第十六章制药工艺学微生物发酵制药工艺PPT课件
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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
生物制药工艺学课件
基因突变与蛋白质改造
通过基因工程技术对蛋白质进行定点 突变，以改善其功能或提高其稳定性 。
基因治疗
利用基因工程技术将正常基因导入病 变细胞，以纠正或补偿缺陷基因。
基因诊断
利用基因工程技术检测基因突变、单 基因遗传病和多基因疾病，为疾病的 预防和诊断提供依据。
细胞工程技术
细胞培养技术
通过细胞培养技术实现细胞的 大量扩增和生产，用于药物筛
采用先进的分离和纯化技术，如超滤、纳滤、色谱等，降低下游 处理的成本。
基因工程菌的高密度培养
通过优化培养条件，实现基因工程菌的高密度培养，提高单位体积 内的产物产量，降低生产成本。
副产物利用和废物处理
通过合理利用副产物和有效处理废物，降低生产过程中的能耗和物 耗，从而降低生产成本。
05
CATALOGUE
特点
以生物技术为基础，涉及微生物、细胞、酶等生物活性物质的利用，具有高度 专业化和技术密集型的特点。
生物制药工艺学的应用领域
01
02
03
04
抗生素生产
利用微生物发酵技术生产抗生 素等药物。
疫苗制备
利用微生物或细胞培养技术制 备疫苗。
重组蛋白质药物
利用基因工程技术重组蛋白质 并生产药物。
基因治疗
利用基因工程技术治疗遗传性 疾病和癌症等疾病。
生物制药工艺学课件
CATALOGUE
目 录
• 生物制药工艺学概述 • 生物制药工艺流程 • 生物制药工艺中的关键技术 • 生物制药工艺的优化与改进 • 生物制药工艺的法规与伦理问题
01
CATALOGUE
生物制药工艺学概述
生物制药工艺学Leabharlann 定义与特点定义生物制药工艺学是一门研究利用生物技术制备药物的方法和过程的学科。
《制药工艺学》课件
THANKS
感谢观看
制药工艺学具有很强的应用性，需要结合理论和实践，涉及 多种学科领域，如化学、生物学、药剂学等，同时也需要遵 守严格的药品生产质量管理规范（GMP）。
制药工艺学的应用领域
药品研发
制药工艺学在药品研发阶段发挥 着重要作用，涉及新药的发现、 筛选、合成、制剂等方面的研究
。
药品生产
制药工艺学是药品生产的核心技术 ，涉及原料药的生产、药物制剂的 制备、质量控制等方面的技术要求 。
04
制药工艺学中的安全与环保
制药工业的安全管理
制药工业安全管理的重要性
确保生产过程中的安全，防止事故发生，保 护员工健康和环境。
制药工业安全培训
对员工进行安全培训，提高员工的安全意识 和技能，确保员工能够遵守安全规定。
制药工业安全管理体系
建立和完善安全管理体系，包括安全规章制 度、操作规程、应急预案等。
这些设备包括反应器、混合器、分离器、干燥器等，每种设备都有其特定的功能和 操作要求。
了解和掌握这些设备的原理、操作和维护对于保证制药工艺的稳定性和产品质量至 关重要。
制剂生产设备
制剂生产设备是用于将原料药 转化为药物制剂的设备，如片 剂、胶囊剂、注射剂等。
这些设备包括压片机、混合机 、包衣机、灌装机等，每种设 备都有其特定的功能和操作要 求。
《制药工艺学》ppt课件
• 制药工艺学概述 • 制药工艺流程 • 制药设备与技术 • 制药工艺学中的安全与环保 • 药品研发与注册 • 案例分析
01
制药工艺学概述
定义与特点
定义
制药工艺学是一门研究药物制造过程的综合性学科，涉及药 物成分的提取、分离、纯化、制剂、质量控制等方面的理论 和实践。
微生物发酵制药宝典 ppt课件
• 选择压：施加一定的选择压，获得耐药菌株。 措施：添加抗生素，提高前体浓度，增加产 物浓度。
微生物发酵制药宝典 ppt课件
发酵制药
生产菌种的建立
诱变育种流程
出发菌种 单孢子悬液
诱变处理
高产菌株
单菌落初筛
稀释涂板
复筛
稳定性 特性
放大 中试
微生物发酵制药宝典 ppt课件
投入生产
发酵制药
生产菌种的建立
10.3.1.4 原生质体融合育种
•概念
通过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，形成杂合细胞， 产生兼具两个亲本遗传性状的新细胞。
特点：有一定的定向性，效果显著。
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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。
• 物理类：紫外线，快中子，激光，太空射线。 • 化学类：碱基类似物，嵌合剂，亚硝酸。 • 生物类：噬菌体，转座子。
❖特点：快速，简单，效益大。 ❖缺点：无定向性，大量筛选。
微生ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发酵制药宝典 ppt课件
发酵制药
生产菌种的建立
诱变方案设计
• 出发菌种的选择：较高产，对诱变剂敏感。
• 诱变剂的使用：交叉使用多种，合理组合。 中等剂量（80％致死率）。
微生物发酵制药宝典 ppt课件
发酵制药
生产菌种的建立
10.3.1.1 自然分离
• 目的：出发菌的获取 • 样品的采集：大陆表层土壤，海洋水体 • 预处理：根据分离目的和微生物的特性。
温度；化学处理；离心、膜过滤 • 培养基：选择性，营养和pH；添加抑制剂。 • 分离方法： （1）稀释法：无菌水，生理盐水，缓冲液 （2）滤膜法：细菌在膜上，放线菌进入培养基。 • 培养条件：温度。放线菌：25－30℃，32－37℃，
