J-02 天然生物材料的提取制药 第二节氨基酸类药物的生产(1)
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氨基酸类药物及其制备工艺PPT课件
氨基酸的理化性质
特殊基团反应：
酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林-达尼斯反应； 精氨酸的胍基产生坂口反应； 色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应； 组氨酸的咪唑基产生Pauly反应； 苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应； 胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产生铅黑反应；
氨基酸的理化性质
构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有 光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸 收。
在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙 氨酸和色氨酸光吸收。
苯丙氨酸的max＝257nm 酪氨酸的max＝275nm 色氨酸的max＝280nm
氨基酸的理化性质
半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠反应生成紫红色化合物。
氨基酸的理化性质
氨基酸分子同时含有氨基和羧基，即可带正电也可带负电，也可同时带 电，为两性电解质。
氨基酸带何种电荷主要取决于溶液的pH值。若在一定的pH值环境下 氨基酸所带的正负电荷数相同，净电荷为零，此时的pH值称为：
等电点（pI）。 pH > pI, 氨基酸带负电。 pH < pI, 氨基酸带正电。 pH = pI, 氨基酸溶解度最低，易于结晶和沉淀。
Proline
Serine Threonine
Tryptophan
Tyrosine Valine
符号与缩写 A 或 Ala R 或 Arg N 或 Asn D 或 Asp C 或 Cys Q 或 Gln E 或 Glu G 或 Gly
H 或 His
I 或 Ile L 或 Leu K 或 Lys M 或 Met F 或 Phe
组氨酸
异亮氨酸 亮氨酸 赖氨酸 蛋氨酸 苯丙氨酸
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质提取工艺课件
提取工艺
5
3.蛋白质的变性
引起蛋白质变性的原因：（物理和化学）
物理因素：加热、加压、脱水、搅拌、振荡、
紫外线照射、超声波等；
化学因素：强酸、强碱、尿素、重金属盐等
在临床医学上，变性因素常常被应用于消毒 及灭菌。
注意防止蛋白质变性就能有效保存蛋白质制
剂
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质
提取工艺
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3.蛋白质的变性
提取工艺
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蛋白质的变性、沉淀、凝固相互之 间有密切关系
蛋白质变性后不一定沉淀，变性的 蛋白质只在等电点附件才沉淀；
沉淀的蛋白质也不一定凝固
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质
提取工艺
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二、蛋白质、氨基酸的分类
1.蛋白质的分类
按组成上分：
单纯蛋白质和结合蛋白质
➢ 单纯蛋白质：水解后只生成氨基酸的蛋白质。
物的细胞壁和细胞器中 ➢储藏蛋白：贮藏物质，供生长利用。
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质
提取工艺
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按功能分类：
活性蛋白质和非活性蛋白质
➢活性蛋白质：酶、激素蛋白质、膜蛋白质等 ➢非质
提取工艺
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三、蛋白质、氨基酸的生理功能
➢蛋白质是与各种形式的生命活动联系在一
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质
提取工艺
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抢救误服重金属盐中毒的病人。
天然药物提取工艺氨基酸和蛋白质
提取工艺
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c.生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质：
➢蛋白质可与生物碱试剂（苦味酸、鞣酸） 以及某些酸（三氯乙酸、硝酸等）结合成 不溶性的盐沉淀；
➢ 沉淀的条件为pH小于等电点，此时蛋白 质带正电荷易与酸根负离子结合成盐；
制药工艺
制药工艺生物制药包括上游工艺、下游工艺和制剂工艺过程。
上游工艺以生物材料为核心，主要包括基因分子操作与重组、固定化、细胞融合等技术；下游工艺以药物后处理为核心，包括细胞大规模培养、药物的提取和纯化以及质量控制等。
