第2章微生物讲义发酵制药工艺
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生物制药工艺学第二章 微生物代谢产物的生物合成与控制
第二节 次级代谢产物的构建单位与合成途径
碱基及其衍生物 ⚫ 正常核酸嘌呤碱基和嘧啶碱基，或由合成核酸的嘌 呤和嘧啶碱基经过化学修饰而形成的非核酸嘌呤碱 基，均可作为核酸与核苷类药物的构建单位。
⚫ 腺嘌呤核苷酸直接被 产生菌作为前体并入 嘌呤毒素分子中
第二节 次级代谢产物的构建单位与合成途径
莽草酸及其衍生物
第二节 次级代谢产物的构建单位与合成途径
聚酮体及其衍生物
聚
聚酮体产物与脂肪酸的生物合成过程
酮
起始单位
延伸单位
体
链 合
乙酰辅酶A ⚫ 缺丙少二KR酰、辅D酶H、A ER三种酶
成
⚫ 仍可合成简单聚酮体 聚合酮成体酶⚫ 不脂合完肪成全酸酶还原反应
6个酶域： KR-酮基还不原同酶聚：酮催体化和酮脂基肪还酸原成羟基
芳香环
第二节 次级代谢产物的构建单位与合成途径
吩噁嗪酮 构成某些次级代谢产物的基本结构
代表产物：放线菌素
合成前体：色氨酸、其他一些代谢物
第三节 次级代谢产物生物合成的调控
微生物对次级代谢活动的调控
酶合成调节
调节酶的合成量， 是一种“粗调”。
酶活力调节
调节已有酶的活 力，是一种“细 调”。
通过对自身系统的粗调和细调从而达到最佳调节效果
α-酮己二酸
α - 氨 基 己 二 酸 代谢出现分支
酵母氨酸 赖氨酸
初级代谢产物
α - A A A - C y s - Va l (ACV三肽)
异青霉素N 6-APA
次级代谢产物 青 霉 素 G
第一节 微生物的代谢产物
初级代谢的调控影响次级代谢产物的生物合成
α-酮戊二酸 + 乙酰辅酶A
第二章 发酵工程制药(1-2)
一些有纪念意义的或按抗生素产生菌的发现命名及习惯上已经采用的俗名仍可继续使用
三、抗生素的分类
（一）根据抗生素的来源分类
青霉素、头孢菌素、灰黄菌素等
1、真菌产生的抗生素
杆菌肽、多粘菌素等
2、细菌产生的抗生素
链霉素、新生霉素、红霉素等
3、放线菌产生的抗生素
地衣酸、绿藻素、蒜素鱼素等
4、植物及动物产生的抗生素
4、抑制核酸的合成
①有些抗生素能和细菌DNA结合，使DNA失去 有些抗生素能和细菌DNA结合， DNA失去 DNA结合 模扳功能，从而抑制它的复制和转录。 模扳功能，从而抑制它的复制和转录。 这些抗生素起着DNA模板功能的抑制剂作用。 DNA模板功能的抑制剂作用 这些抗生素起着DNA模板功能的抑制剂作用。 放线菌素、丝裂霉素(自力霉素) 如，放线菌素、丝裂霉素(自力霉素)、光 神霉素(光辉霉素) 亚德里亚霉素(ahamyon) (ahamyon)和 神霉素(光辉霉素)、亚德里亚霉素(ahamyon)和 色霉素A3等。 色霉素A3等 A3
严格灭菌
设备密封性好
（三）提炼工艺的特点与要求
特点 要求 化学 环境 提炼 工艺
洁净无 菌概念
提炼工艺
质量 监控 安全防 护意识
序
三 、 发 酵 工 程 药 物 研 究 开 发 的 一 般 程
第二节 抗生素类药物概述
抗生素是生物在其生命活动过 程中所产生的，或经其他方法（生 物化学或半合成）衍生的，在低浓 度下，具有选择性地抑制或杀灭其 他微生物或肿瘤细胞的有机物质。
mRNA是蛋白质合成的模板，核糖体是蛋白质合 是蛋白质合成的模板， 是蛋白质合成的模板 成的场所。 成的场所。 原核细胞的核糖体和真核细胞的核糖体有所 不同，所以两者的蛋白质合成系统是有所不同的。 两者的蛋白质合成系统是有所不同的 不同，所以两者的蛋白质合成系统是有所不同的。 （线粒体与叶绿体的蛋白质合成与原核细胞更 为相似）。 为相似）。 有许多抗生素都能抑制细菌蛋白质生物合成。 有许多抗生素都能抑制细菌蛋白质生物合成。 链霉素、 如:链霉素、庆大霉素、新霉素、卡那霉素、巴 链霉素 庆大霉素、新霉素、卡那霉素、 龙霉素、四环素、氯霉素等。 龙霉素、四环素、氯霉素等。
微生物发酵制药(下)
发酵制药
培养技术
4．连续式操作
概念：培养液一起装入发酵罐，接种后培养过程中， 不断补充新培养基,同时取出包括培养液和菌体在内的 发酵液，直至发酵结束。 特点： 恒定状态的发酵，发酵罐内体积及其物系的组成将不 随时间而变。 培养基连续稳定流加；产物连续稳定收获；提高菌体 密度；自动化。 缺点：时间长，杂菌污染、突变机会增多。
第二章 微生物发酵制药工艺
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 微生物发酵与制药 微生物生长与生产的关系 制药微生物生产菌种建立 培养基制备 灭菌工艺
2.5
灭菌工艺
灭菌方法与原理 培养基灭菌工艺 空气除菌工艺
发酵制药
灭菌工艺
几个概念
