制藥工藝學期末復習資料

1、制藥微生物發(fā)酵過程分為菌體生長期、產(chǎn)物合成期和菌體自溶期三個階段。菌體生長期 (發(fā)酵前期)：是指從接種至菌體達到一定臨界濃度的時間，包括延滯期、對數(shù)生長期和減速期。代謝特征：菌體的主要代謝是進行碳源、氮源等分解代謝，培養(yǎng)基質(zhì)不斷消耗，濃度減少；生長特征：菌體不斷地生長和繁殖，濃度增加。溶氧變化：不斷下降，在菌體臨界值時，溶解氧濃度最低；pH變化：開始適當上升，然后下降-首先用氨基酸作為碳源釋放出氨，而后氨被利用；開始適當下降，然后上升首先利用糖作為碳源，釋放出丙酮酸等有機酸，后又被利用所致。產(chǎn)物合成期 (發(fā)酵中期or產(chǎn)物分泌期)：主要進行代謝產(chǎn)物或目標產(chǎn)物的生物合成。產(chǎn)物量逐漸增加，生產(chǎn)速率加

2、快，直至達最大高峰，隨后合成能力衰退。呼吸強度無明顯變化，菌體在增重，但不增加數(shù)目。對外界變化敏感，容易影響代謝過程，從而影響整個發(fā)酵進程。發(fā)酵條件如pH、溫度、溶解氧等參數(shù)也要嚴格控制。菌體自溶期 (發(fā)酵后期)：菌體衰老，細胞開始自溶，氨基氮含量增加，pH上升，產(chǎn)物合成能力衰退，生產(chǎn)速率減慢。發(fā)酵必須結束，否則產(chǎn)物被破壞，同時菌體自溶給過濾和提取等帶來困難。發(fā)酵培養(yǎng)的操作方式：按操作方式和工藝流程可把發(fā)酵培養(yǎng)分為 分批式操作、流加式操作、半連續(xù)式操作、連續(xù)操作等幾種。分批式操作 又稱間歇式操作或不連續(xù)操作，是指把菌體和培養(yǎng)液一次性裝入發(fā)酵罐，在最佳條件下進行發(fā)酵培養(yǎng)。經(jīng)過一段時間，完成菌體的

3、生長和產(chǎn)物的合成與積累后，將全部培養(yǎng)物取出，結束發(fā)酵培養(yǎng)。然后清洗發(fā)酵罐，裝料、滅菌后再進行下一輪分批操作。流加式操作 又稱補料-分批式操作，是指在分批式操作的基礎上，連續(xù)不斷地補充新培養(yǎng)基，但不取出培養(yǎng)液。半連續(xù)式操作 又稱反復分批式操作或換培養(yǎng)液，是指菌體和培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，在菌體生長過程中，每隔一定時間，取出部分發(fā)酵培養(yǎng)物（帶放），同時在一定時間內(nèi)補充同等數(shù)量的心培養(yǎng)基；如此反復進行，放料45次，直至發(fā)酵結束，取出全部發(fā)酵液。連續(xù)式操作 是指菌體與培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，在菌體培養(yǎng)過程中，不斷補充新培養(yǎng)基，同時取出包括培養(yǎng)液和菌體在內(nèi)的發(fā)酵液，發(fā)酵體積和菌體濃度的等不變，使菌體處于恒定

4、狀態(tài)，促進了菌體的生長和產(chǎn)物的累積。制藥微生物的生長動力學：在批式發(fā)酵操作過程中，菌體的生物量與時間的關系是S形曲線。根據(jù)生物量的變化，可以把這個過程分為 ：1、延滯期（適應期）：是指接種后，菌體的生物量沒有明顯增加的一段時間。延滯期是菌體適應環(huán)境的過程。延滯期時間長短不一，與遺傳和環(huán)境因素有關，由菌體與環(huán)境相互作用的程度決定。延滯期越短越好。= dXXdt=02、對數(shù)生長期：是菌體快速繁殖、生物量的增加呈現(xiàn)對數(shù)速度增長的過程。特點是生長速率達到最大值，并保持不變。細胞的化學組成與生理學性質(zhì)穩(wěn)定。菌體生長不受限制，細胞分裂繁殖和代謝極其旺盛。可以認為細胞組分恒定，菌體細胞的生長速率與生物量是一