一：概述：生物药物：是利用生物体、生物组织或其成分，综合应用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、生物分离与纯化技术和药学的原理与加工方法进行加工、制造而成的一类预防、诊断疾病的物质。
生物药物主要来源：动物脏器；血液、分泌物和其他代谢产物；海洋生物；植物；微生物。
生物制药：是利用生物体或生物过程在人为设定的条件下生产各种生物药物的技术，研究的主要内容包括各种生物药物的原料来源及其生物学特性、各种生理活性物质的结构与性质及其结构与疗效间的相互关系、制备原理、生产工艺及其质量控制等。
生物制药的发展过程:1天然生物材料的提取制药2发酵工程制药3酶工程制药4细胞工程制药5基因工程制药。
生物药物的分类：按照化学结构和特性：1氨基酸类药物及其衍生物2多肽和蛋白类药物3酶类药物4核酸及其降解物和衍生物5糖类药物6细胞因子7生物制品类；按原料来源：1人体组织来源的生物药物2动物组织来源3植物来源4微生物来源5海洋生物来源；按生理功能和用途：1治疗药物2预防药物3诊断药物4其他生物医药用品。
二：天然生物材料的提取制药：生化药物：从生物体分离纯化，用化学合成、微生物合成或现代生物技术制得的用于预防、治疗和诊断疾病的一类生化物质。
生化药物最大特点：1.来自于生物体，即来自动物、植物和微生物；2.为生物体中的基本化学成分。
氨基酸类药物的常用生产方法：1蛋白水解提取法2微生物发酵法3化学合成法4酶合成法；常用提取分离法：1溶解度和等电点法2特殊沉淀法3离子交换法4氨基酸的结晶与干燥。
常用细胞破碎方法：1机械法2物理法3化学法和酶法。
多肽和蛋白质类药物的纯化：1利用溶解度不同的纯化方法2利用分子结构和大小不同的纯化方法3利用电离性质不同的纯化方法4利用生物功能专一性的不同纯化方法。
天然生物材料的提取制药
材料
物质
2、生物药物的研究范畴 生物药物 包括从动物、植物、微生物等生物原料制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或 半合成的天然物质类似物。因此，抗生素、生化药物、生物制品等均属生物药物的范畴。 生物药物 基因工程药物 生化药 物 生 物制品
抗生 素
江苏农林职业技术学院讲稿
第 2第 5 页 共 5 页
（2）现代，天然的生物材料和人工制备的生物原料，如：人工构建的工程菌、工程细 胞、转基因动植物，其质量更好和产量更高，是开发生物制药资源的新途径。 二、分类 按化学本质和化学特性分类： 1、氨基酸及其衍生物类药物； 2、多肽和蛋白质类药物； 3、酶类药物； 4、核酸及其降解物和衍生类药物； 5、糖类药物； 6、脂类药物。 三、传统生化制药的一般工艺过程 材料→预处理→固液分离→浓缩→纯化→产品定型（书，P10） 在提取纯化的过程中，要尽可能减少操作步骤，以提高总收率。 四、生化药物在医药工业中的地位 1、生产迅速增长 粗加工→精加工，加工原料→制剂生产，在生产管理、质量监督、科学技术、人才培 养等方面形成相对独立的体系，成为我国一大制药行业。 2、生产技术不断提高 起步晚，基础差。加强技术改造，改造车间，更新设备，为进一步发展打下较好基础。 3、产品结构逐步优化，质量不断提高 近十年来，加强了科研工作，成功地开发出了一批新的生化药物，使生化药物结构发 生了质的变化。 同时，对于一批疗效确切但质量标准低的产品，通过整顿，提高了质量标准和临床疗 效，增强了竞争力。例如：尿激酶，由于提高了质量，不仅不再从国外进口，而且已向国 外出口了。 4、产品结构改变，规模经济占主导地位 目前，30%以上企业产值占总产值 50%以上，规模效益是生化制药今后发展的方向。 课堂小结： （3 分钟） 本次课须掌握生物药物的定义和研究范畴、 原料来源和特点； 生化药物的定义和特点、 分类、一般制备工艺。 思考题： （2 分钟） 1、生物药物的定义。 2、简述生物材料的来源和特点。 3、生物药物的种类有哪些？ 4、生化药物的分类原则是什么？有哪些种类？ 5、生化药物的制备一般工艺主要步骤有哪些？ 课后体会：
生化药物制造工艺氨基酸类药物
酶法是20世纪70年代兴起的生产方法，它是利用生物酶催化的立体专一性反应，从底物生产光学活性的氨基酸。
酶转化法亦称为酶工程技术，实际上是在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸的技术。 本法基本过程是利用化学合成、生物合成或天然存在的氨基酸前体为原料，同时培养具有相应酶的微生物、植物或动物细胞，然后将酶或细胞进行固定化处理，装填于适当反应器中制成所谓“生物反应堆”。
L-天冬氨酸及L-丙氨酸的制备
-天冬氨酸及L-丙氨酸的结构与性质
L－天冬氨酸（L-Aspartic acid，Asp）的结构与性质 L-Asp存在于所有蛋白质分子中，含两个羧基和一个氨基，为酸性氨基酸，分子式为C4H7NO4，分子量为133.10，结构式为：
L-Asp的化学名称为α-氨基丁二酸或氨基琥珀酸，纯品为白色菱形叶片状结晶，等电点为2.77，熔点为269～271℃。溶于水及盐酸，不溶于乙醇及乙醚，在25℃水中溶解度为0.8，在75℃水中为2.88，在乙醇中为0.00016。
微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种α－酮酸上，生成的新的氨基酸亦称为初生氨基酸。
1、基本原理与过程
在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其他氨基酸称为次生氨基酸。因此，大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