杂菌：除生产菌以外的任何微生物。 污染：感染杂菌的培养或发酵体系。 消毒：杀灭或清除病原微生物，达到无害化 程度，杀灭率99.9%以上。 杀菌：杀灭或清除一切微生物，达到无活微 生物存在的过程，杀灭率99.9999%以上。 灭菌：微生物杀灭率99.999999%以上。
发酵制药
培养技术
5、灌流（注）式操作
概念：培养液一起装入发酵罐，接种后培 养过程中，不断补充新培养基，取出部分条 件培养基，菌体仍然滞留罐内。 特点： 除去有毒害的代谢物 补充营养物质
发酵制药
培养技术
小结
发酵培养的基本过程 培养技术:概念与特点 操作方式：区别，特点
发酵制药
培养技术
思考题
（1）如何种子罐级数确定？ （2）深层培养、固定化培养、高密度培养有何 特点？ （2）各种操作方式的异同点，如何选择应用？
发酵制药
培养技术
2.6.3 发酵培养的操作方式
1、分批式操作；间歇式操作；不连续操作 2、流加式操作，补料－分批式操作 3、半连续式操作，反复分批式或换液培养 4、连续式操作，衡态操作 5、灌流式操作
生物技术制药 第二章 发酵工程 ppt课件
甘油悬液法：基因工程菌
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50
冻干保藏 ：最广泛使用的方法。大部分菌种可以 在冻干状态下保藏10年之久。且经冻干后的菌株 无需进行冷冻保藏，便于运输
液氮法：最为有效，保藏15年以上， 宿主保藏法：活细胞内寄生的微生物
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51
第三节、发酵设备及消毒灭菌
一、发酵设备
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43
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错位PCR
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45
基本步骤
(1)用DNase I消化功能 相同的一组基因片段(A)， 从而产生随机小片段(B)。
(2)经提纯后，用无引物(经变 性后可互为引物)的类似PCR反 应重新装配这些小片段成完整 长度的重组基因片段(C)，在 装记过程中被证明有低水平点 突变产生。
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27
（二）放线菌
产抗生素最多的一类微生物 另外生产B12,酶，甾体转化 抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的
代谢，目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素；四 环素；红霉素等）
真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌
植物或动物来源
链霉菌
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28
（三）真菌
抗生素 维生素 酶制剂 有机酸等 药用真菌（大型真菌）
5
(二)发酵工业
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无 机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。
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6
(1)传统生物技术
发酵食品 有机酸 氨基酸 核酸类物质 酶制剂 医药工业（抗生素…） 饲料工业（单细胞蛋白 环境工程（废物处理） 其它 （冶金工业…）
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发酵工艺学课件第2章 微生物生长与产物合成
2)静止细胞的分化： 营养细胞变为厚壁细胞，对环境因子具有一 定抗性，可回复萌发。
4 毛霉和酵母菌的二型态
二型态：在不同生长条件下，真菌营养体 呈现二种不同的细胞形态，丝状(M)或酵母状 (Y)。
M与Y二种形态在一定条件下可互相转换， 转变后的细胞结构、代谢途径、生长方式均 发生变化。
1)毛霉二型态 在厌氧条件下毛霉以酵母状 细胞生长，出芽繁殖。
一、微生物的生长繁殖 1、细菌的生长繁殖：二分裂，平均20-30min一 个世代； 2、放线菌的生长繁殖：无性孢子繁殖或菌丝片 段繁殖； 3、霉菌的生长繁殖：以有性或无性孢子或菌丝 片段繁殖，生长易受环境影响； 4、酵母菌的生长繁殖：多以出芽繁殖。
1、细菌