5、級動力學關系：dXdtmaxX3、減速期：是指菌體生長速率下降的一段時間。由培養(yǎng)基中基質(zhì)濃度下降、有害物質(zhì)積累等不利因素引起。在減速期內(nèi)，生長速率與菌體濃度任然仍符合一級動力學關系，但受基質(zhì)濃度限制。一般生物的減速期較短。dXdtmaxX4、靜止期（穩(wěn)定期）：是指菌體凈生長速度為零的一段時間。由于營養(yǎng)耗竭、代謝產(chǎn)物或毒害物質(zhì)的積累，菌體濃度不增加，細胞的分裂與死亡同步進行，生長速率與死亡速率相等，達到平衡。符合方程dXdt(-kd)X05、衰亡期：是指菌體死亡速率大于生產(chǎn)速率的一段時間。表現(xiàn)為細胞自溶、死亡加速，細胞濃度迅速下降。菌體死亡速率也符合一級動力學：dXdt-kdX反應物濃度與配料比

6、的確定：1.凡屬可逆反應，可采取增加反應物之一的濃度（即增加其配料比），或從反應系統(tǒng)中不斷除去生成物之的辦法，以提高反應速率和增加產(chǎn)物的收率。2.當反應生成物的生成量取決于反應液中某一反應物的濃度時，則應增加其配料比。最適合的配料比應在收率較高，同時又是單耗較低的某一范圍內(nèi)。3.倘若反應中有一反應物不穩(wěn)定，則可增加其用量，以保證有足夠量的反應物參與主反應。4.當參與主、副反應物不盡相同時，應利用這一差異，增加某一反應物的用量，以增加主反應的競爭能力。5.為防止連續(xù)反應和副反應的發(fā)生，有些反應的配料比小于理論配比，使反應進行到一定程度的基本程度后，停止反應。菌種保存方法有哪些及分析比較：(1)低

7、溫斜面保藏：低溫降低新陳代謝。4，RH70以下。短期保藏，16個月；易變異(2)石蠟封存：隔絕氧氣，減少蒸發(fā)。4，約1年。(3)砂土管保藏：干燥抑制生長。孢子吸附在砂土上，真空抽氣干燥。置于冰箱，保存數(shù)年。(4)冷凍干燥保藏：保護劑降低菌體細胞冰點，減少冰晶對細胞傷害。低溫避光，中期保藏，510年。(5)液氮保藏：培養(yǎng)物與冷凍保護劑混合，密封。液氮（196）罐或80冰箱。低溫、缺氧、避光和營養(yǎng)缺乏環(huán)境。長期保藏。工藝路線的評價標準：理想的藥物合成工藝路線應該是：1.化學合成途徑簡潔，即原輔材料轉化為藥物的路線要簡短；2.所需的原輔材料品種少且易得，并有足夠數(shù)量的供應；3.中間體容易提純，質(zhì)量符

8、合要求，最好是多不反應連續(xù)操作；4.反應在易于控制的條件下進行，如安全、無毒；5.設備條件要求不苛刻；6.“三廢”少且易于治理；7.操作簡單，經(jīng)分離、純化易達到藥用標準；8.收率最佳、成本最低、經(jīng)濟效益最好。化學制藥工藝路線的設計：類型反應法、分子對稱法、追溯求源法、模擬類推法。類型反應法是指利用常見的典型的有機化學反應和合成方法進行合成工藝路線設計的方法。青霉素作用機理：青霉素主要作用于細胞壁的肽多糖合成第三階段。線性肽多糖在轉肽酶的催化下進行交聯(lián)，肽多糖鏈之間每兩條肽鏈結合時均釋放出一個D-丙氨酸。青霉素與肽多糖的D-丙胺酰-D-丙氨酸二肽相似，競爭性與轉肽酶結合，使轉肽酶不能催化對肽鏈之

9、間的交聯(lián)而從起到抑菌作用。因此，青霉素對生長中的細胞有效、對靜止細胞無效。氨基酸的定義和結構通式：氨基酸是在羧酸中-碳上的一個原子被氨基取代而成的一類化合物，屬于氨基取代羧酸，其結構通式為：氨基酸的分類：根據(jù)R基團的化學結構分：16種脂肪族氨基酸(R為脂肪族取代基)；2種芳香族氨基酸(R為芳香基取代)；3種雜環(huán)氨基酸(R為含氮的咪唑環(huán)和吲哚環(huán))；2種亞氨基酸。根據(jù)R基團的極性分：極性氨基酸；非極性氨基酸。根據(jù)酸堿性分：2種酸性氨基酸；3種堿性氨基酸；15種中性氨基酸。根據(jù)人體生理生化過程能否自合成分：必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸由飲食和藥物形式供給。氨基酸的物化性質(zhì)：無色晶體，熔點很高