另外，有些氨基酸可以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
理论上所有氨基酸皆可由化学合成法制造。
（四）化学合成法
多种结晶L－氨基酸依特定比例混合制成的静脉内输注液称为氨基酸输液。
01
当由于疾病等原因，不能经口摄取的时候，把纯度高的氨基酸混合液作为最合适的氮源，从静脉注入身体是比较合理的营养补给方法。
L-胱氨酸的结构与性质 L-胱氨酸存在于所有蛋白质分子中，尤以毛、发及蹄甲等角蛋白中含量最多。其分子由两分子半胱氨酸脱氢氧化而成，结构为：
J-02 天然生物材料的提取制药 第二节氨基酸类药物的生产(1)
（1）酸水解法
方法：在蛋白质原料中加入约4倍质量的6mol/L盐酸或8mol/L硫酸，于110℃加热回流16～24h，或加压下于120℃水解12h，使氨基酸充分析出，除酸即得氨基酸混合物。
优点：水解完全，不发生消旋作用，所得氨基酸均为L-氨基酸。
缺点：部分氨基酸被破坏，产生黑色物质。
（2）碱水解法
方法：在蛋白质原料中加入6mol/L氢氧化钠或4mol/L氢氧化钡，于100℃加热水解6h，得氨基酸混合物。
例如：精氨酸＋苯甲醛→苯亚甲基精氨酸↓
苯亚甲基精氨酸＋盐酸→精氨酸盐酸盐＋苯甲醛↑
操作简便，针对性强。缺点是沉淀剂比较难以除去。
3、离子交换法
利用离子交换剂对不同氨基酸的吸附能力不同而分离纯化氨基酸的方法。氨基酸为两性电解质，在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同，故可对氨基酸混合物进行分组或单一成分的分离。
冷冻干燥：冷冻干燥器，升华干燥，物料在高真空和低温条件下干燥，尤适用于热敏性物品的干燥；成品多孔疏松，易于溶解；含水量低，有利于药品长期贮存，但设备投资大，生产成本高。
小结：（3分钟）
本次课须掌握氨基酸生产方法、提取分离方法。
思考题：（2分钟）
1、氨基酸的生产方法有哪些？
2、氨基酸类药物常用的提取方法是什么？
干燥方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥
常压干燥：电热鼓风干燥箱，热量以热对流方式由热空气传给湿物料使湿气汽化的过程。干燥时间长，易引起成分的破坏，干燥品较难粉碎。为加快干燥，可加强翻动，及时粉碎板结硬块（颗粒剂可在成品八成干时，先整粒再干燥），并应及时排出湿空气。
减压干燥：真空干燥箱，干燥的温度低，速度快；减少了物料与空气的接触机会，避免污染或氧化变质；产品呈松脆的海绵状，易于粉碎。适于稠膏（相对密度应达1.35以上，摊于不锈钢盘中）及热敏性或高温下易氧化物料的干燥，但应控制好真空度与加热蒸汽压力，以免物料起泡溢盘，造成浪费与污染。
方法：在蛋白质原料中加入约4倍质量的6mol/L盐酸或8mol/L硫酸，于110℃加热回流16～24h，或加压下于120℃水解12h，使氨基酸充分析出，除酸即得氨基酸混合物。
优点：水解完全，不发生消旋作用，所得氨基酸均为L-氨基酸。
缺点：部分氨基酸被破坏，产生黑色物质。
（2）碱水解法
方法：在蛋白质原料中加入6mol/L氢氧化钠或4mol/L氢氧化钡，于100℃加热水解6h，得氨基酸混合物。
例如：精氨酸＋苯甲醛→苯亚甲基精氨酸↓
苯亚甲基精氨酸＋盐酸→精氨酸盐酸盐＋苯甲醛↑
操作简便，针对性强。缺点是沉淀剂比较难以除去。
3、离子交换法
利用离子交换剂对不同氨基酸的吸附能力不同而分离纯化氨基酸的方法。氨基酸为两性电解质，在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同，故可对氨基酸混合物进行分组或单一成分的分离。
冷冻干燥：冷冻干燥器，升华干燥，物料在高真空和低温条件下干燥，尤适用于热敏性物品的干燥；成品多孔疏松，易于溶解；含水量低，有利于药品长期贮存，但设备投资大，生产成本高。
小结：（3分钟）
本次课须掌握氨基酸生产方法、提取分离方法。
思考题：（2分钟）
1、氨基酸的生产方法有哪些？
2、氨基酸类药物常用的提取方法是什么？
干燥方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥
常压干燥：电热鼓风干燥箱，热量以热对流方式由热空气传给湿物料使湿气汽化的过程。干燥时间长，易引起成分的破坏，干燥品较难粉碎。为加快干燥，可加强翻动，及时粉碎板结硬块（颗粒剂可在成品八成干时，先整粒再干燥），并应及时排出湿空气。
减压干燥：真空干燥箱，干燥的温度低，速度快；减少了物料与空气的接触机会，避免污染或氧化变质；产品呈松脆的海绵状，易于粉碎。适于稠膏（相对密度应达1.35以上，摊于不锈钢盘中）及热敏性或高温下易氧化物料的干燥，但应控制好真空度与加热蒸汽压力，以免物料起泡溢盘，造成浪费与污染。
氨基酸类药物的制备
学习改变命运,知 识创造未来
氨基酸类药物的制备
•③吸附法：是利用吸附剂对不同氨基酸吸附力的差 异进行分离的方法。如颗粒活性炭对苯丙氨酸、酪 氨酸及色氨酸的吸附力大于对其它非芳香族氨基酸 的吸附力，故可从氨基酸混合液中将上述氨基酸分 离出来。
•
•④离子交换法：是利用离子交换剂对不同氨基酸吸 附能力的差异进行分离的方法。氨基酸为两性电解 质，在特定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离 状态不同，故同一种离子交换剂对不同氨基酸的吸 附力不同。
学习改变命运,知 识创造未来
氨基酸类药物的制备
•⑦精制、烘干
• 每10kg L-异亮氨酸半成品加8L浓盐酸和20L去离子 水，加热至80℃，搅拌溶解，加10kg氯化钠至饱和，加 工业碱液调pH10.5，过滤，滤液用碱调pH 1.5，5℃放 置过夜。滤取沉淀，用80L，去离子水加热至80℃搅拌 溶解，加适量氯化钠和1%（w／v）活性炭，70℃搅拌 脱色lh过滤，滤液减压浓缩至适当浓度，用氨水调 pH6.0，5℃放置结晶过夜。次日过滤收集结晶，抽干， 于105℃烘房中烘干得L-异亮氨酸成品。