细菌靠简单的横向无性二等分分裂进行生殖， 这种生殖方式叫做裂殖。在适宜的环境下，细 菌只需20～30 min就能繁殖一代。
菌丝球
4、酵母 多以出芽繁殖。
啤酒酵母正在出芽繁殖
二、微生物生长曲线
细菌数目的对数
稳
定
对
期
数
衰
延期
亡
滞
期
期
时间
某种细菌的生长曲线
延滞期（适应期）
特点：菌体体积增大较快，菌体内部代 谢活跃。初级代谢产物合成，诱导酶开始合成。
对数期
特点：细菌个体形态、化学组成和生理特性 等均较稳定，代谢旺盛、生长迅速、 是研究微生物基本代谢的良好材料。 在生产上用作“种子”。
微生物发酵过程通常用群体来表示，微 生物群体生长速率反映群体生物量的生 长速率。 在液体培养基中微生物群体的生长包括 细胞体积的增大和群体细胞数量的增加。 涉及到两个概念：生长速率μx和比生长 速率μ。
1、生长速率和比生长速率
生长速率μx表示单位体积、单位时间里生长 的菌体量（干重）。比生长速率μ表示单位细 胞浓度的菌体生长速率。
4 毛霉和酵母菌的二型态
二型态：在不同生长条件下，真菌营养体 呈现二种不同的细胞形态，丝状(M)或酵母状 (Y)。
M与Y二种形态在一定条件下可互相转换， 转变后的细胞结构、代谢途径、生长方式均 发生变化。
1)毛霉二型态 在厌氧条件下毛霉以酵母状 细胞生长，出芽繁殖。
一、微生物的生长繁殖 1、细菌的生长繁殖：二分裂，平均20-30min一 个世代； 2、放线菌的生长繁殖：无性孢子繁殖或菌丝片 段繁殖； 3、霉菌的生长繁殖：以有性或无性孢子或菌丝 片段繁殖，生长易受环境影响； 4、酵母菌的生长繁殖：多以出芽繁殖。
1、细菌
细菌靠简单的横向无性二等分分裂进行生殖， 这种生殖方式叫做裂殖。在适宜的环境下，细 菌只需20～30 min就能繁殖一代。
菌丝球
4、酵母 多以出芽繁殖。
啤酒酵母正在出芽繁殖
二、微生物生长曲线
细菌数目的对数
稳
定
对
期
数
衰
延期
亡
滞
期
期
时间
某种细菌的生长曲线
延滞期（适应期）
特点：菌体体积增大较快，菌体内部代 谢活跃。初级代谢产物合成，诱导酶开始合成。
对数期
特点：细菌个体形态、化学组成和生理特性 等均较稳定，代谢旺盛、生长迅速、 是研究微生物基本代谢的良好材料。 在生产上用作“种子”。
微生物发酵过程通常用群体来表示，微 生物群体生长速率反映群体生物量的生 长速率。 在液体培养基中微生物群体的生长包括 细胞体积的增大和群体细胞数量的增加。 涉及到两个概念：生长速率μx和比生长 速率μ。
1、生长速率和比生长速率
生长速率μx表示单位体积、单位时间里生长 的菌体量（干重）。比生长速率μ表示单位细 胞浓度的菌体生长速率。
微生物发酵制药工艺
环类，多为酸性化合物。
3发酵制药的基本过程
菌种选育
孢子制备
实验室、种子库
种子制备
发酵工段
发酵车间
发酵控制
提炼工段
成品工段
预处理
分离提取
浓缩纯化
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
2.2 微生物的生长特征
微生物发酵基本过程特征（批式）菌体生长与产物生成的特征，
三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
甲羟戊酸、糖类、不常见的氨基酸（如D－氨基酸、
β－氨基酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
次级代谢产物的生物合成的基本过程
❖
次级代谢产物的合成基本过程包括构建单位
的聚合—再修饰—装配。在此过程中，次级
代谢产物的累积受合成途径中某些酶活性的
限制，这些关键酶活性大小与产量正相关。
（1）前体聚合
❖
微生物合成生源后，通过缩合反应形成聚酮体、寡肽、聚乙
菌体生长期（cell
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（生产）期(product synthesis phase)
growth phase）
发酵后期(fermentation anaphase)
菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵前期特征
❖
❖
❖
❖
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：
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。
3发酵制药的基本过程
菌种选育
孢子制备
实验室、种子库
种子制备
发酵工段
发酵车间
发酵控制
提炼工段
成品工段
预处理
分离提取
浓缩纯化
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