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发酵制药
生产菌种的建立
诱变育种流程
出发菌种 单孢子悬液
诱变处理
高产菌株
单菌落初筛
稀释涂板
复筛
稳定性 特性
放大 中试
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投入生产
发酵制药
生产菌种的建立
10.3.1.4 原生质体融合育种
•概念
通过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，形成杂合细胞， 产生兼具两个亲本遗传性状的新细胞。
特点：有一定的定向性，效果显著。
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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。
• 物理类：紫外线，快中子，激光，太空射线。 • 化学类：碱基类似物，嵌合剂，亚硝酸。 • 生物类：噬菌体，转座子。
❖特点：快速，简单，效益大。 ❖缺点：无定向性，大量筛选。
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发酵制药
生产菌种的建立
诱变方案设计
• 出发菌种的选择：较高产，对诱变剂敏感。
• 诱变剂的使用：交叉使用多种，合理组合。 中等剂量（80％致死率）。
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发酵制药
生产菌种的建立
10.3.1.1 自然分离
• 目的：出发菌的获取 • 样品的采集：大陆表层土壤，海洋水体 • 预处理：根据分离目的和微生物的特性。
温度；化学处理；离心、膜过滤 • 培养基：选择性，营养和pH；添加抑制剂。 • 分离方法： （1）稀释法：无菌水，生理盐水，缓冲液 （2）滤膜法：细菌在膜上，放线菌进入培养基。 • 培养条件：温度。放线菌：25－30℃，32－37℃，
《制药工艺学》课件
药物制剂的工艺流程与设备
药物制剂的质量控制与稳定性
药物制剂的处方设计原则与优 化方法
制药工艺技术与方法
药物提取工艺技术与方法
提取方法：根 据药物成分的 性质和特点， 选择合适的提 取方法，如煎 煮法、浸渍法、
渗漉法等。
添加标题
提取溶剂：选 择适当的溶剂，
如水、乙醇、 石油醚等，以 溶解药物成分。
次数
提取时间：根据药物成分的 性质和含量确定合适的提取
时间
药物分离纯化工艺原理
常用分离方法：沉淀法、萃 取法、结晶法、膜分离法等
分离纯化目的：去除杂质， 提高药物纯度
工艺流程：原料药→预处理 →分离纯化→精制→干燥→
产品
注意事项：选择合适的分离 方法，控制操作条件，保证
产品质量
药物制剂工艺原理
药物制剂的基本概念与分类
案例二：西药制剂工艺案例分析与实践操作
案例背景：介绍案例的来源、目的和意义
案例描述：详细描述案例的具体内容，包括药物名称、剂型、处方组成、生产工艺流程等
实践操作：介绍如何进行实验操作，包括实验步骤、实验结果分析和实验结论等 案例总结：对案例进行总结，提炼出其中的关键知识点和注意事项 案例拓展：介绍与案例相关的其他知识点和实际应用情况
案例三：生物制品分离纯化工艺案例分析与实践操作
案例描述：详细阐述生物制 品分离纯化工艺的基本原理、 操作流程和技术要点
实践操作：通过具体实验操 作演示生物制品分离纯化工
艺的实际应用
案例背景：介绍生物制品分 离纯化工艺的重要性和应用 领域
案例总结：总结生物制品分 离纯化工艺的优缺点、注意
事项和未来发展趋势
本
制药工艺学的 研究对象：原 料药、制剂、
微生物发酵制药29页PPT
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
微生物发酵制药
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
微生物发酵制药
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
微生物制药课件117页PPT
5
4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由水
存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
6
固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌要
求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水处
14
1、酸解法
又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将 淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产 能力大；
缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐 腐蚀、耐高温和耐高压的要求； b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
15
2、酶解法
1
0
、
倚
南
窗以寄ຫໍສະໝຸດ 傲，审容
膝