学习改变命运,知 识创造未来
氨基酸类药物的制备
•（3）氨基酸的精制方法
• 分离出的特定氨基酸中常含有少量其它杂质，需进行 精制，常用的有结晶和重结晶技术，也可采用溶解度法 或结晶与溶解度法相结合的技术。
• 丙氨酸在稀乙醇或甲醇中溶解度较小，且pI为6.0， 故丙氨酸可在pH6.0时，用50％冷乙醇结晶或重结晶加以 精制。
• 氨基酸具有丰富的营养价值，能治疗多种疾病
，氨基酸及其衍生物能够治疗消化道疾病、肝病、脑
及神经系统疾病、肿瘤和其它与氨基酸相关联的疾病
学习改变命运,知 识创造未来
第二章 天然生物材料的提取制药
法
2、微生物发酵法 3、化学合成法 4、酶合成法
二、氨基酸类药物提取分离方法
1、溶解度和等电点
利用氨基酸在溶液中溶解度的差异 时溶解度最小原理分离
2、特殊沉淀剂法
利用氨基酸与特殊试剂生成沉淀， 然后再其他试剂分解沉淀以分离目的产物
3、离子交换法
利用不同离子交换树脂吸附氨基酸分离
4、氨基酸的结晶与干燥
第三节 多肽及蛋白类药物生产
活性多肽和蛋白质是目前药物市场中比较 流行生化药物，就其生产方法有：生化提 取、微生物发酵、基因工程。目前通过基 因工程手段已经工业化生产的有：胰岛 素、干扰素、白细胞介素 、生长素。主要 生产由原来的细胞中提取到采用基因工程 细胞发酵生产。
干扰素是一组具有多种 功能的活性蛋白质（主 要是糖蛋白），是一种 由单核细胞和淋巴细胞 产生的细胞因子。它们 在同种细胞上具有广谱 的抗病毒、影响细胞生 长，以及分化、调节免 疫功能等多种生物活性 。
一组由多种类型细胞所分泌的、 结构和功能各异的可溶性蛋白， 参与细胞间信息交换。现在是指 一类分子结构和生物学功能已基 本明确，具有重要调节作用而统 一命名的细胞因子，它和血细胞 生长因子同属细胞因子。两者相 互协调，相互作用，共同完成造 血和免疫调节功能。白细胞介素 在传递信息，激活与调节免疫细 胞，介导T、B细胞活化、增殖与 分化及在炎症反应中起重要作用。
（蛋7白）质重工组程疫(p苗rot与ei治n e疗ng性in抗ee体ring)
是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白 质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。
2. 基因药物（gene medicine） (1)基因治疗 (2)反义核酸药物
四、生化药物的制备一般工艺
2、微生物发酵法 3、化学合成法 4、酶合成法
二、氨基酸类药物提取分离方法
1、溶解度和等电点
利用氨基酸在溶液中溶解度的差异 时溶解度最小原理分离
2、特殊沉淀剂法
利用氨基酸与特殊试剂生成沉淀， 然后再其他试剂分解沉淀以分离目的产物
3、离子交换法
利用不同离子交换树脂吸附氨基酸分离
4、氨基酸的结晶与干燥
第三节 多肽及蛋白类药物生产
活性多肽和蛋白质是目前药物市场中比较 流行生化药物，就其生产方法有：生化提 取、微生物发酵、基因工程。目前通过基 因工程手段已经工业化生产的有：胰岛 素、干扰素、白细胞介素 、生长素。主要 生产由原来的细胞中提取到采用基因工程 细胞发酵生产。
干扰素是一组具有多种 功能的活性蛋白质（主 要是糖蛋白），是一种 由单核细胞和淋巴细胞 产生的细胞因子。它们 在同种细胞上具有广谱 的抗病毒、影响细胞生 长，以及分化、调节免 疫功能等多种生物活性 。
一组由多种类型细胞所分泌的、 结构和功能各异的可溶性蛋白， 参与细胞间信息交换。现在是指 一类分子结构和生物学功能已基 本明确，具有重要调节作用而统 一命名的细胞因子，它和血细胞 生长因子同属细胞因子。两者相 互协调，相互作用，共同完成造 血和免疫调节功能。白细胞介素 在传递信息，激活与调节免疫细 胞，介导T、B细胞活化、增殖与 分化及在炎症反应中起重要作用。
（蛋7白）质重工组程疫(p苗rot与ei治n e疗ng性in抗ee体ring)
是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白 质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。
2. 基因药物（gene medicine） (1)基因治疗 (2)反义核酸药物
四、生化药物的制备一般工艺
生物制药工艺学 氨基酸类药物-氨基酸的生产方法 讲义
第二章氨基酸类药物第二节氨基酸的生产方法掌握直接发酵生产氨基酸的操作要点；通过赖氨酸发酵生产的工艺过程，熟悉赖氨酸的发酵生产和产品的分离纯化工艺过程教学基本内容：2.2 直接发酵法2.2.1 直接发酵法的原理工业上，发酵实质上是利用微生物细胞中酶的作用，将培养基中有机物转化为细胞或其它有机物的过程。
初生氨基酸：微生物通过固氮作用、硝酸还原及自外界吸收氨使酮酸氨基化成相应的氨基酸，或微生物通过转氨酶作用，将一种氨基酸的氨基转移到另一种酮酸上，生成的新氨基酸也称为初生氨基酸。
次生氨基酸：在微生物作用下，以初生氨基酸为前体转化成的其它氨基酸。
大多数氨基酸均可通过以初生氨基酸为原料的微生物转化作用而产生。
有些氨基酸可以以有机化合物和氨盐为前体，在相应酶作用下而产生。
发酵法中氨基酸的碳链主要来自糖代谢中间产物，如草酰乙酸、α-酮戊二酸、赤藓糖-4-磷酸、磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸及分枝酸等。