2.2 微生物的生长特征
微生物发酵基本过程特征（批式）菌体生长与产物生成的特征，
三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
甲羟戊酸、糖类、不常见的氨基酸（如D－氨基酸、
β－氨基酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
次级代谢产物的生物合成的基本过程
❖
次级代谢产物的合成基本过程包括构建单位
的聚合—再修饰—装配。在此过程中，次级
代谢产物的累积受合成途径中某些酶活性的
限制，这些关键酶活性大小与产量正相关。
（1）前体聚合
❖
微生物合成生源后，通过缩合反应形成聚酮体、寡肽、聚乙
菌体生长期（cell
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（生产）期(product synthesis phase)
growth phase）
发酵后期(fermentation anaphase)
菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵前期特征
❖
❖
❖
❖
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：
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。
第二章 微生物发酵制药技术
• 不同碳源对毛霉产蛋白酶的影响
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 空白 葡萄糖 麦芽糖 蔗糖 玉米粉
酶活（u/g）
中性条件下酶活 外加碳源对产酶的影响 碱性条件下酶活
1400 1200
酶活（u/g）
1000 800 600 400 200 0
空白
• 谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～32 ℃ ，
• 青霉菌生长温度为30 ℃ 。
• 2、根据培养条件选择
• 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。
• 通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低
些，溶氧浓度也可髙些。
• 培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利
用快，会使菌过早自溶。
注意：遗传特性不稳定，容易继续 变异； 需要经常进行选育工作； 能提高平均生产水平，但不 能大幅提高。
第二节 制药微生物与产物的生物合成
二、制药微生物菌种的选育
（一）自然选育
生产菌种斜面 制备单孢子悬浮液 分离出单菌落
斜面种子
高产菌株
沙土管菌种
斜面种子
摇瓶复筛
高产纯化株
第二节 制药微生物与产物的生物合成
4.水 5.前体：内源性、外源性
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备
（二）培养基的种类与选择 1.培养基的种类 （1）孢子培养基：制备孢子 （2）种子培养基： 孢子发芽、菌体生长繁殖 （3）发酵培养基
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备
（三）影响培养基质量的因素 1.原材料质量的影响 2.水质的影响 3.灭菌的影响 4.pH的影响 5.其他影响因素：黏度
第一节 概 述
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 空白 葡萄糖 麦芽糖 蔗糖 玉米粉
酶活（u/g）
中性条件下酶活 外加碳源对产酶的影响 碱性条件下酶活
1400 1200
酶活（u/g）
1000 800 600 400 200 0
空白
• 谷氨酸产生菌棒状杆菌的生长温度为30～32 ℃ ，
• 青霉菌生长温度为30 ℃ 。
• 2、根据培养条件选择
• 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。
• 通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低
些，溶氧浓度也可髙些。
• 培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利
用快，会使菌过早自溶。
注意：遗传特性不稳定，容易继续 变异； 需要经常进行选育工作； 能提高平均生产水平，但不 能大幅提高。
第二节 制药微生物与产物的生物合成
二、制药微生物菌种的选育
（一）自然选育