10、，200300。一般溶于水、烯酸稀堿，不溶于乙醚、氯仿等有機溶劑，常用乙酸沉淀氨基酸。氨基酸是弱兩性電解質(zhì)，同一分子帶有正負兩種電荷的偶極離子或兼性離子，這是氨基酸在水和結晶狀態(tài)的主要形式。谷氨酸的分離純化工藝過程：主要根據(jù)其兩性電解質(zhì)性質(zhì)、溶解度和吸附劑的作用以及谷氨酸的成鹽作用等。目前常用方法有等電點法、離子交換法、鋅鹽法、納濾膜等。其中以等電點沉淀法最為常用。臨界菌體濃度是氧傳遞速率隨菌體濃度變化曲線和攝氧速率隨菌體濃度變化曲線交叉點處的菌體濃度。臨界氧濃度是不影響呼吸或產(chǎn)物合成的最低溶解氧濃度，一般在0.020.005mmolL之間，發(fā)酵液的溶解氧濃度大于此濃度?？股兀涸缙诘亩x是由

11、一種微生物產(chǎn)生的，能抑制或干擾其他微生物生長，甚至殺死其他微生物的一種化學物質(zhì)。現(xiàn)在定義 由微生物、植物和動物產(chǎn)生的（或化學合成獲得的），能在低微濃度下選擇性抑制或殺滅其他生物的有機物質(zhì)?；瘜W全合成工藝：是由簡單的化工原料經(jīng)過一系列的化學合成和物理處理，生產(chǎn)藥物的過程。半合成工藝：是由已知的具有一定基本結構的天然產(chǎn)物經(jīng)過化學結構改造和物理處理，生產(chǎn)藥物的過程。發(fā)酵制藥的基本過程？（1）生產(chǎn)菌種選育與保存階段 采用各種選育技術，獲得高產(chǎn)，性能穩(wěn)定，容易培養(yǎng)的優(yōu)良菌種，并進行有效的妥善保藏，為生產(chǎn)提供源泉。（2）發(fā)酵階段 發(fā)酵階段包括生產(chǎn)菌活化、種子制備、發(fā)酵培養(yǎng)，是生物加工工程過程。保藏的菌種需

12、要活化、擴大繁殖，制備各級種子。（3）分離純化階段 包括發(fā)酵液預處理與過濾、分離提純、精制、成品檢驗、包裝、出廠檢驗，是生物分離工程過程。青霉素作用機理：1）干擾細菌細胞壁中的肽多糖合成 ；（2）青霉素結構類似于肽多糖的D-丙氨酰-D-丙氨酸二肽 ；（3）競爭性與轉肽酶結合，使轉肽酶不能催化多肽鏈之間的交聯(lián)，無法合成細胞壁。青霉素的分離純化的工藝過程有：青霉素的提取采用溶劑萃取法，其原理是青霉素游離酸易溶于有機溶劑，而青霉素鹽易溶于水。青霉素不穩(wěn)定，遇酸、堿、熱分解失活；水溶液中不穩(wěn)定，非極性溶劑中穩(wěn)定；易溶于有機溶劑，水中溶解度很??；青霉素鹽很穩(wěn)定；降解產(chǎn)物具有致敏性。青霉素的發(fā)酵培養(yǎng)基主要

13、添加：碳源（乳糖、蔗糖、葡萄糖、淀粉和天然油脂）、氮源（玉米漿、花生餅粉棉籽餅粉、硫酸銨、氨水、尿素）、無機鹽（硫、磷、鎂、鉀等）、添加前體（苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸）賴氨酸的提取方法：離子交換樹脂吸附工藝。銨型強酸性陽離子交換樹脂。賴氨酸是堿性氨基酸，等電點為9.74，在酸性溶液中以陽離子形式存在，能被陽離子樹脂吸附，然后氨水洗脫，樹脂不必再生。維生素的種類：根據(jù)溶解性，將其分為（水溶性）和（脂溶性）兩大類。水溶性維生素包括B族維生素和維生素C，其衍生物多為輔酶和輔基。脂溶性維生素包括A、D、E、K等在食物中與脂肪共存。維生素C生產(chǎn)工藝路線分為：1.萊氏法化學合成工藝：D-葡萄糖為原料