2.2.2 直接发酵法分类按照生产菌株的特性，直接发酵法可分为5类：1. 使用野生型菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸的发酵生产；2. 使用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如赖氨酸（高丝氨酸缺陷）、亮氨酸（苯丙氨酸缺陷）等；3. 由氨基酸结构类似物抗性突变株生产氨基酸，如赖氨酸（S-（2-氨基乙酸）-L-半胱氨酸（AEC）等；4. 使用营养缺陷型兼抗性突变株生产氨基酸，如高丝氨酸（蛋氨酸、赖氨酸缺陷，α-氨基-β-羟基戊酸AHV抗性）等；5. 以氨基酸的中间产物为原料，用微生物将其转化为相应的氨基酸，这一方法主要用于很难避开其反馈调节机制，而难以用直接发酵法生产的氨基酸。
如现已成功地用邻氨基苯甲酸作为前体物生产L-色氨酸，用甘氨酸作为前体工业化生产L-丝氨酸。
发酵法生产氨基酸的基本过程包括培养基配制与灭菌处理，菌种诱变与选育，菌种培养、灭菌及接种发酵，产品提取及分离纯化等步骤。
生物技术制药(天然)
四、多肽和蛋白类药物的纯化
蛋白、非蛋白分开 纯化 不同的蛋白质分开 纯化方法： 1.利用溶解度不同：盐析法、有机溶剂法、等电点沉淀法、 加热变性法 2.利用分子结构和大小不同：凝胶色谱法和超滤法 3.利用电离性质不同：电泳法（基团带电） 4.利用生物功能专一性：蛋白质的底物结合特异性 如抗原与抗体、激素与受体的结合（不溶性配基、亲和柱）
生化药物的制备一般工艺流程
生 化 药 物 提 取 和 纯 化 预处理：清洗、加热、调PH、凝聚、絮凝 固液分离：沉降、离心、过滤 浓缩 ：研磨、离心、萃取 纯化：沉淀、吸附、萃取、高度纯化 产品定型：过滤、浓缩、干燥、结晶 五个步骤 尽量减少操作步骤，提高得率
生化药物在医药工业中的地位
医药产业的重要组成部分，广阔前景 思考题：简述生化药物的一般制备工艺？
生化提取法
一、材料选择 来源丰富、含量高、成本低 影响因素：种属影响、解剖学部位 二、材料的预处理 体液或细胞外成分 直接提取 细胞内成分 细胞破碎 提纯
常用的细胞破碎方法
1.机械法 捣碎机、匀浆机、研钵等 2.物理法 a.反复冻融法：-20~-15℃凝固，缓慢 融化，颗粒破坏 b.急热骤冷法：90℃加热数分钟 冰水 c.超声波处理：机械振动，适用微生物材 料 d.加压破碎法：气压或水压 发酵工业
辅酶Q10缘何热起来
研究表明：CoQ10具有多种治疗作用，其中包括促进能 量转化为热量、抑止过氧化脂质的产生和抗（肌肉）疲劳。 天然CoQ10，它在人类20岁时达到峰值，此后人体合成 CoQ10数量开始逐年下降，到40岁时人体CoQ10产生量 仅为20岁时的一半，而中年人心脏中CoQ10的含量更大 大低于年青人。 日本是世界上第一个生产与使用CoQ10的国家 据厂商宣传材料称，女性常服CoQ10美容食品既能保持 身材苗条（因为CoQ10能帮助“燃烧”掉体内多余的脂 肪），又能使皮肤保持嫩白，防止皱纹产生。这些健康诉 求无疑对广大日本女性消费者有极大的吸引力，日本国内 CoQ10的产销量因此翻一番。
氨基酸药物的发酵生产课件
（4）检验 应为六角形或六角柱形白色结晶，含量在 98.5％以上，干燥失重小于0.5％，炽灼残渣小于0.2 ％，氯化物小于0.15％，铁盐小于0.001％，重金属小 于20ppm。
氨基酸药物的发酵生产
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含量测定：
（5）作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高 白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上 用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣 及病后或产后继发性脱发。
二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用
1、氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，故生物体 中众多蛋白质的生物功能，无不与构成蛋白质的氨基 酸种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密 切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡 有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道 吸收氨基酸 。
通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失 调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。
氨基酸药物的发酵生产
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2、L-亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备
（1）L-亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋 白质中，以玉米麸质及血粉中含量最丰富，其次在角 甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸为人体必 需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨 基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17 ,结构 式：
