生物制药发酵工艺第一篇共48页文档
生物制药发酵工程
发酵工程技术，即利用微生物的发酵现象（包括细胞培养过 程），通过现代工程技术手段进行规模化生产，获得各种特定 的有用物质。
化学工程的许多单元操作在发酵工程中都有广泛应用，两者 之间有很多的共性。
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发酵和提取。 发酵是指菌种在一定培养条件下生长繁殖，合成产物的过程， 包括发酵原料的选择及预处理、微生物菌种的选育及扩大培养、 发酵设备选择及工艺条件控制等； 提取是指利用物理、化学方法，对发酵液中的产物进行提取 和精制的过程，包括发酵产物的分离提取、废弃物的处理等。
任何菌种，在生产和保藏的传代过程中，总会有不断的变异、 衰退现象。因此，生产过程中应不断改造菌种性能、培养优良 菌株的育种，必须做好菌种的保藏与复壮，恢复菌种优良性能。
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发酵工程制药的常用菌种
类别
菌种
产物
用途
枯草杆菌
淀粉酶、蛋白酶
制葡萄糖、糊精、糖浆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌
大肠杆菌 短杆菌
酰胺酶 谷氨酸、肌苷酸
灰黄霉菌
灰黄霉素
医药
黄曲霉菌
淀粉酶
医药、化工
各类放线菌 放线 菌 小单孢菌
链霉素、金霉素、氯霉素、新生霉素 、卡那霉素、土霉素、红霉素
医药
庆大霉素
医药
球孢放线菌 甾体激素
医药
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培养基制备
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。
微生物发酵制药工艺
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
❖
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❖
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❖
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。
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。
生物制药发酵工艺第一篇
生物制药发酵工艺第一篇生物制药发酵工艺是一种利用微生物（如细菌、真菌、酵母等）对有机物发酵生产药物的技术。
它是一种高效、低成本的生产技术，已经成为现代药物工业的重要组成部分。
本文将详细介绍生物制药发酵工艺的原理、发展历史以及相关应用。
发酵是一种微生物在适宜条件下利用有机物质进行代谢产物生产的过程。
通过对微生物的培养条件进行调控，可以实现药物合成的目标。
生物制药发酵工艺的基本原理是选择适宜的微生物，并提供合适的营养物质和生长条件，使其能够合成所需的药物物质。
发酵过程中，微生物代谢产物可通过滤除、浓缩、纯化等步骤得到纯净的药物。
生物制药发酵工艺的发展可以追溯到19世纪末。
当时，人们开始利用微生物进行食品和酒精的发酵生产。
20世纪初，人们逐渐意识到一些微生物可以合成一些重要的药物物质，如抗生素和维生素。
随着细菌和真菌的发现，研究者们开始探索微生物合成药物的潜力。
在上世纪50年代，随着生物制药发酵工艺的不断发展和完善，抗生素等药物的生产量大大提高。
随着分子生物学和基因工程技术的进步，科学家们将将人工合成的基因导入微生物中，使其具有合成特定药物物质的能力。
这一技术被称为遗传工程，它使生物制药发酵工艺更加高效和精确。
近年来，生物制药发酵工艺取得了长足进展。
例如，生物制药公司利用转基因技术开发了一种能够合成人类重组胰岛素的酵母菌，并将其应用于胰岛素的生产。
此外，通过对微生物培养条件的优化，还可以提高药物的产量和质量。
同时，新的杂交技术使得微生物在制药工艺中的应用更加广泛。