之
易
安
。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型 4.2 原料的选择和处理 4.3 灭菌和空气净化工程 4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验
4.7 发酵培养方法
3
发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产 有用的各种产物的过程，它由三个核心部分组成： 一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利 用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分 发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经 分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。
12
4.2.2 淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌 可以直接利用淀粉外，目前大多数微生物都不能直 接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素 产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产 中，都要求先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成淀 粉水解糖后使用。
4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由水
存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
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固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌要
求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水处
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1、酸解法
又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将 淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产 能力大；
缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐 腐蚀、耐高温和耐高压的要求； b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
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2、酶解法
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0
、
倚
南
窗以寄ຫໍສະໝຸດ 傲，审容
膝
之
易
安
。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型 4.2 原料的选择和处理 4.3 灭菌和空气净化工程 4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验
4.7 发酵培养方法
3
发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产 有用的各种产物的过程，它由三个核心部分组成： 一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利 用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分 发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经 分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。
12
4.2.2 淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌 可以直接利用淀粉外，目前大多数微生物都不能直 接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素 产生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产 中，都要求先对淀粉或淀粉原料进行糖化，制成淀 粉水解糖后使用。
制药工艺学--微生物发酵制药工艺 ppt课件
ppt课件
24/207
4、真实的生物学过程模拟与举例
tL：延滞期； tmax:最大比速率期
ppt课件
25/207
一种芽孢杆菌的生长曲线
ppt课件
26/207
Vero细胞在16％血清中生长曲线
ppt课件
27/207
5、生长与生产关系的模型
Gaden把生长与生产分为三种： I型：生长与生产偶联型 II型：生长与生产半偶联型 III型：生长与生产非偶联型