特殊基团反应：
酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林－达尼斯反 应；
精氨酸的胍基产生坂口反应；
氨基酸药物的发酵生产
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色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应；
组氨酸的咪唑基产生Pauly反应； 苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；
胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产 生铅黑反应；
半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普 盐）反应生成紫红色化合物。
氨基酸药物的发酵生产
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含量测定：
（5）作用与用途 L-胱氨酸具有增强造血机能、升高 白细胞、促进皮肤损伤的修复及抗辐射作用。临床上 用于治疗辐射损伤、重金属中毒、慢性肝炎、牛皮癣 及病后或产后继发性脱发。
二、氨基酸及其衍生物在医药中的应用
1、氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，故生物体 中众多蛋白质的生物功能，无不与构成蛋白质的氨基 酸种类、数量、排列顺序及由其形成的空间构象有密 切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡 有极其重要的意义。生命活动中人及动物通过消化道 吸收氨基酸 。
通过体内转化而维持其动态平衡，若其动态平衡失 调，则机体代谢紊乱，甚至引起病变。
氨基酸药物的发酵生产
22
2、L-亮氨酸（L-Leucine，L-leu）的制备
（1）L-亮氨酸的结构与性质 L-亮氨酸存在于所有蛋 白质中，以玉米麸质及血粉中含量最丰富，其次在角 甲、棉籽饼和鸡毛中含量也较多。L-亮氨酸为人体必 需氨基酸之一，化学名称为2-氨基-4-甲基戊酸或2-氨 基异己酸，分子式：C6H13NO2,分子量：131.17 ,结构 式：
特殊基团反应：
酪氨酸的酚羟基可产生米伦反应与福林－达尼斯反 应；
精氨酸的胍基产生坂口反应；
氨基酸药物的发酵生产
4
色氨酸的吲哚基与芳醛产生红色反应；
组氨酸的咪唑基产生Pauly反应； 苯丙氨酸硝化后于碱性条件下产生桔黄色反应；
胱氨酸及半胱氨酸经酸或碱破坏后可与醋酸铅产 生铅黑反应；
半胱氨酸在碱性条件下与亚硝基铁氰化钠（硝普 盐）反应生成紫红色化合物。
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另外，氨基酸在等电点时溶解度最小，易沉淀析出，故利用溶解度制备氨基酸时，常与氨基酸等电点沉淀法结合并用。
氨基酸在不同溶剂中溶解度不同这一特性，不仅用于氨基酸的分离纯化，还可用于氨基酸的结晶。
中性氨基酸5～6.3
酸性氨基酸2.8～3.2
碱性氨基酸7.6～10.8
2、特殊沉淀剂法
氨基酸可以和一些有机化合物或无机化合物生产具有特殊性质的结晶性衍生物，利用这一性质可分离纯化某些氨基酸。
例如：精氨酸＋苯甲醛→苯亚甲基精氨酸↓
苯亚甲基精氨酸＋盐酸→精氨酸盐酸盐＋苯甲醛↑
操作简便，针对性强。缺点是沉淀剂比较难以除去。
3、离子交换法
利用离子交换剂对不同氨基酸的吸附能力不同而分离纯化氨基酸的方法。氨基酸为两性电解质，在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同，故可对氨基酸混合物进行分组或单一成分的分离。
也称酶工程技术，是化学合成法和发酵法的基础上发展建立起来的一种新生产工艺。
以化学合成的、生物合成的或天然存在的氨基酸前体为原料，将含特定酶的微生物、植物或动物细胞进行固定化处理，通过酶促反应制备氨基酸。
固定化处理：通过载体将酶进行限制或固定于特定的空间位置，使之变成不易随水流失即运动受限制、而又能发挥催化作用的酶制剂。
微生物转化法：利用菌体的酶系，加入前体物质合成特定氨基酸的方法。
基本过程：菌种的培养、接种发酵、产品提取、分离纯化
菌种：细菌、酵母、基因工程菌（苏氨酸、色氨酸）。
产品：谷氨酸、谷氨酰胺、丝、酪氨酸。
优点：直接生产L-型氨基酸，原料丰富，成本低。
缺点：产物浓度低，生产周期长，设备投资大，有副产物，单晶体氨基酸的分离比较复杂。
导入新课：（3分钟）
氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位。生物大分子蛋白质在生命活动中表现出各种各样的生理功能，这与构成蛋白质的氨基酸种类、数量和排列顺序有密切关系。
蛋白质和氨基酸之间不断分解与合成，在机体内形成一个动态平衡体系，任何一种氨基酸的缺乏和代谢失调，都会破坏这种平衡，导致机体代谢紊乱乃至疾病。因此，氨基酸类药物越来越受到重视。
干燥方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥
常压干燥：电热鼓风干燥箱，热量以热对流方式由热空气传给湿物料使湿气汽化的过程。干燥时间长，易引起成分的破坏，干燥品较难粉碎。为加快干燥，可加强翻动，及时粉碎板结硬块（颗粒剂可在成品八成干时，先整粒再干燥），并应及时排出湿空气。
减压干燥：真空干燥箱，干燥的温度低，速度快；减少了物料与空气的接触机会，避免污染或氧化变质；产品呈松脆的海绵状，易于粉碎。适于稠膏（相对密度应达1.35以上，摊于不锈钢盘中）及热敏性或高温下易氧化物料的干燥，但应控制好真空度与加热蒸汽压力，以免物料起泡溢盘，造成浪费与污染。