生产菌种斜面 制备单孢子悬浮液 分离出单菌落
斜面种子
高产菌株
沙土管菌种
斜面种子
摇瓶复筛
高产纯化株
第二节 制药微生物与产物的生物合成
4.水 5.前体：内源性、外源性
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备
（二）培养基的种类与选择 1.培养基的种类 （1）孢子培养基：制备孢子 （2）种子培养基： 孢子发芽、菌体生长繁殖 （3）发酵培养基
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备
（三）影响培养基质量的因素 1.原材料质量的影响 2.水质的影响 3.灭菌的影响 4.pH的影响 5.其他影响因素：黏度
第一节 概 述
微生物发酵制药技术
30
发酵制药流程
31
发酵制药工艺
32
五、微生物发酵基本过程特征
菌体生长与产物合成的三个阶段： 发酵前期（fermentation prophase) 菌体生长期（cell growth phase) 发酵中期(fermentation metphase) 产物合成期（product synthesis phase) 发酵后期（ fermentation anahase） 菌体自溶期（cell autolysis phase)
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。
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
细菌之芽孢杆菌属(Bacillus)
1。稀释涂布
2。平板划线纯化
43
斜面传代
44
防止菌株衰退的措施
菌种退化：菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵 产品的得率降低. 1、衰退的可能原因 （1）、基因突变 （2）、分离现象 2、防止菌种衰退的方法 A、从菌种选育方面考虑；B、尽量减少传代次数 C、创造良好的培养条件；D、利用不易衰退的细胞传代; E、采用有效的菌种保藏方法
33
发酵前期特征
从接种至菌体达到一定临界浓度的时间，包括延滞 期、对数生长期和减速期。 代谢特征：碳源、氮源等基质不断消耗 生长特征：菌体不断地生长和繁殖，生物量增加。 溶氧变化：不断下降，菌体临界值时，浓度最低。 pH变化：先升后降－以氨基酸为碳源，释放氨，后 氨被利用。先降后升－以糖为碳源，释放出丙酮酸 等有机酸，后被利用。
生物制药工艺
生物制药工艺第一章绪论第二章微生物发酵制药工艺第三章基因工程制药工艺第四章动物细胞培养制药工艺生物制药工艺第一章绪论制药工艺学1.1.1 制药工艺学的研究对象制药工艺学是研究药物的工业生产过程共性规律及其应用，包括制备原理、工艺路线、质量控制。
现代制药的特点是技术含量高、智力密集，发展方向是全封闭自动化、全程质量控制，大规模反应器生产和新型分离技术综合利用。
制药工艺学的工程性和实用性较强，加之药品种类繁多，生产工艺流程多样，过程复杂。
即使进行仿制药物的生产，也必须要有自主知识产权的工艺。
制药工艺作为把药物产品化的一种技术过程，贯穿于药物研发的整个过程，是现代医药行业的关键技术领域。
制药工艺是药物产业化的桥梁与瓶颈，对工艺的研究是加速产业化的一个重要方面。
因此，学习掌握制药工艺学具有重要意义。
1.1.2 制药工艺学的内容制药工艺学是综合应用化学系列、生物系列、机械设备与工程单元操作等课程的专门知识，深化理解并掌握工艺原理，充分考虑药品的特殊性，针对生产条件、所需环境等的具体要求，研究药物制造原理、工艺路线与过程优化、中试放大、生产技术与质量控制，从而分析和解决生产过程的实际问题。
从工业生产角度，改造、设计和开发药物的生产工艺，制定相应的操作规程。
制药工艺学与其他基础课、专业课联系密切，而且与生产实践紧密相关。
通过设计、研究药物大规模生产的工艺条件与设备选型，从中选出最安全、最经济、最可行的工艺路线。
1.1.3 制药工艺的类别可根据典型的药物生产过程，把制药工艺过程分为4类，生物技术制药工艺学、化学制药工艺学、中药制药工艺学和制剂工艺学。
1.1.3.1 生物技术制药工艺以生物体和生物反应过程为基础，依赖于生物机体或细胞的生长繁殖及其代谢过程，利用工程学原理和方法对实验室所取得的药物研究成果进行开发放大，在反应器内进行生物反应合成，进而生产制造出商品化药物。
细胞生长和药物生产与培养条件之间的相互关系是过程优化的理论基础。
微生物发酵制药工艺
合子
虽然有成功报导，但多数效果不显著。
发酵制药
生产菌种的建立
（3）原生质体融合育种
概念 通过生物学、化学或物理学的方法，使两个不同 种类的体细胞融合在一起，从而产生具有两个亲 本遗传性状的新细胞.