Monod方程：
μmax
μ =μmax S/(Ks + S)
比
生
S很低，浓度与比生长 长
速率成正比。
速 率
1/2μmax
S很高，菌体以最大比
生长速率进行生长。
Ks
基质浓度
μmax：各种基质对菌体的生长效率，不同基质之间比较。
Ks：为饱和常数，菌体对基质亲和力，Ks越小，亲和力越大，利用越好。
注意：与酶反ppt课应件 动力学MM方程的区别。
2发酵制药基本工艺过程9207菌种选育种子制备发酵培养分离纯化产品菌种选育发酵工段种子制备菌种活化发酵控制实验室种子库发酵车间10207原料药包装成品检验提炼工段预处理分离提取浓缩纯化成品工段包装车间提炼车间发酵制药过程工段岗位操作与车间流程关系库存间162微生物的生长与生产的关系微生物动力学研究微生物生长动力学11207基质利用的动力学生长与生产关系的动力学模型微生物发酵过程特征1发酵动力学研究概念
围。
ppt课件
13/207
发酵制药
已建立动力学模型的类型
发酵的反应过程与速度：
r S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
机制模型：根据反应机制建立，几乎没有 现象模型：经验模型，目前大多数
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单孢菌属极少 细菌：芽孢杆菌，棒杆菌，短杆菌…… 真菌：霉菌，酵母
7
发酵制药
概述
16.1.1 发酵制药－产物种类
种类 抗生素 氨基酸 维生素 核苷与核苷酸 酶类 酶抑制剂 免疫调节剂
药物举例 青霉素，链霉素，头孢菌素C 谷氨酸，赖氨酸，丝氨酸
VB2，VB12，VC 肌苷与肌苷酸，尿苷与尿苷酸 蛋白酶，链激酶，葡激酶 他汀类，伏立波糖 环孢菌素A，他克莫司
微生物动力学研究 微生物生长动力学 基质利用的动力学 生长与生产关系的动力学模型 微生物发酵过程特征
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1、发酵动力学研究
概念：发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基 质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。包括 生长动力学，基质消耗动力学，产物合成动力学。 内容：发酵过程中菌体生长速率、基质消耗速率和 产物生成速率的相互关系，环境因素对三者的影响， 以及影响其反应速度的条件。 意义：确定最佳发酵工艺条件，建立工艺参数控制 方案。模拟使生产控制达到最优化。
意义：描述微生物从生长到自溶死亡的整个过程。
生长速率r：单位时间（t）内菌浓或质量（X）变化:
r dX 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
dt X
15
发酵制药
(2)菌体生物量与时间的关系是S形曲线。分为五个阶段
菌体浓度X
减速期
静止期 衰亡期
1898-1968
4
2发酵－概念与种类
概念：通过微生物培养而获得产物的过程（注意与生物化 学中的发酵的区别）
种类： 基于产物——青霉素发酵，维生素发酵，生产中常用 基于代谢——初级代谢产物发酵；次级代谢产物发酵；过
程控制相似 基于供氧——厌氧发酵；好氧发酵；反应器设计相似 基于原料——葡萄糖发酵；淀粉发酵 基于反应——生物转化发酵，生物氧化，生物加氢
发酵的反应过程与速度：
r S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
机制模型：根据反应机制建立，几乎没有 现象模型：经验模型，目前大多数
定量描述发酵过程 反应主要影响因素 细胞群体的动力学可用均衡生长的非结构模型简化。
14
发酵制药
2、微生物的生长动力学
(1)生长曲线：生物量或细胞数目随时间变化曲线。
8
16.1.2发酵制药——基本工艺过程
菌种选育
种子制备
发酵培养
分离纯化 产品
9
菌种选育
菌种活化
实验室、种子库
发酵工段
种子制备
发酵车间
发酵控制
提炼工段
预处理 分离提取 浓缩纯化
提炼车间 包装车间 库存间
成品工段 成品检验 包装 原料药
发酵制药过程－工段岗位操作与车间流程关系 10
16.2 微生物的生长与生产的关系
蛋白质变性，细胞热裂 解，细胞死亡
17
生物量
发酵制药
(4)pH值对生长影响
pH
pH值对菌体生长速率的影响与温度的影响类似， 在适宜的pH值范围，生长速率最大
18
3、基质利用的动力学的因素
（1）基质浓度对菌体生长的影响 菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。
基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
Ks：为饱和常数，菌体对基质亲和力，Ks越小，亲和力越大，利用越好。
注意：与酶反应动力学MM方程的区别。
20
米氏方程：酶促反应速度
V
1.2 V1m
0.8 0.6 0V.m4/2 0.2
0 0K m 200
400 S 600
dS r S dt
基 质 浓 度
qS
dS 1 dt X
发酵时间(t)
19
（2）限制性基质浓度与比生长速率的关系
Monod方程：
μmax
μ =μmax S/(Ks + S)
比
S很低，浓度与比生长
生 长
速率成正比。
速
1/2μmax
率
S很高，菌体以最大比
生长速率进行生长。
Ks
基质浓度