冷冻干燥：冷冻干燥器，升华干燥，物料在高真空和低温条件下干燥，尤适用于热敏性物品的干燥；成品多孔疏松，易于溶解；含水量低，有利于药品长期贮存，但设备投资大，生产成本高。
小结：（3分钟）
本次课须掌握氨基酸生产方法、提取分离方法。
思考题：（2分钟）
1、氨基酸的生产方法有哪些？
2、氨基酸类药物常用的提取方法是什么？
第二章天然生物材料的提取制药
第二节氨基酸类药物的生产
一、氨基酸类药物的常用生产方法（40分钟）
蛋白水解提取法
微生物发酵法直接发酵法
微生物转化法
酶合成法
化学合成法
1、蛋白水解提取法
原料：毛发、血粉、废蚕丝等。
基本过程：分离、精制、结晶。
优点：原料来源丰富，投产比较容易。
缺点：产量低，成本高。
产品：胱、亮、酪氨酸
例如：在pH5～6的溶液中，碱性氨基酸带正点，酸性氨基酸带负电，中性氨基酸呈电中性，选择适宜离子交换树脂，然后用不同pH缓冲液洗脱。
若要分离酸性氨基酸，应选用什么离子交换树脂？阴离子交换树脂
4、结晶与干燥
结晶是溶质以晶体状态从溶液中析出的过程。
结晶方法：样品达到一定的纯度、较高的浓度，pH值在pI附近，低温条件下使其结晶析出。
第二讲
授课内容
第二章天然生物材料的提取制药
第二节氨基酸类药物的生产1
授课时数
2
教学目标
掌握氨基酸生产方法、基本过程、特点，氨基酸提取分离方法
教学重点
氨基酸生产方法、提取分离方法
教学难点
氨基酸提取分离方法
教材教具
PPT，黑板
教学内容（含教学步骤、时间分配、教法学法、作业布置等）
复习：（2分钟）生物药物的定义和研究范畴、原料来源和特点；生化药物的定义和特点、分类、一般制备工艺。
3、常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥用仪器是什么？特点如何？
课后体会：
（3）酶水解法
方法：利用胰酶、胰浆或微生物蛋白酶等，在常温下水解蛋白质制备氨基酸。
优点：反应条件温和，氨基酸不被破坏，不发生消旋作用，所需设备简单，无环境污染。
缺点：水解不完全，中间产物多，水解时间长。
主要用于蛋白胨和水解蛋白，在氨基酸生产上比较少用。
2、微生物发酵法
直接发酵法：以糖为碳源、以氨或尿素为氮源，通过微生物的发酵繁殖，直接生产氨基酸的方法。
优点：产物浓度高，副产物少，成本低，周期短，收率高固定化酶或细胞可连续仿佛使用，节省能源。
产品：天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色Байду номын сангаас酸、异亮氨酸等。
二、氨基酸类药物的常用提取分离方法（30分钟）
1、溶解度和等电点法
溶解度法是根据不同氨基酸在水和乙醇中的溶解度不同，而将氨基酸彼此分离。
例如：胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，酪氨酸在热水中的溶解度较大，而胱氨酸则无多大差别，故将胱氨酸、酪氨酸与其他氨基酸及彼此分开。
喷雾干燥：喷雾干燥器，通过机械作用，将需要干燥的物料，分散成很细的象雾一样的微粒（以增大水分蒸发面积，加速干燥过程），与热空气接触后，在一瞬间将大部分水分除去，而使物料中的固体物质干燥成粉末。
药液未经长时间浓缩又是瞬间干燥，特别适用于热敏性物料；产品质量好，为疏松的细颗粒或细粉，溶解性能好，且保持原来的色香味；操作流程管道化，是目前中药制药中最佳的干燥技术之一。
3、化学合成法
是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产氨基酸。
优点：可以采用多种原料和多种工艺路线，特别是以石油化工产品为原料时，成本较低，生产规模大，适合工业化生产，产品易分离纯化。
缺点：生产工艺复杂，形成消旋体，需拆分。
产品：蛋氨酸、甘氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、脯氨酸等。
4、酶合成法
（1）酸水解法
方法：在蛋白质原料中加入约4倍质量的6mol/L盐酸或8mol/L硫酸，于110℃加热回流16～24h，或加压下于120℃水解12h，使氨基酸充分析出，除酸即得氨基酸混合物。
优点：水解完全，不发生消旋作用，所得氨基酸均为L-氨基酸。
缺点：部分氨基酸被破坏，产生黑色物质。
（2）碱水解法
方法：在蛋白质原料中加入6mol/L氢氧化钠或4mol/L氢氧化钡，于100℃加热水解6h，得氨基酸混合物。
氨基酸在不同溶剂中溶解度不同这一特性，不仅用于氨基酸的分离纯化，还可用于氨基酸的结晶。
中性氨基酸5～6.3
酸性氨基酸2.8～3.2
碱性氨基酸7.6～10.8
2、特殊沉淀剂法
氨基酸可以和一些有机化合物或无机化合物生产具有特殊性质的结晶性衍生物，利用这一性质可分离纯化某些氨基酸。
例如：精氨酸＋苯甲醛→苯亚甲基精氨酸↓
苯亚甲基精氨酸＋盐酸→精氨酸盐酸盐＋苯甲醛↑
操作简便，针对性强。缺点是沉淀剂比较难以除去。
3、离子交换法
利用离子交换剂对不同氨基酸的吸附能力不同而分离纯化氨基酸的方法。氨基酸为两性电解质，在一定条件下，不同氨基酸的带电性质及解离状态不同，对同一种离子交换剂的吸附力也不同，故可对氨基酸混合物进行分组或单一成分的分离。
也称酶工程技术，是化学合成法和发酵法的基础上发展建立起来的一种新生产工艺。
以化学合成的、生物合成的或天然存在的氨基酸前体为原料，将含特定酶的微生物、植物或动物细胞进行固定化处理，通过酶促反应制备氨基酸。
固定化处理：通过载体将酶进行限制或固定于特定的空间位置，使之变成不易随水流失即运动受限制、而又能发挥催化作用的酶制剂。
微生物转化法：利用菌体的酶系，加入前体物质合成特定氨基酸的方法。