14、催化氫化 D-山梨醇生物氧化 L-山梨糖酸性液中丙酮化 保護，-二仲醇KMnO4、堿性溶液 雙丙酮-L-古龍酸除去丙酮、內(nèi)酯化、烯醇化 L-抗壞血酸 2.兩步發(fā)酵工藝：D-葡萄糖H2，氫化D-山梨醇O2，Acetobacter L-山梨糖Pseudomonas 二丙酮-L-古龍酸內(nèi)酯化、烯醇化Vc基元反應：反應物分子在碰撞中一步轉化為生成物分子的反應。非基元反應：反應物分子要經(jīng)過若干步，即若干個基元反應才能轉化為生成物的反應。簡單反應：由一個基元反應組成的化學反應（單分子反應、雙分子反應、零級反應）。復雜反應：兩個或兩個以上基元反應構成的化學反應（可逆反應、平行反應、連續(xù)反應）。生化需氧量（B

15、OD）：是一定條件下微生物分解水中有機物時所需的氧量?；瘜W需氧量（COD）：是指在一定條件下用強氧化劑使污染物氧化所消耗的氧量，單位mg/L.5日生化需氧量（BOD5）：表示20下，培養(yǎng)5d，1L水中溶解氧的減少量，單位為mg氧/L。COD與BOD之差表示未能被微生物降解的的污染物含量。溫度對反應溫度的影響：一般反應；爆炸反應；催化加氫或酶反應；反常反應溶劑的分類：按溶劑發(fā)揮氫鍵給體作用的能力：質(zhì)子溶劑和非質(zhì)子溶劑。影響催化劑活性的因素：溫度、助催化劑（或促進劑）、載體（擔體）、催化毒物。書寫手性異構體：透視式、費歇爾投影式。中試放大的方法：逐級經(jīng)驗放大、相似模擬放大、數(shù)學模擬放大。含塵廢棄處

16、理技術：1. 機械除塵：是利用機械力(重力、慣性力、離心力)將固體懸浮物從氣流中分離出來。常用的機械除塵設備有重力沉降室、慣性除塵器、旋風分離器等。洗滌除塵 又稱濕式除塵，它是用水(或其它液體)洗滌含塵氣體，利用形成的液膜、液滴或氣泡捕獲氣體的塵粒，塵粒隨液體排出，氣體得到凈化。 填料式洗滌除塵器過濾除塵 使含塵氣體通過多孔材料，將氣體中的塵粒截留下來，使氣體得以凈化。袋式除塵器的基本結構是在除塵器的集塵室內(nèi)懸掛若干個圓形或橢圓形的濾袋，當含塵氣體穿過時，塵粒被袋壁截留，在袋的內(nèi)壁或外壁聚集而被補集。“直線方式”和“匯聚方式”兩種主要的裝配方式。反應條件與收率的關系有兩種類型：“平頂型”反應和

17、“尖頂型”反應。攪拌釜的設計：要點：確定反應釜的體積、確定傳熱面積外消旋體的拆分：播種結晶法：又稱誘導結晶拆分法，它僅適用于外消旋混合物的拆分。形成非對稱異構結晶拆分法：本法對外消旋混合物、外消旋化合物及外消旋固體溶液均可使用；生物法或酶法拆分：是利用酶對光學異構體具有選擇性的酶解作用，使外消旋體中一個光學異構體進行反應，之后進行分離，進而達到拆分；色譜分離法：用手性化合物作為色譜的固定相，有可能將外消旋體拆分為單一的旋光體?？股毓に嚮a(chǎn)途徑：抗生素的工藝化生產(chǎn)有3條途徑。1.微生物發(fā)酵生產(chǎn)工藝，即生物合成途徑，目前大多數(shù)抗生素品種采用發(fā)酵生產(chǎn)工藝，其特點是成本較低，周期較長。2.化學全合成生產(chǎn)工藝，結構相對簡單的抗生素可采用此途徑如氯霉素和磷霉素。3.半合成生產(chǎn)工藝，利用化學方法修飾改良生物合成的抗生素，擴大抗菌譜提高療效和降低毒副作用等，獲得新抗生素，如半合成青霉素、半合成頭孢菌素等。按反應器內(nèi)物料流動狀況的不同，反應器可分為理想反應器和非理想反應器。對于連續(xù)反應器，有兩種理想的流動模型：全混流反應器（CSTR）、平推流、活塞流或柱塞流反應器（PFR）。物料衡算過程：生成目標產(chǎn)物？X的反應方程式為 相對分子質(zhì)