μmax：各种基质对菌体的生长效率，不同基质之间比较。
12
生长与生产的关系
研究发酵动力学的步骤
(1)测定发酵过程中的生物和理化参数变化。 (2)将参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找
出它们之间的相互关系和变化规律。 (3)建立数学模型，描述参数随时间变化的关系。 (4)计算机在线控制，反复验证模型的可行性与适类型
5
发酵制药
发酵类型、产物与过程特点
发酵产物，举例
类
过程特点
厌氧
初级产物，VB12
产量高，合成途径明确
好氧
初级产物，谷氨酸
产量较高，合成途径基本明确
好氧
次级产物，抗生素
产量较低，合成途径复杂
好氧
酶类，蛋白酶
菌体向外分泌的高分子产物
生物转化
激素，氢化可的松
酶催化的简单反应，非菌体代谢产物
6
发酵制药
16.1.1 发酵制药－微生物种类 放线菌：链霉菌属为主，诺卡菌属较少，小
第四篇 药物制备工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
16.1 概述 16.2 微生物生长与生产的关系 16.3 制药微生物菌种建立 16.4 制药微生物培养基制备 16.5 灭菌工艺 16.6 微生物发酵培养技术 16.7 发酵工艺过程的检测与控制
16.1概述
概述
1 发酵制药－概念与简史
3
概述 1945年诺贝生理学医学奖： 青霉素的发现与抗感染疗效
偶然发现青霉素
Sir Alexander Fleming London University 1881-1955
Ernst Boris Chain University of Oxford 1906-1979
Sir Howard Walter Florey University of Oxford
概念：利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵，代 谢合成药物，然后从中分离提取、精制纯化，获得 药品的过程。
简史：对抗细菌性感染药物的需求驱动
1928年，Fleming 发现青霉素；
1940，Florey和Chain分离得到青霉素和疗效；
50年代：搅拌发酵技术成功应用
60年代：形成了成熟的抗生素发酵工业
延迟期：无生长
指数期: dX/dt =μmax X
延迟期
指数期
时间t
减速期: dX/dt =μ X
静止期: dX/dt = (μ - kd) X = 0
衰亡期: dX/dt = - kd X<0
16
(3) 温度对生长影响
酶反应以最大速率 进行
酶反应速度随温度升高 而加快
发酵温度
菌种保存
膜凝固，无转运和吸 收，无生长
7
发酵制药
概述
16.1.1 发酵制药－产物种类
种类 抗生素 氨基酸 维生素 核苷与核苷酸 酶类 酶抑制剂 免疫调节剂
药物举例 青霉素，链霉素，头孢菌素C 谷氨酸，赖氨酸，丝氨酸
VB2，VB12，VC 肌苷与肌苷酸，尿苷与尿苷酸 蛋白酶，链激酶，葡激酶 他汀类，伏立波糖 环孢菌素A，他克莫司
微生物动力学研究 微生物生长动力学 基质利用的动力学 生长与生产关系的动力学模型 微生物发酵过程特征
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1、发酵动力学研究
概念：发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基 质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。包括 生长动力学，基质消耗动力学，产物合成动力学。 内容：发酵过程中菌体生长速率、基质消耗速率和 产物生成速率的相互关系，环境因素对三者的影响， 以及影响其反应速度的条件。 意义：确定最佳发酵工艺条件，建立工艺参数控制 方案。模拟使生产控制达到最优化。
意义：描述微生物从生长到自溶死亡的整个过程。
生长速率r：单位时间（t）内菌浓或质量（X）变化:
r dX 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
dt X
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发酵制药
(2)菌体生物量与时间的关系是S形曲线。分为五个阶段
菌体浓度X
减速期
静止期 衰亡期
1898-1968
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2发酵－概念与种类
概念：通过微生物培养而获得产物的过程（注意与生物化 学中的发酵的区别）
种类： 基于产物——青霉素发酵，维生素发酵，生产中常用 基于代谢——初级代谢产物发酵；次级代谢产物发酵；过
程控制相似 基于供氧——厌氧发酵；好氧发酵；反应器设计相似 基于原料——葡萄糖发酵；淀粉发酵 基于反应——生物转化发酵，生物氧化，生物加氢
发酵的反应过程与速度：
r S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
机制模型：根据反应机制建立，几乎没有 现象模型：经验模型，目前大多数
定量描述发酵过程 反应主要影响因素 细胞群体的动力学可用均衡生长的非结构模型简化。
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发酵制药
2、微生物的生长动力学
(1)生长曲线：生物量或细胞数目随时间变化曲线。