基本过程：菌种的培养、接种发酵、产品提取、分离纯化
菌种：细菌、酵母、基因工程菌（苏氨酸、色氨酸）。
产品：谷氨酸、谷氨酰胺、丝、酪氨酸。
优点：直接生产L-型氨基酸，原料丰富，成本低。
缺点：产物浓度低，生产周期长，设备投资大，有副产物，单晶体氨基酸的分离比较复杂。
导入新课：（3分钟）
氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位。生物大分子蛋白质在生命活动中表现出各种各样的生理功能，这与构成蛋白质的氨基酸种类、数量和排列顺序有密切关系。
蛋白质和氨基酸之间不断分解与合成，在机体内形成一个动态平衡体系，任何一种氨基酸的缺乏和代谢失调，都会破坏这种平衡，导致机体代谢紊乱乃至疾病。因此，氨基酸类药物越来越受到重视。
干燥方法：常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥
常压干燥：电热鼓风干燥箱，热量以热对流方式由热空气传给湿物料使湿气汽化的过程。干燥时间长，易引起成分的破坏，干燥品较难粉碎。为加快干燥，可加强翻动，及时粉碎板结硬块（颗粒剂可在成品八成干时，先整粒再干燥），并应及时排出湿空气。
减压干燥：真空干燥箱，干燥的温度低，速度快；减少了物料与空气的接触机会，避免污染或氧化变质；产品呈松脆的海绵状，易于粉碎。适于稠膏（相对密度应达1.35以上，摊于不锈钢盘中）及热敏性或高温下易氧化物料的干燥，但应控制好真空度与加热蒸汽压力，以免物料起泡溢盘，造成浪费与污染。
冷冻干燥：冷冻干燥器，升华干燥，物料在高真空和低温条件下干燥，尤适用于热敏性物品的干燥；成品多孔疏松，易于溶解；含水量低，有利于药品长期贮存，但设备投资大，生产成本高。
小结：（3分钟）
本次课须掌握氨基酸生产方法、提取分离方法。
思考题：（2分钟）
1、氨基酸的生产方法有哪些？
2、氨基酸类药物常用的提取方法是什么？
第二章天然生物材料的提取制药
第二节氨基酸类药物的生产
一、氨基酸类药物的常用生产方法（40分钟）
蛋白水解提取法
微生物发酵法直接发酵法
微生物转化法
酶合成法
化学合成法
1、蛋白水解提取法
原料：毛发、血粉、废蚕丝等。
基本过程：分离、精制、结晶。
优点：原料来源丰富，投产比较容易。
缺点：产量低，成本高。
产品：胱、亮、酪氨酸
例如：在pH5～6的溶液中，碱性氨基酸带正点，酸性氨基酸带负电，中性氨基酸呈电中性，选择适宜离子交换树脂，然后用不同pH缓冲液洗脱。
若要分离酸性氨基酸，应选用什么离子交换树脂？阴离子交换树脂
4、结晶与干燥
结晶是溶质以晶体状态从溶液中析出的过程。
结晶方法：样品达到一定的纯度、较高的浓度，pH值在pI附近，低温条件下使其结晶析出。
第二讲
授课内容
第二章天然生物材料的提取制药
第二节氨基酸类药物的生产1
授课时数
2
教学目标
掌握氨基酸生产方法、基本过程、特点，氨基酸提取分离方法
教学重点
氨基酸生产方法、提取分离方法
教学难点
氨基酸提取分离方法
教材教具
PPT，黑板
教学内容（含教学步骤、时间分配、教法学法、作业布置等）
复习：（2分钟）生物药物的定义和研究范畴、原料来源和特点；生化药物的定义和特点、分类、一般制备工艺。
3、常压干燥、减压干燥、喷雾干燥、冷冻干燥用仪器是什么？特点如何？
课后体会：
（3）酶水解法
方法：利用胰酶、胰浆或微生物蛋白酶等，在常温下水解蛋白质制备氨基酸。
优点：反应条件温和，氨基酸不被破坏，不发生消旋作用，所需设备简单，无环境污染。
缺点：水解不完全，中间产物多，水解时间长。
主要用于蛋白胨和水解蛋白，在氨基酸生产上比较少用。
2、微生物发酵法
直接发酵法：以糖为碳源、以氨或尿素为氮源，通过微生物的发酵繁殖，直接生产氨基酸的方法。
优点：产物浓度高，副产物少，成本低，周期短，收率高固定化酶或细胞可连续仿佛使用，节省能源。
产品：天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、赖氨酸、色Байду номын сангаас酸、异亮氨酸等。
二、氨基酸类药物的常用提取分离方法（30分钟）
1、溶解度和等电点法
溶解度法是根据不同氨基酸在水和乙醇中的溶解度不同，而将氨基酸彼此分离。
例如：胱氨酸和酪氨酸均难溶于水，酪氨酸在热水中的溶解度较大，而胱氨酸则无多大差别，故将胱氨酸、酪氨酸与其他氨基酸及彼此分开。
喷雾干燥：喷雾干燥器，通过机械作用，将需要干燥的物料，分散成很细的象雾一样的微粒（以增大水分蒸发面积，加速干燥过程），与热空气接触后，在一瞬间将大部分水分除去，而使物料中的固体物质干燥成粉末。
药液未经长时间浓缩又是瞬间干燥，特别适用于热敏性物料；产品质量好，为疏松的细颗粒或细粉，溶解性能好，且保持原来的色香味；操作流程管道化，是目前中药制药中最佳的干燥技术之一。
3、化学合成法
是利用有机合成和化学工程相结合的技术生产氨基酸。
优点：可以采用多种原料和多种工艺路线，特别是以石油化工产品为原料时，成本较低，生产规模大，适合工业化生产，产品易分离纯化。
缺点：生产工艺复杂，形成消旋体，需拆分。
产品：蛋氨酸、甘氨酸、色氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、脯氨酸等。
4、酶合成法
（1）酸水解法
方法：在蛋白质原料中加入约4倍质量的6mol/L盐酸或8mol/L硫酸，于110℃加热回流16～24h，或加压下于120℃水解12h，使氨基酸充分析出，除酸即得氨基酸混合物。
优点：水解完全，不发生消旋作用，所得氨基酸均为L-氨基酸。
缺点：部分氨基酸被破坏，产生黑色物质。
（2）碱水解法
方法：在蛋白质原料中加入6mol/L氢氧化钠或4mol/L氢氧化钡，于100℃加热水解6h，得氨基酸混合物。