生物制药工艺中的重要参数和控制方法

生物制药工艺中的重要参数和控制方法

生物制药是指利用生物学原理和技术，以微生物、动植物细胞、动物和人体组织及其代谢产物为原料，进行提取、纯化、改性、

重组、结构修饰等一系列工艺操作，获取具有特殊药理活性的药

物或治疗性制品的生产过程。在生物制药工艺中，生产过程的重

要参数和控制方法是确保产品质量和生产效率的关键。本文将分

别介绍生物制药工艺中常用的参数以及它们的控制方法。

一、发酵参数

发酵是生物制药生产中最重要的工艺环节之一。发酵参数指的

是影响生物反应的各种因素，包括温度、pH、气体组成、氧气传

递量、搅拌速度等。

1.温度控制：发酵过程中，微生物的生长和代谢活动对温度变

化十分敏感，温度控制是保证发酵反应正常进行的关键。通常情

况下，发酵温度在30-37℃之间，因具体菌株而异。控制发酵罐内

的温度可以通过调节发酵罐内冷却水的流量以及添加温度传感器

等手段实现。

2.pH控制：pH值是微生物生长和代谢所必须的生化参数之一，对于大多数微生物来说，pH值维持在6.5-7.5之间为最适宜。过高或过低的pH值不仅会影响微生物生长和产物质量，还会使微生物变得易感染和易受到毒素伤害。通过添加酸和碱等药剂可以控制

发酵罐内的pH值。

3.气体组成控制：气体组成是影响微生物代谢的重要参数之一，包括氧气、二氧化碳、氮气等。其中，氧气含量是生物制药中最

重要的气体参数，因为氧气供应能明显提高微生物的生长速度和

代谢活性。控制氧气供给可以通过调节氧气进口的流量和罐内的

搅拌情况实现。

4.氧气传递量控制：氧气传递量指氧气将溶解于水中并向发酵

物中输送的速率，它对微生物的代谢和生长状态具有重要影响。

传统上，氧气传递量通过调整搅拌和氧气进口流量来实现。目前

已出现一些新型发酵罐，可以通过增加气体扩散区域来改善氧气

传递效率。

二、纯化参数

纯化是生物制药生产的关键环节之一，质量好坏会直接影响到

最终产品的纯度和活性，而纯化参数的控制也是保证产品质量的

关键。常用的纯化参数包括剪切力、流速、pH、液体流变性等。

1.剪切力控制：剪切力是指液体在流动过程中，因沿流方向上

流速的不同而产生的力。在纯化过程中，高剪切力会导致蛋白质

的空间构象或活性发生改变，从而影响产品的纯度和稳定性。而

低剪切力则会使蛋白质聚集并形成凝胶等。因此，在纯化过程中，需要调整剪切力的大小，减少对蛋白质的破坏。

2.流速控制：流速直接影响到纯化过程中物质的分离效率，一

般情况下，流速的大小应该在允许范围内尽可能地缩小，以获得

更好的分离效果。

3.pH控制：pH值同样是纯化过程中的一个重要参数。具体来说，pH的大小可以对离子交换过程的效率进行控制。例如，在离

子交换层析中，增加pH值可以使阳离子更容易地与阴离子交换，

从而提高纯度。

4.液体流变性控制：相对于其他物质，蛋白质的流变性比较复杂，包括粘度、流动性、变形弹性等参数。在纯化中，需要将流

变参数进行精确调整，才能保证产品的纯度和稳定性。

三、质量控制参数

在生物制药生产过程中，还需要对产品的质量进行严格控制，

常用的质量控制参数包括细胞密度、细胞代谢产物、蛋白质纯度

和活性等。

1.细胞密度的控制：细胞密度通常是指微生物在发酵罐中的数量，它对产品的产量和质量都有直接的影响。因此，在发酵过程中，需要定期对细胞密度进行监测，并在发现异常情况时及时采

取措施。

2.细胞代谢产物的控制：细胞代谢产物包括蛋白质、代谢产物、抑制物等，其生成量和种类直接关系到产品的质量和纯度。在发

酵过程中，需要对细胞代谢产物进行定量检测，并在发现异常情

况时及时调整发酵条件。

3.蛋白质纯度和活性的控制：在产品纯化过程中，需要对蛋白质的纯度和活性进行测试和控制，以保证产品的药效和稳定性。质量控制方面主要是采用高效液相色谱（HPLC）和电泳技术等，同时也需要进行相关的活性测定和稳定性测试。

综上所述，生物制药工艺中的参数和控制方法是保证产品质量和生产效率的重要手段。不同参数的控制需要采取不同的措施，以确保生产过程的稳定性和可重复性。随着技术的不断发展，未来的生物制药工艺控制将会变得更加高效和可靠。