发酵工程制药工艺技术基础

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1、生物制药工艺学主讲胡国勤郑州大学化工学院概述微生物菌种的选育与保藏微生物的培养发酵过程的控制第六章微生物制药工艺技术基础L-异亮氨酸生产工艺维生素C生产工艺思考题7/24/20212生物制药工艺学——概述微生物发酵制药概述发酵工程制药的基本过程7/24/20213生物制药工艺学——概述抗生素的发现1928年，英国细菌学家FlemingB发现抗菌物质青霉素。在20世纪40年代，一共发现了14种抗生素，50年代发现了20余种，年代开始了化学结构改造的合成和半合成抗生素阶段。目前发现并分离到约9000种抗生素，半合成抗生素约10

2、00种，共万种以上。但实际生产和应用的只有100余种。微生物发酵制药7/24/20214生物制药工艺学——概述发酵制药种类微生物菌体发酵、微生物酶发酵、微生物代谢产物、发酵微生物转化发酵。微生物发酵制药7/24/20215生物制药工艺学——概述制药微生物的种类生产药物的天然微生物主要包括细菌、放线菌和丝状真菌三大类。细菌主要生产环状或链状多肽类抗生素，如芽孢杆菌(Bacillus)产生杆菌肽（bacitracin），细菌还可以产生氨基酸和维生素，如黄色短杆菌（Brevibacteriumflarum）产生谷氨酸，大小菌生产

3、维生素C。  放线菌主要产生各类抗生素，以链霉菌属最多。生产的抗生素主要有氨基糖苷类、四环类、放线菌素类、大环内酯类和多烯大环内酯类。真菌的曲菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青霉素和灰黄霉素等，头孢菌属产生头孢霉素等。微生物发酵制药7/24/20216生物制药工艺学——概述发酵制药的基本过程发酵制药就是利用制药微生物，通过发酵培养，在一定条件下，生长繁殖，同时在代谢过程中产生药物，然后，从发酵液中提取分离、纯化精制，获得药品。菌株选育（mutationandselectionbreeding）、发酵(fermentatio

4、n)和提炼(isolationandpurification)是发酵制药的三个主要工段。工艺过程包括发酵和分离纯化两个阶段。发酵阶段包括生产菌、孢子制备、种子制备、发酵培养，是生物加工工程过程。分离纯化阶段包括发酵液处理与过滤、分离提取、精制、成品检验、包装、出厂检验，是化学分离工程过程。成品检验：包括性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热源试验、无菌试验、酸碱度试验、效价测定、水分测定等。  成品包装：合格成品进行包装，为原料药。制剂由制剂车间或厂再分装。微生物发酵制药7/24/20217生物制药工艺学——概述新药生

5、产菌的选育自然分离:样品的采集与处理分离方法有稀释法和滤膜法活性测定非致病菌为对象，采用琼脂扩散法测定活性，筛选生物活性物质。可以使用耐药和超敏菌种。用HPLC、LC－MS等，分析鉴定活性物质。其他现代的筛选技术如靶向筛选、高通量筛选、高内涵筛选等可以结合使用。微生物菌种的选育与保藏7/24/20218生物制药工艺学——概述新药生产菌的选育自然选育:在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫自然选育或自然分离。基本过程如下：菌种→单孢子或单细胞悬液→适当稀释→琼脂平板分离→挑单个菌落进行生

6、产能力测定→选出优良菌株。自然选育简单易行，可达到纯化菌种、防止退化、稳定生产水平和提高产量的目的。但效率低，增产幅度不会很大。微生物菌种的选育与保藏7/24/20219生物制药工艺学——概述新药生产菌的选育诱变育种:诱变育种是人为创造条件，使菌种发生变异，从中筛选优良个体，淘汰劣质个体，是当前菌种选育的一种主要方法。其特点是速度快、收效大、方法相对简单。但缺乏定向性，要配合大规模的筛选工作。诱发突变的因素有物理、化学和生物三类。诱变育种方案的设计诱变育种整个过程涉及诱变和筛选两个阶段，甚至是不断多轮重复。微生物菌种的选

7、育与保藏7/24/202110生物制药工艺学——概述新药生产菌的选育杂交育种:是两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选具有新性状的菌株。带有定向育种的性质。接合、原生质体融合两种方法。基因工程技术育种：采用基因工程技术即基因克隆与表达技术，过量表达或抑制表达某一个或一组基因，调控代谢过程，实现目标产物的高效表达。微生物菌种的选育与保藏7/24/202111生物制药工艺学——概述新药生产菌的保藏目的：保持长期存活、不退化、不丧失生产能力。保存原理：使其代谢处于不活跃状态，即生长繁殖受抑

8、制的休眠状态，可保持原有特性，延长生命时限。保存方法：斜面低温保存、液体石蜡密封保藏、砂土管保藏、冷冻干燥保藏、液氮低温保藏。微生物菌种的选育与保藏7/24/202112生物制药工艺学——概述新药生产菌的保藏保存机构：中国典型培养物保藏中心（武汉大学）中国科学院典型培养物保藏委员会：中国普通微生物菌种保