发酵工程制药幻灯片
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微生物制药(发酵工程技术概论) ppt课件
依博素对类风湿性关节炎有明显的抗炎镇痛活性。
医学资源
14
受体拮抗剂举例2
丙谷胺（蒙胃顿）
作用机理：为胃泌素受体拮抗剂，有抑制胃酸和胃蛋白 酶分泌的作用。
功 能：于十二指肠溃疡，尤适用于慢性胃酸过多所致 的溃疡、胃炎。
医学资源
15
微生物产生的免疫调节剂
免疫反应：机体防御机制，自稳机制；
作用于蛋白质生物合 链霉素、苦霉素、红霉素 成体系 作用于核酸与核酸合 放线菌素 、安莎类抗生素 、利福 成体系 霉素SV、利福平、利福定利福酰胺
作用于能量代谢体系 如癣可宁，缬霉素，短杆菌素S等
医学资源 7
抗肿瘤抗生素
500 余种。主要有蒽环类、丝裂烷类、博莱霉素类、 色霉素类，放线菌素类，烯炔类抗生素。 目前，阿霉素、丝裂霉素、博莱霉素（争光霉素）、 放线菌素 D （更生霉素）、红比霉素（正定霉素）、 平阳霉素等已成为肿瘤治疗中常用的药物。
医学资源
5
二 微生物来源药物的种类与用途
微生物 产生的 活性物 质
抗感染 的抗生 素
AA， 维生素 酶 核酸
抗肿瘤 抗生素
酶抑制 剂
受体拮 抗剂
免疫调 节剂及 其他
医学资源
6
抗微生物感染的抗生素
作用机制 举例
抑制细胞壁生物合成 β－内酰胺类抗生素 ，如青霉素，头孢菌
素等
作用于细胞膜
多粘菌素，短杆菌肽S等
医学资源
10
H5N1神经氨酸酶抑制剂鉴定试剂盒是一个鉴定禽流感 病毒H5N1神经氨酸酶抑制剂的试剂盒。 禽流感病毒在其外壳上有两种糖蛋白：
H—血凝素Hemagglutinin，
医学资源
14
受体拮抗剂举例2
丙谷胺（蒙胃顿）
作用机理：为胃泌素受体拮抗剂，有抑制胃酸和胃蛋白 酶分泌的作用。
功 能：于十二指肠溃疡，尤适用于慢性胃酸过多所致 的溃疡、胃炎。
医学资源
15
微生物产生的免疫调节剂
免疫反应：机体防御机制，自稳机制；
作用于蛋白质生物合 链霉素、苦霉素、红霉素 成体系 作用于核酸与核酸合 放线菌素 、安莎类抗生素 、利福 成体系 霉素SV、利福平、利福定利福酰胺
作用于能量代谢体系 如癣可宁，缬霉素，短杆菌素S等
医学资源 7
抗肿瘤抗生素
500 余种。主要有蒽环类、丝裂烷类、博莱霉素类、 色霉素类，放线菌素类，烯炔类抗生素。 目前，阿霉素、丝裂霉素、博莱霉素（争光霉素）、 放线菌素 D （更生霉素）、红比霉素（正定霉素）、 平阳霉素等已成为肿瘤治疗中常用的药物。
医学资源
5
二 微生物来源药物的种类与用途
微生物 产生的 活性物 质
抗感染 的抗生 素
AA， 维生素 酶 核酸
抗肿瘤 抗生素
酶抑制 剂
受体拮 抗剂
免疫调 节剂及 其他
医学资源
6
抗微生物感染的抗生素
作用机制 举例
抑制细胞壁生物合成 β－内酰胺类抗生素 ，如青霉素，头孢菌
素等
作用于细胞膜
多粘菌素，短杆菌肽S等
医学资源
10
H5N1神经氨酸酶抑制剂鉴定试剂盒是一个鉴定禽流感 病毒H5N1神经氨酸酶抑制剂的试剂盒。 禽流感病毒在其外壳上有两种糖蛋白：
H—血凝素Hemagglutinin，
最新发酵工程制药工艺技术基础PPT课件
12.03.2024
11
生物制药工艺学—— 概 微生述物菌种的选育与保藏
➢ 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藏管
理中心、中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC,北京)、抗生素菌种保藏 管理中心、中国医学微生物菌种保藏中心。 美国典型菌种保藏中心 （American Type Culture Collection） 日本技术评价研究所生物资源中心 (NITE Biological Resource Center) 英国国家菌种保藏中心 (The United Kingdom National Culture Collection )
12.03.2024
10
生物制药工艺学—— 概 微生述物菌种的选育与保藏
➢ 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。
12.03.2024
21
生物制药工艺学—— 概 述 发酵过程的控制
➢ 发酵过程的主要控制参数与检测
生物参数：菌丝形态、菌丝浓度。
➢ 发酵终点与控制
经济因素、下游工序、其他因素。
12.03.2024
22
生物制药工艺学—— 概 述
思考题
12.03.2024
23
结束语
谢谢大家聆听！！！
24
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
生物技术制药第七 发酵工程技术 PPT课件
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率1-
2KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵
时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
