第4章 发酵工程技术与发酵药物

第一节 发酵工程制药技术
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念 “发酵”（fermentation）一词来源于酵母 菌作用于果汁或发芽谷物，获得洒精并产 生二氧化碳的现象。
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念
现在，人们把利用微生物在有氧或无氧条件 下的生命活动来大量生产或积累微生物细胞 和各种代谢产物的过程统称为发酵。
发酵可以在无氧或有氧的条件下进行。前者 如酒精发酵、乳酸发酵和丙酮、丁醇发酵， 后者如抗生素发酵、醋酸发酵、氨基酸发酵 和维生素发酵等。
一、发酵工程技术的概念
1，发酵工程的概念
发酵工程技术，利用微生物的发酵现象，通 过现代工程技术手段（主要是发酵罐的自动 化、高效化、功能多样化和大型化）来生产 各种特定的有用物质。
现代生物制药技术
发酵工程技术与发酵药物
学习目标
【学习目的】学习发酵工程技术的概念、发酵工程制药的一般工艺流程及技术特 点，认识主要的发酵技术药物，了解主要的发酵技术药物的生产工艺。
【知识要求】了解发酵工程技术的概念，掌握发酵工程制药的一般工艺流程及技 术特点.热悉主要的发酵技术药物及其生产工艺。
【能力要求】掌握发酵工程制药的一般工艺流程及技术特点，熟悉发酵工程技术 在制药领域中的应用。
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型
③微生物代谢产物发酵
这种发酵类型的应用最多，目前已知的微 生物代谢产物中，大部分都属于药物，如 氨基酸、核苷酸、蛋白质、糖类等都是细 胞生长繁殖所必需的，称为初级代谢产物； 在微生物生长过程中，往往能产生一些与 细胞生长没有直接关系的产物，如抗生素、 生物碱、细菌毒素、Βιβλιοθήκη Baidu物生长因子等，称 为次级代谢产物。
三、发酵工程制药的工艺流程
4.灭菌
过滤灭菌法常用于发酵过程中空气的灭菌。 大多数的发酵都属于好氧发酵，少数也有 厌氧发酵。在好氧发酵中，一般是用空气 作为氧的来源通入发酵系统，空气必须经 过除菌以保证纯种培养。
三、发酵工程制药的工艺流程
5·发酵操作
根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制
（1）温度
最适温度，但菌体生长的最适温度不一定 就是产物合成的最适温度。
发酵过程中的温度可通过温度计或自动记 录仪表进行检测，通过向发酵罐的夹套或 蛇形管中通入冷水、热水或蒸汽进行调节。
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制 （2）pH • 细菌生长的最适pH为6.3~7.5 • 霉菌和酵母菌为pH 3~6 • 放线菌为pH 7-8 微生物生长阶段和产物合成阶段的最适pH 往往不一样，这就需要在发酵过程中不断 地调节和控制pH。
碳源、氮源、无机盐及微量元素等，这些 称为基本营养源。
三、发酵工程制药的工艺流程
培养基的种类很多，依据在生产中的用途， 又可分为：孢子培养基（供制备孢子培养 用）、种子培养基（供孢子发芽和菌体生 长繁殖用）、发酵培养基（供菌体生长繁 殖和合成大量代谢产物用）
三、发酵工程制药的工艺流程
3，种子扩大培养
三、发酵工程制药的工艺流程
6、发酵工艺控制
（3）溶解氧
溶解氧是好氧发酵最重要的参数之一。由 于氧在水中的溶解度很小，在培养基中的 溶解度更小，所以必须不断地通风与搅拌， 才能满足发酵需氧的要求。溶解氧可采用 溶氧电极来检测。
7·发酵液的下游加工
从发酵液中分离、精制有关产品的过程称 为发酵工程的下游加工过程。发酵液是含 有细胞、代谢产物和剩余培养基等多组分 的多相系统。
（1）分批发酵
分批培养是常用的培养方法，广泛用于多 种发酵过程。
三、发酵工程制药的工艺流程
5·发酵操作
根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。
（2）连续发酵
目前只应用于葡萄糖酸、酵母蛋白和酒精 等少数产品的生产。
三、发酵工程制药的工艺流程
5、发酵操作 根据操作方式的不同，发酵过程主要有分 批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类 型。 （3）补料分批发酵 • 单一补料分批发酵 • 反复补料分批发酵
其中最重要的是生产用菌种， 菌种质量好坏直接影响发酵产 品的产量、质量及其成本。
三、发酵工程制药的工艺流程
1、发酵菌种
因此，在生产过程中，应不断改造菌种性 能、培养优良菌株，同时还必须做好菌种 的保藏与复壮，恢复菌种的优良性能。
三、发酵工程制药的工艺流程
2，制备培养基
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、 繁殖、代谢和合成各种产物的营养物质和 原料，提供生长所必需的环境条件。
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型 ①微生物菌体发酵 以获得微生物菌体为目的。如用于面包制作的酵母发酵、含灵芝多糖 的灵芝菌、虫草等药用真菌等。 通过发酵生产，可以获得与天然药用真菌具有同等疗效的药用产物。
一、发酵工程技术的概念
2，发酵工程的类型
②微生物酶发酵
酶普遍存在于各类生物体中。微生物具有 种类多、产酶面广、生产容易、成本低等 特点，在工业上有着越来越广泛的应用。 如果胶酶、糖化酶用于葡萄糖的生产，青 霉素酰化酶用来生产半合成青霉素的中间 体6-氨基青霉素等。
菌种的扩大培养是发酵生产的第一道工序， 其过程一般包括孢子制备和种子制备。
孢子制备是种子制备的开始，种子制备是 将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入 到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌 丝或菌体的过程。
三、发酵工程制药的工艺流程
4.灭菌 培养基和发酵设备的灭菌多数使用湿热灭菌法，工业生产常用连续灭菌，也称连消，同时，应事先向尚末装 入培养基的空发酵罐内通入蒸汽进行湿热灭菌，这种空罐灭菌也称为空消。空消是配合连消使用的。
三、发酵工程制药的工艺流程
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发 酵和提取；
发酵工程制药的一般工艺流程：菌种活化 →种子制备→发酵→发酵液预处理→提取 及精制→成品检验→成品包装（图4-1）。
三、发酵工程制药的工艺流程
1.发酵菌种
在发酵工程中，衡量其生产水 平的因素主要有生产用菌种、 发酵、提取工艺和生产设备。
（1）发酵液预处理和固-液分离－过滤、 离心
（2）提取－吸附、离子交换、萃取、超 滤