发酵制药
操作过程
a. 原生质体制备： 用去壁酶处理将微生 物细胞壁除去，制成 原生质体。 e.高产菌株
发酵制药
生产菌种的建立
药物的筛选
琼脂扩散法——活性测定： 非致病菌为对象，筛选生物活性物质。 耐药和超敏菌种。 HPLC、LC－MS等，分析鉴定活性物质。 靶向筛选 高通量筛选 高内涵筛选
发酵制药
生产菌种的建立
2、菌种选育——自然选育（1）
定义：不经过人工诱变处理，根据菌种的自 然突变而进行的菌种筛选过程。 应用： （1）菌种的提纯复壮。（2）防止退 化，稳定生产水平。1年1次。 过程 菌 种 单孢 子 平板 单菌落 优良 分离 测活 菌株 效率低, 增产幅度小
dX r= dt
比生长速率μ：单位菌体浓度的生长速率 生长速率的标准化，菌体活力大小
dX ⎛ 1 ⎞ μ= ⎜ ⎟ dt ⎝ X ⎠
发酵制药
生长与生产的关系
菌体生物量与时间的关系是S形曲线。 分为五个阶段
减速期 dX/dt =μmax X dX/dt =μ X dX/dt = (μ - kd) X = 0 dX/dt = - kd X 延滞期 指数生长期 衰亡期 静止期
发酵前期(fermentation prophase) 菌体生长期（cell growth phase） 发酵中期(fermentation metaphase) 产物合成（生产）期(product synthesis phase) 发酵后期(fermentation anaphase) 菌体自溶期(cell autolysis phase)
电子教案与课件：《制药工艺学(第二版)》 第2章 微生物发酵制药工艺 (2.5)_( 灭菌工艺)
kd Aexp RT
A为常数，E为死亡活化能，T为绝对温度，R为气体常数。
发酵制药
灭菌工艺
灭菌时间与比死亡速率之间的关系
t 1 ln( X 0 ) kd X
➢ kd与微生物种类、生理状态、灭菌温度有关 ➢通常：杀死芽孢的温度和时间为指标，X＝0.001。
➢确保彻底灭菌，实际操作中增加 50％ 的保险系数。
发酵制药
灭菌工艺
2.5.2 培养基的灭菌操作
2.5.2.3 连续灭菌操作
➢ 优点: 采用高温快速灭菌工艺，营养成分破坏的少； 热能利用合理，易于自动化控制。
➢ 缺点: 发酵罐利用率低，增加了连续灭菌设备及操作
环节，增加染菌几率；对压力要求高，不小于 0.45 mPa，一般为0.45～0.8 mPa 。 ➢ 不适合: 粘度大或固形物含量高的培养基灭菌。
甚至是产品的质量。
发酵制药
灭菌工艺
制药工艺的灭菌
• 灭菌： 指用化学或物理的方法杀灭或去除物料及设备、
空间中所有生物的技术或工艺过程。
➢发酵和细胞车间：无菌培养，培养基和空气无菌； ➢制剂车间：无菌洁净空间，设备无菌，原料无菌； ➢制药用水：无菌纯净水； ➢相关工艺：需要验证。
发酵制药
灭菌工艺
2.5.1 常用灭菌方法与原理 灭菌质量要求
发酵制药
灭菌工艺
灭菌操作举例1
❖ 种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭 菌及管道灭菌
①从有关管道通入蒸汽，使罐内蒸汽压力达 0.147MPa，维持45min；
②灭菌过程从阀门、边阀排出空气，并使蒸汽通过 达到死角灭菌；
③灭菌完毕，关闭蒸汽，待罐内压力低于空气过滤 器压力时，通入无菌空气保持罐压0.098MPa。
A为常数，E为死亡活化能，T为绝对温度，R为气体常数。
发酵制药
灭菌工艺
灭菌时间与比死亡速率之间的关系
t 1 ln( X 0 ) kd X
➢ kd与微生物种类、生理状态、灭菌温度有关 ➢通常：杀死芽孢的温度和时间为指标，X＝0.001。
➢确保彻底灭菌，实际操作中增加 50％ 的保险系数。