四、产物提取
提取过程：发酵液预处理 提取 精制
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
2.诱变育种
即用人工方法诱发突变；突变发生部位一般是在遗传物质DNA上，并可 稳定遗传
（1）诱变机制
①微小损伤突变 包括点突变（转换和颠换）和密码组移位 ②染色体畸变 包括移位（非同源连接）、倒位（同一染色体某一部位染色体以 颠倒的顺序出现在原来的位置）、缺失和重复（增加了原本存在的基 因（如控制目的物产量的基因）出现的频率） ③染色体组突变
第七章 发酵工程技术
第一节
概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程， 用于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品 1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能 19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反 应过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
第四章发酵工程制药技术
v 工业生产常用微生物
v 当前发酵工业所用菌种的总趋势是从野生菌转向 变异菌，从自然选育转向代谢控制育种，从诱发 基因突变转向基因重组的定向育种。
v 工业生产上常用的微生物主要是细菌、放线菌、 酵母菌和霉菌，由于发酵工程本身的发展以及遗 传工程的介入，藻类、病毒等也正在逐步地变为 工业生产用的微生物。
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第四章发酵工程制药技术
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a. 出发菌株的选择 b. 菌悬液的制备 c. 前培养 d. 诱变 e. 变异菌株的分离和筛选
第四章发酵工程制药技术
• （1）诱变剂
•物理诱变剂
•各种射线，如紫外线、X射线、 β射线、γ射线、α射线和超
声波等
•化学诱变剂
•乙基磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍、 亚硝酸、氮芥等。
第四章发酵工程制药技术
工业生产常用微生物
v 4、霉菌：霉菌在自然界中分布很广，发酵工业常 用的霉菌有：根霉、毛霉、曲霉、青霉等，主要 用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激 素等。
v 5、担子菌：担子菌就是人们常说的菇类。担子菌 资源的利用越来越引起人们的重视，如多糖、橡 胶物质、抗癌药物的开发等。
v 基因工程菌发酵：近年来，随着生物工程的发展， 尤其是基因工程和细胞工程技术的发展，使得发酵 制药所用的微生物菌种不仅仅局限在天然微生物的 范围内，已建立起了新型的工程菌株，以生产天然 菌株所不能产生或产量很低的生理活性物质，拓宽 了微生物制药的研究范围。
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第四章发酵工程制药技术
•本章主要内容： •微生物药物的分类 •药源微生物及微生物药物的筛选技术 •微生物药物的发酵生产技术 •微生物药物的分离、精制和鉴别
•↓ •第四次原种斜面
v 当前发酵工业所用菌种的总趋势是从野生菌转向 变异菌，从自然选育转向代谢控制育种，从诱发 基因突变转向基因重组的定向育种。
v 工业生产上常用的微生物主要是细菌、放线菌、 酵母菌和霉菌，由于发酵工程本身的发展以及遗 传工程的介入，藻类、病毒等也正在逐步地变为 工业生产用的微生物。
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第四章发酵工程制药技术
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a. 出发菌株的选择 b. 菌悬液的制备 c. 前培养 d. 诱变 e. 变异菌株的分离和筛选
第四章发酵工程制药技术
• （1）诱变剂
•物理诱变剂
•各种射线，如紫外线、X射线、 β射线、γ射线、α射线和超
声波等
•化学诱变剂
•乙基磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍、 亚硝酸、氮芥等。
第四章发酵工程制药技术
工业生产常用微生物
v 4、霉菌：霉菌在自然界中分布很广，发酵工业常 用的霉菌有：根霉、毛霉、曲霉、青霉等，主要 用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激 素等。
v 5、担子菌：担子菌就是人们常说的菇类。担子菌 资源的利用越来越引起人们的重视，如多糖、橡 胶物质、抗癌药物的开发等。
v 基因工程菌发酵：近年来，随着生物工程的发展， 尤其是基因工程和细胞工程技术的发展，使得发酵 制药所用的微生物菌种不仅仅局限在天然微生物的 范围内，已建立起了新型的工程菌株，以生产天然 菌株所不能产生或产量很低的生理活性物质，拓宽 了微生物制药的研究范围。