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16.1.2发酵制药——基本工艺过程
菌种选育
种子制备
发酵培养
分离纯化 产品
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菌种选育
菌种活化
实验室、种子库
发酵工段
种子制备
发酵车间
发酵控制
提炼工段
预处理 分离提取 浓缩纯化
提炼车间 包装车间 库存间
成品工段 成品检验 包装 原料药
发酵制药过程－工段岗位操作与车间流程关系 10
16.2 微生物的生长与生产的关系
蛋白质变性，细胞热裂 解，细胞死亡
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生物量
发酵制药
(4)pH值对生长影响
pH
pH值对菌体生长速率的影响与温度的影响类似， 在适宜的pH值范围，生长速率最大
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3、基质利用的动力学的因素
（1）基质浓度对菌体生长的影响 菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。
基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
Ks：为饱和常数，菌体对基质亲和力，Ks越小，亲和力越大，利用越好。
注意：与酶反应动力学MM方程的区别。
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米氏方程：酶促反应速度
V
1.2 V1m
0.8 0.6 0V.m4/2 0.2
0 0K m 200
400 S 600
dS r S dt
基 质 浓 度
qS
dS 1 dt X
发酵时间(t)
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（2）限制性基质浓度与比生长速率的关系
Monod方程：
μmax
μ =μmax S/(Ks + S)
比
S很低，浓度与比生长
生 长
速率成正比。
速
1/2μmax
率
S很高，菌体以最大比
生长速率进行生长。
Ks
基质浓度
μmax：各种基质对菌体的生长效率，不同基质之间比较。
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生长与生产的关系
研究发酵动力学的步骤
(1)测定发酵过程中的生物和理化参数变化。 (2)将参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找
出它们之间的相互关系和变化规律。 (3)建立数学模型，描述参数随时间变化的关系。 (4)计算机在线控制，反复验证模型的可行性与适类型
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发酵制药
发酵类型、产物与过程特点
发酵产物，举例
类
过程特点
厌氧
初级产物，VB12
产量高，合成途径明确
好氧
初级产物，谷氨酸
产量较高，合成途径基本明确
好氧
次级产物，抗生素
产量较低，合成途径复杂
好氧
酶类，蛋白酶
菌体向外分泌的高分子产物
生物转化
激素，氢化可的松
酶催化的简单反应，非菌体代谢产物
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发酵制药
16.1.1 发酵制药－微生物种类 放线菌：链霉菌属为主，诺卡菌属较少，小
第四篇 药物制备工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
16.1 概述 16.2 微生物生长与生产的关系 16.3 制药微生物菌种建立 16.4 制药微生物培养基制备 16.5 灭菌工艺 16.6 微生物发酵培养技术 16.7 发酵工艺过程的检测与控制
16.1概述
概述
1 发酵制药－概念与简史
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概述 1945年诺贝生理学医学奖： 青霉素的发现与抗感染疗效
偶然发现青霉素
Sir Alexander Fleming London University 1881-1955
Ernst Boris Chain University of Oxford 1906-1979
Sir Howard Walter Florey University of Oxford
概念：利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵，代 谢合成药物，然后从中分离提取、精制纯化，获得 药品的过程。
简史：对抗细菌性感染药物的需求驱动
1928年，Fleming 发现青霉素；
1940，Florey和Chain分离得到青霉素和疗效；
50年代：搅拌发酵技术成功应用
60年代：形成了成熟的抗生素发酵工业
延迟期：无生长
指数期: dX/dt =μmax X
延迟期
指数期
时间t
减速期: dX/dt =μ X
静止期: dX/dt = (μ - kd) X = 0
衰亡期: dX/dt = - kd X<0
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(3) 温度对生长影响
酶反应以最大速率 进行
酶反应速度随温度升高 而加快
发酵温度
菌种保存
膜凝固，无转运和吸 收，无生长