发酵制药
灭菌工艺
2.5.2 培养基的灭菌操作
2.5.2.3 连续灭菌操作
➢ 优点: 采用高温快速灭菌工艺，营养成分破坏的少； 热能利用合理，易于自动化控制。
➢ 缺点: 发酵罐利用率低，增加了连续灭菌设备及操作
环节，增加染菌几率；对压力要求高，不小于 0.45 mPa，一般为0.45～0.8 mPa 。 ➢ 不适合: 粘度大或固形物含量高的培养基灭菌。
甚至是产品的质量。
发酵制药
灭菌工艺
制药工艺的灭菌
• 灭菌： 指用化学或物理的方法杀灭或去除物料及设备、
空间中所有生物的技术或工艺过程。
➢发酵和细胞车间：无菌培养，培养基和空气无菌； ➢制剂车间：无菌洁净空间，设备无菌，原料无菌； ➢制药用水：无菌纯净水； ➢相关工艺：需要验证。
发酵制药
灭菌工艺
2.5.1 常用灭菌方法与原理 灭菌质量要求
发酵制药
灭菌工艺
灭菌操作举例1
❖ 种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭 菌及管道灭菌
①从有关管道通入蒸汽，使罐内蒸汽压力达 0.147MPa，维持45min；
②灭菌过程从阀门、边阀排出空气，并使蒸汽通过 达到死角灭菌；
③灭菌完毕，关闭蒸汽，待罐内压力低于空气过滤 器压力时，通入无菌空气保持罐压0.098MPa。
微生物发酵制药
次级代谢产物：是比较复杂的化合物，不是细胞 生长必需的，对生命有意义（抗逆境条件）。抗 生物、毒素、色素。
整理课件
3
发酵罐发酵
整理课件
4
摇床发酵
立式
卧式
整理课件
5
静置发酵
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6
发酵制药
利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵、代谢 合成药物，然后从中提取、精制纯化，获得药 品的过程。
整理课件
的缺失。还有慢化离子、移位原子和本底元素复合反
应造成的化学损伤以及电荷交换引起的生物分子电子
转移造成的损伤。离子注入生物学效应显示出一些不
同于辐射生物学的特征，相当于物理和化学诱变两者
相结合的复合诱变效应
（2）激光辐射诱变和微波电整理磁课件辐射诱变
整理课件
17
二、制药微生物菌种的选育
1、选育的目的
改善菌种的特性，使产量提高，改进质 量、降低成本、改革工艺、方便管理及综 合利用等
2、选育的方法：
A、自然选育；
B、诱变育种
C、杂交育种
整理课件
18
自然选育
定义：不经过人工诱变处理，根据菌种的自然突变 而进行的菌种筛选过程。
应用： 1）菌种的纯化 2）菌株的复壮。 2）选育高产菌株
菌体自溶期（cell autolysis phase)
整理课件
10
发酵前期特征
从接种至菌体达到一定临界浓度的时间，包括延 滞期、对数生长期和减速期。
代谢特征：碳源、氮源等基质不断消耗 生长特征：菌体不断地生长和繁殖，生物量增加。 溶氧变化：不断下降，菌体临界值时，浓度最低。 pH变化：先升后降－以氨基酸为碳源，释放氨，整理Βιβλιοθήκη 件22诱变方案设计
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3
发酵罐发酵
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4
摇床发酵
立式
卧式
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5
静置发酵
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发酵制药