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第四章发酵工程制药技术
•本章主要内容： •微生物药物的分类 •药源微生物及微生物药物的筛选技术 •微生物药物的发酵生产技术 •微生物药物的分离、精制和鉴别
•↓ •第四次原种斜面
发酵工程制药二PPT课件
2、克隆抗生素生物合成 基因的策略和方法
⑵阻断变株法 检测一系列有关某种抗生素生物合成的阻断变
异株之间的遗传互补关系，确定被克隆的DNA片段的性质。
用pIJ922质粒从act + 菌株中克隆了一个 BamHⅠ25 bp 片段，可以与除act 外的其它阻断株互补； 用基因克隆的方法，将act+菌株中相当大的DNA片段 (15～30 kb)克隆到载体pJJ922上，组建成重组质粒 pJJ2303，它能互补所有7组act -突变株，并能使不产 生任何一类多酮肽抗菌素的小小链霉菌合成放线紫红 素。这个片段显然是放线紫红素生物合成全部基因组 成的基因簇。
⑴ 链霉菌抗生素生物合成基因群成员的DNA组成 GC含量高达70％以上； 三联体密码子中的第三个碱基的GC比例极高。
⑵ 抗生素生物合成基因成簇存在：
参与每种抗生素生物合成的基因约10－30个;阿克拉 霉素 每一种抗生素生物合成相关基因在染色体组中前后 排列成基因簇(gene cluster)，包括抗生素的生物合 成基因、耐药基因、转运基因和调节基因，而耐药、 转运与调节基因三者大多与抗生素生物合成基因紧 密连锁并存在一种协同调节机制。 抗性基因还参与了抗生素的生物合成与调控，以确 保抗生素耐药性的及时表达，从而免受自身抗生素 的伤害。研究还发现，产抗菌株的抗性水平与该菌 株自身的抗菌素产量水平呈正相关。
放线紫红素(actinorhodin)是由天蓝链霉菌合成的多酮 肽抗菌素,大约通过16个步骤合成； 对76个阻断突变体(act -)进行互补测验研究， Rudd和 Hopwood将它们分成7个组，每组代表在不同的生物合 成步骤发生损伤。 ActⅠ和actⅢ 不能与其它突变株互补，说明这两个突 变发生在放线紫红素生物合成的转导或转染(病毒)
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT课件
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT
发酵工程 （Fermentation Engineering）
1
医学ppt
第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
2
医学ppt
一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
4
医学ppt
二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
医学ppt
22
2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
23
医学ppt
放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
医学ppt
24
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
5
80 年代以来：重组DNA 技术
医学ppt
三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
1
医学ppt
第一节 概 述
发酵的相关概念 发酵工程的发展简史 发酵类型 微生物发酵生产的药物
2
医学ppt
一、发酵的相关概念
发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵
传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或 麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代 工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技 术体系。
4
医学ppt
二、发酵工程的发展简史
19世纪或更早:酿酒、酒变质 20世纪初：一战--丙酮丁醇的发酵
第一个 大规 模工业生产的
发酵过程
1929年—1942：青霉素的发现及生产 20 世纪40 年代：抗生素工业
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22
2、放线菌
介于细菌和真菌之间的一类微生物 放线菌的形态 ：
23
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放线菌的结构
丝气 生 菌
丝孢 子
孢子
培养基
基内菌丝
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24
放线菌的分布 放线菌在自然界分布很广，在土壤、堆肥
