菌，常用條件為115121，壓力1105Pa，維持1530分鐘。芽孢是一種休眠體，

18、外面有厚膜包裹，耐熱性很強(qiáng)，不易殺滅。因此在設(shè)計(jì)滅菌操作時(shí)，經(jīng)常以殺死芽孢的溫度和時(shí)間為指標(biāo)。為了確保徹底滅菌，實(shí)際操作中往往增加50的保險(xiǎn)系數(shù)。 滅菌工藝剪驟客整齡陣癡窖紉鋇唇泵狽擎弧燕哉涂茨砧駁及頤瞻鈞駱畦潰邑?cái)倖阉砂l(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202220生物制藥工藝學(xué) 概 述發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)與檢測(cè) 物理參數(shù)：溫度、壓力、攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌功率、通氣量、黏度、料液流量等。發(fā)酵過(guò)程的控制溫度：保證酶活性的重要條件，不同的微生物菌種的最適生長(zhǎng)溫度和產(chǎn)物形成的最適溫度都是不同的。雍鐘孝藍(lán)腔遏醉綿忌究農(nóng)瘡典卵孰羽朋嘿顆攪鷗禱茄炳償閹蚜造俄揩鵬齊發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)酵工程制藥工藝技術(shù)基礎(chǔ)7/27/202221生物制藥工藝學(xué) 概 述發(fā)酵過(guò)程的主要控制參數(shù)與檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程的控制 化學(xué)參數(shù)：酸堿度、基質(zhì)濃度、溶解氧濃度、氧化還原電位、產(chǎn)物濃度等。pH值：對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響很明顯；發(fā)酵液的pH變化是菌體產(chǎn)酸和產(chǎn)堿的代謝反應(yīng)的綜合結(jié)果；控制方法：改變培養(yǎng)基配方、酸堿調(diào)節(jié)、補(bǔ)料流加控制、控制通氣量。 溶解氧（dissolved oxygen, DO）：是指溶解于培養(yǎng)液中的氧，常用絕對(duì)含量表示，也可用飽和氧濃度的百分?jǐn)?shù)表示，用溶氧電極來(lái)檢測(cè)。不同菌種對(duì)溶解氧量的需求是不同的，有一個(gè)適宜的范圍 ?？?/p>