利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵、代谢 合成药物，然后从中提取、精制纯化，获得药 品的过程。
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的缺失。还有慢化离子、移位原子和本底元素复合反
应造成的化学损伤以及电荷交换引起的生物分子电子
转移造成的损伤。离子注入生物学效应显示出一些不
同于辐射生物学的特征，相当于物理和化学诱变两者
相结合的复合诱变效应
（2）激光辐射诱变和微波电整理磁课件辐射诱变
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二、制药微生物菌种的选育
1、选育的目的
改善菌种的特性，使产量提高，改进质 量、降低成本、改革工艺、方便管理及综 合利用等
2、选育的方法：
A、自然选育；
B、诱变育种
C、杂交育种
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自然选育
定义：不经过人工诱变处理，根据菌种的自然突变 而进行的菌种筛选过程。
应用： 1）菌种的纯化 2）菌株的复壮。 2）选育高产菌株
菌体自溶期（cell autolysis phase)
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发酵前期特征
从接种至菌体达到一定临界浓度的时间，包括延 滞期、对数生长期和减速期。
代谢特征：碳源、氮源等基质不断消耗 生长特征：菌体不断地生长和繁殖，生物量增加。 溶氧变化：不断下降，菌体临界值时，浓度最低。 pH变化：先升后降－以氨基酸为碳源，释放氨，整理Βιβλιοθήκη 件22诱变方案设计
第2章微生物发酵制药工程-4
• Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发- Q显-Q辐射 • 发酵是一个复杂的生化过程，底物和生成物很多， 但是发酵热的计算以主要的物质即在反应中起决定 作用的物质来近似计算。
发酵过程温度的控制
• 最适发酵温度的选择—变温发酵 • 在生产上，为了使发酵温度控制在一定的范围，常 在发酵设备上装有热交换设备，例如采用夹套、排 管或蛇管进行调温，冬季发酵时空气还需要进行加 热。
发酵染菌能给生产带来严重危害，防止 杂菌污染是任何发酵工厂的一项重要工 作内容。尤其是无菌程度要求高的液体 深层发酵，污染防止工作的重要性更为 突出。
几乎所有的发酵工业，都有可能遭受杂 菌的污染。染菌的结果，轻者影响产量 或产品质量，重者可能导致倒罐，甚至 停产。
染菌的具体危害：
1）分解产物 2）污染产品 3）抑制生产菌的生长和代谢的产生 4）影响产物的提取率
无菌室内无菌度的要求
• 把无菌培养皿平板打开盖子在无菌室内放置30分钟，根据一般工厂 的经验，长出的菌落在3个以下为好。
对种子培养基染菌的处理
• 一般均应灭菌后坚决弃去，并对接触过的设备，管道全部灭菌， 加长灭菌时间等。
六、空气带菌及其控制
• 空气过滤器效能下降：过滤介质松动、老化、吸潮 • 肉汤平板检测无菌空气质量 • 通过定期检查管件，更换过滤介质和加强检修
• 为了获得最高的生产率，须要采用摄氧速率与传氧 速率相平衡时菌体浓度，也就是传氧速率随菌浓变
化的曲线和摄氧速率随菌浓变化曲线的交点所对应
的菌体浓度，这就是临界菌体浓度。菌体超过此浓 度，抗生素的比合成率和体积产率都会迅速下降。
菌体浓度的控制
• 发酵过程中要把菌体浓度控制在适宜的范围之内， 主要靠： 1. 调节基质浓度； 2. 采用中间补料，控制CO2和O2量； 3. 若生长缓慢，菌体浓度低时，可补加磷酸盐，促 进生长。