和湖底、河底的淤泥等处，尤其在土壤中种 类和数量很多。 放线菌的繁殖
放线菌没有有性繁殖，主要通过形成无性 抱子形式进行无性繁殖，成熟的分生孢子或 孢囊孢子在适宜环境里发芽形成新的菌丝体。
厌氧发酵 →有氧发酵
20 世纪50 年代：氨基酸发酵工业
20世纪60年代：酶制剂工业
70年代 ：非碳水化合物代替碳水化合物的发酵
5
80 年代以来：重组DNA 技术
医学ppt
三、发酵类型及微生物发酵生产的药物
1. 微生物菌体发酵 2. 微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵 4. 微生物转化发酵 5. 微生物特殊机能的利用
10微生物发酵制药工艺1幻灯片
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
14
初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
14
初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
发酵工程制药概述第二抗生素类药物概述完整PPT
抗生素的分类
（一）根据抗生素的来源分类
1、放线菌产生的抗生素 主要有红霉素、四环素、链霉素、新生霉素、万古霉素、 利福霉素等——碱性化合物 2、真菌产生的抗生素 主要有青霉素、头孢菌素、灰黄霉素等 3、细菌产生的抗生素 多黏杆菌、枯草杆菌、短芽孢杆菌、杆菌肽 4、其他生物（动物、植物、海洋生物等）产生的抗生素 动物：溶菌酶、红血球素、鱼素等。 植物：蒜素、番茄素、白果酸、白果醇、常山碱等 地衣或藻类生物：地衣酸、绿藻素等
发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
称。 5、抑制细胞生物能作用的抗生素
1949年北京生物制品研究所成立青霉素研究室，1950年上海成立青霉素研究所。 （4）发酵全过程要求用无菌压缩空气、保持罐内压力大于大气压；
包括：抗生素 、 维生素 、 氨基酸 、核 苷 或 （3）为了确保种子质量和安全，种子制备对人员、用具、设备和操作场所都要有严格操作和管理规程。
（一）根据抗生素的来源分类 发酵工程有三个发展阶段：
的药物，以及抗氧化剂 、酶抑制剂、免疫 如：青霉素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、蒜素、黄连素、鱼素等。
生物——大部分是微生物（放线菌、真菌、细菌）、另外还有植物、动物。
调节剂、强心剂 、镇定剂 、止痛剂等的总 （4）要定期对菌种进行分离复壮，以防菌种退化，确保菌种的纯粹和生产能力稳定。
发酵工艺的特点与要求
（1）原材料要求质量稳定；（包括产地、规格、仓 储条件及储藏时间）
（2）发酵起始和过程中使用的原材料、设备、空气 等都要经过严格的灭菌；
（3）设备密封性能好，无渗漏； （4）发酵全过程要求用无菌压缩空气、保持罐内压
力大于大气压； （5）发酵过程要求不间断地进行通气和搅拌，以保
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4、微生物转化发酵
ü利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的特定部位进行加工，如加入羟基、还
原双键、脱氧或切断支链等。
ü反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性、立体特异性。
如：甾体转化
可的松（Cortisone）
发酵技术的应用
产物：微生物细胞，酶，活性物质，特殊化学品和食品添加剂。
利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术， 以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应 器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯 化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。
发酵工程的4个阶段
第一阶段 ✓ 1676年制成第一台显微镜 ——微生物的存在 ✓ 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起的 ✓ 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精——酶
细菌之棒状杆菌属(Corynebacterium)
✓ 生产氨基酸、核苷酸类药物，用于甾体转化 ✓ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌， ✓ 如北京棒杆菌AS1.299钝齿棒杆菌AS1.542
发酵工程制药幻灯 片
优选第六章发酵工程制药
发酵工程
又称微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业 产品并提供服务的技术。
