【精品课件】微生物发酵制药工艺
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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。
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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，
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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。
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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
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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
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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
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。
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。
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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
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。
微生物发酵制药宝典 ppt课件
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℃，
最新微生物制药课件PPT课件
1，4和1，6 糖苷键
从非还原性 末端开始
水解产物
葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖
葡萄糖
1、液化原理
由于淀粉颗粒的结晶
1）淀粉的糊化与老化 性结构对酶作用的抵抗力
非常强,不能使淀粉酶直接
作用于淀粉,而需要先加热
淀粉乳,使淀粉颗粒吸水膨
胀、糊化，破坏其结晶性
淀粉糊化
的结构。
是指淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，
淀粉11蓝Fra bibliotek精红糊精
无色糊精 麦芽糖
（C6H10O5)n+nH2O
酸或酶 n C6H12O6
葡萄糖
葡萄糖值---DE值
工业上用DE值（也称G值）表示淀粉糖的糖组成。糖
化液中的还原糖含量（以G计算）占干物质的百分率称为。
还原糖含量
DE值 =
100%
干物质含量
一、淀粉水解糖的制备方法
用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、 大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采 用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、 酶解法以及酸酶结合法等三种。
有机物质相结合，产生色素。
实验结果证明： 1）5`-羟甲基糠醛是产生色素的根源； 2）色素的生成量随葡萄糖浓度的增加而增加； 3）PH值等于3时，色素的生成量最小。
22
2、酸水解工艺
1）酸法糖化工艺流 程
淀粉
盐酸
水
调浆
Na2CO3 中和脱色
蒸汽
糖化
压滤
活性炭
冷却
23
滤渣 糖液
淀粉的酸水解工 艺是根据淀粉在水解 过程中的水解反应和 复合反应规律性来决 定的。在制定工艺条 件时既要保证淀粉的 彻底水解，达到较高 葡萄糖量，又要尽可 能减少葡萄糖复合、 分解反应的发生程度， 此外，还要符合目的 产物的发酵条件，符 合发酵工艺的实际情 况。
《微生物发酵》PPT课件
❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微 生物的代谢进行人工调节，这又使微生物技术进了一步。
❖ 20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂工业这一成员。
❖ 20世纪70年代，为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题，进行了非碳水化 合物代替碳水化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生产，培养单细胞蛋白， 进行污水处理，能源开发等。
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及 用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。 新的菌体发酵可用来生产药用真菌，如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫 夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。
2.微生物酶发酵
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、 生产容易和成本低等特点，所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。
（2）无菌发酵，整个反应过程要求无菌。培养基无菌、空 气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾 气也要求进行无菌处理。
（3）非连续性生产。微生物的生理特性决定了发酵过程的 非连续性，大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行 的，目前可以实现连续化生产的是啤酒的连续化生产。
编辑ppt
7
第二节 工业发酵的工艺流程
生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种的选育、菌种培 养基的配制、扩大培养和接种、发酵过程下游处理即分离提
纯等几个过程。
一、菌种的选育
找到合适的菌种是发酵工程的前提。人们最初是从自然界寻
找所需要的菌种，如谷氨酸发酵时常用菌有谷氨酸棒状杆菌
等。但这种方法得到的菌种，产量一般都比较低。20世纪40
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
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
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)
微生物发酵制药技术
制剂成型来实现药物产品的生产
2021/8/6
3
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
2021/8/6
4
第二阶段
对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自
第二章 微生物发酵制药工艺
2021/8/6
1
第一节
2021/8/6
概述
2
一、发酵
发酵：通过微生物培养而获得产物的过程
微生物发酵制药：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
微生物代谢产物的生物合成
微生物生物合成的调节
2021/8/6
37
一、制药微生物的选择
（1）所需培养基易得，价格低廉；
（2）培养和发酵条件温和（糖浓度、温度、pH、溶解氧、
渗透压等）
（3）生长速度和反应速度较快，发酵周期短
（4）单产高
（5）抗病毒能力强
（6）菌种纯粹，不易变异退化，稳定性好
（7）菌体不是病源菌，不产生任何有害的生物活性物质
对氟苯丙氨酸
49
准性生殖是指异核体（单个生物个体中含有两
种或两种以上基因型）细胞中两个遗传物质不
同地细胞核可以结合成杂合二倍体地细胞核。
这种杂合二倍体的细胞核在有丝分裂过程中可
以发生染色体和单倍体化,最后形成遗传物质重
组的单倍体的过程。也就是不经过减数分裂就
2021/8/6
3
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
2021/8/6
4
第二阶段
对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自
第二章 微生物发酵制药工艺
2021/8/6
1
第一节
2021/8/6
概述
2
一、发酵
发酵：通过微生物培养而获得产物的过程
微生物发酵制药：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
微生物代谢产物的生物合成
微生物生物合成的调节
2021/8/6
37
一、制药微生物的选择
（1）所需培养基易得，价格低廉；
（2）培养和发酵条件温和（糖浓度、温度、pH、溶解氧、
渗透压等）
（3）生长速度和反应速度较快，发酵周期短
（4）单产高
（5）抗病毒能力强
（6）菌种纯粹，不易变异退化，稳定性好
（7）菌体不是病源菌，不产生任何有害的生物活性物质
对氟苯丙氨酸
49
准性生殖是指异核体（单个生物个体中含有两
种或两种以上基因型）细胞中两个遗传物质不
同地细胞核可以结合成杂合二倍体地细胞核。
这种杂合二倍体的细胞核在有丝分裂过程中可
以发生染色体和单倍体化,最后形成遗传物质重
组的单倍体的过程。也就是不经过减数分裂就