现代发酵工程已形成完整的工业体系，包括抗生素、 氨基酸、维生素、有机酸、有机溶剂、多糖、酶制剂、单 细胞蛋白、基因工程药物、核酸类物质及其他生物活性物 质等的生产。
发酵工程制药的定义
高新技术应用阶段。
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES
Fermentation engineering
Ø单细胞蛋白SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等） Ø生物防治制剂（如苏云金杆菌） Ø活性乳制剂
细胞的生长与产物的积累成平行关系， 生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段。
2、微生物酶发酵
各种酶制剂：
ü糖化酶、α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等 ü天冬酰胺酶： 抗癌 ü纳豆激酶、链激酶： 治疗血栓 ü青霉素酰化酶：青霉素生产
发展趋势
✓ 利用DNA重组技术和细胞工程技术的发展、新的工程菌和 新型微生物的开发
✓ 新型的生理活性多肽和蛋白质类药物：干扰素、白介素促 红细胞生成素等；
✓ 新型菌体制剂和疫苗。
红细胞生成素 生长激素 胰岛素 干扰素
( 治疗贫血) ( 促进生长) (治疗糖尿病) (抗病毒、抗肿瘤)
第二节 发酵制药中的微生物
上游工程
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development
- media formulation - sterilization
- inoculation
FERMENTATION Process Control
Fermentation engineering
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification - waste treatment
-by product recovery
& assay
微生物发酵类型
1、微生物菌体的发酵
需要诱导或遭受阻遏、抑制等调控作用，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面 需注意。
3、微生物代谢产物发酵
初级代谢产物：
Ø与菌体生长相伴随的产物、对菌体生长、分化和繁殖是必须的 Ø氨基酸、核苷酸、维生素、糖类等 Ø菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累
次级代谢产物：
Ø与菌体生长不相伴随，以初级代谢的中间产物为原料而合成 Ø抗生素、生物碱、毒素、色素、胞外多糖等 Ø结构常较复杂对环境条件敏感
常见的制药用微生物
✓细菌 ✓放线菌 ✓真菌
细菌之大肠杆菌属(Escherichia coli)
✓ 生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等氨基酸类药物 ✓ 基因工程的载体
细菌之短杆菌属(Brevibacterium)
✓ 维生素B12、氨基酸、核苷酸类药物生产中常用的菌种， 也是酶法合成生产辅酶A的菌种。
第二阶段 ✓ 对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌氧发酵，
如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。
u 第三阶段 ü 20世纪40年代初，第二次世界大战爆发，青霉素迅速工业大规摸生产。 ü 深层培养、生产大规模化、多种抗生素、氨基酸、核酸发酵成功。
第四阶段 ✓ 20世纪50年代，利用代谢调控发酵氨基酸、核酸。 ✓ 20世纪70年代，利用固定化酶或细胞连续发酵。 ✓ 20世纪80年代，基因工程、蛋白质工程、细胞融合技术等
饲料工业（单细胞蛋白） Feedstuff (eg. SCP)
环境工程（废物处理） Environmental Application
其它 （冶金工业…）
(Waste Treatment)
Others (eg. Metallurgical
industry…)
药用发酵产品分类
生物来源
作用对象
发酵工业简介
Fermentation Industry
发酵食品
Fermented Foods
有机酸
Organic Acids
氨基酸
Amino Acids
核酸类物质
Nucleotides
酶制剂
Enzymes
医药工业（抗生素…） Pharmaceutical (Antibiotics…)
作用机制
化学结构
细菌 真菌 放线菌
抗菌药 抗肿瘤药 抗病毒药 除草剂 酶抑制剂 免疫调节剂
抑制细胞壁合成药 影响细胞膜功能药 干扰蛋白质合成药 抑制核酸合成药 抑制生物能量反应药
抗生素 维生素 氨基酸 核苷酸 甾体激素 酶及酶抑制剂
发酵工程制药的特点
✓ 微生物菌种选育获得高产 ✓ 发酵的理论产量存在约10%的变量 ✓ 发酵过程常温常压，操作条件温和 ✓ 纯种培养、无菌条件 ✓ 生产过程是以生物体的自动调节方式进行的 ✓ 分子水平生产，定向发酵、突变、杂交等手段 ✓ 投资少、见效快