生物制药发酵工艺在医药领域有着广泛的应用。
它可以用于生产各种药物，如抗生素、激素、疫苗等。
与传统的化学合成方法相比，生物制药发酵工艺具有较高的选择性和纯度，并且可以生产出更加复杂的化合物。
这使得它在药物研发、临床治疗和疾病预防方面具有巨大的潜力。
总之，生物制药发酵工艺是一种重要的生产技术，已经在医药领域取得了显著的成果。
随着科技的不断进步，生物制药发酵工艺将会有更加广泛的应用和发展。
发酵工程技术制药
提高热利用率。是目前很多制药厂经常采 用的方法。
〔4〕连续灭菌法的缺乏
• 〔1〕投资较大，
• 〔2〕需要同时设置加热、冷却装置。
4：空气加热灭菌法
• 利用空气压缩时产生的高温，使得微生物体内的蛋白质变 性，而到达杀菌目的，这种方法称为空气加热灭菌法。
6：营养物质瞬时高温杀菌法
• 一般来说，当温度升高时，微生物死亡速率的 增加>>营养物质遭到破坏的速率。
• 因此，对于瞬时的高温，细菌常常被杀死，而 营养物质则破坏得不多。
• 根据这一原理，可以采用营养物质瞬时高温杀 菌法进行杀菌操作。
三、别离纯化技术
• 微生物的发酵产物是一种混合物，里面除了含有主要产 物以外，还含有未能转化的基质和底物、剩余的原料、 大量的水、微生物细胞、各种杂质。因此，必须对发酵 产物进行别离和纯化。
• 从离子物性来看，硫酸铵并不是盐析效应最强的盐类， 但是由于它在水中的溶解度极大，对盐析十分有利，因 此硫酸铵是目前最常用的盐析剂。
4、膜别离
• 膜别离技术是基于一种半透性薄膜，它能够使得溶液中 的某些组分通过，而阻止和截留其它组分的别离方法。
• 膜别离的优点 〔1〕由于膜别离是纯粹物质粒度大小这一几何特性来 进行别离，它不必象萃取、沉淀法那样需参加其它化学 物质、也不必象蒸发那样进行加热。因此，产物的生物 学特性能够得到完好的保存， 〔2〕产物的损失量很少，有利于提高得率。
〔二〕初步别离
• 进一步把已经别离的溶液浓缩，提高目的产物 浓度的方法，称为初步别离。
• 初步别离的具体方法可以分为： • 1、蒸发 • 2、萃取 • 3、沉淀 • 4、膜别离
制药发酵工艺
制药发酵工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊制药发酵工艺这档子事儿。
你说这发酵工艺啊，就像是一场奇妙的魔法之旅。
想象一下，各种微生物就像是一群小精灵，在特定的环境下欢快地蹦跶着，努力工作着，然后神奇的事情就发生啦！它们能把普通的原料变成治病救人的良药，这多厉害呀！要做好制药发酵工艺，那可得有好多讲究呢。
首先得给这些小精灵们找个舒服的“家”，也就是合适的发酵罐。
这发酵罐就像是它们的豪华别墅，温度、湿度啥的都得刚刚好，不然它们可不乐意好好干活儿。
然后呢，得给它们准备充足的“食物”，也就是培养基，让它们吃得饱饱的，才有劲儿干活呀。
在这个过程中，咱得像个细心的家长一样，时刻关注着它们的状态。
看看温度有没有太高或太低啦，营养够不够啦，有没有什么“小调皮”捣乱啦。
这可马虎不得，要是一不小心出了岔子，那可就前功尽弃咯！还有啊，发酵的时间也很关键呢。
太短了，小精灵们还没完成任务；太长了，又可能会出现一些意想不到的问题。
这就好像做饭，火候掌握不好，做出来的菜可就不美味啦。
你知道吗，这发酵工艺就像是一门艺术。
不同的微生物，不同的条件，都能创造出不一样的成果。
有时候，一点点小小的改变，就能带来大大的惊喜。
就像画画一样，一笔一划的不同，就能画出完全不同的风景。
咱再说说这发酵过程中的监控吧，那可真是半点都不能松懈。
得时刻盯着各种参数，一旦有啥异常，就得赶紧采取措施。
这就跟开车似的，得时刻留意路况，稍有不慎就可能出事儿。
而且啊，这制药发酵工艺可不仅仅是技术活，还得有耐心和细心。
不能着急，得一步一个脚印地慢慢来。
就像培育花朵，得精心呵护，才能开出美丽的花儿。
总的来说，制药发酵工艺是个既有趣又充满挑战的领域。
它就像一个神秘的宝库，等待着我们去探索、去发现。
只要我们用心去对待，就能从这个宝库中挖掘出无尽的宝藏，为人类的健康事业做出贡献！怎么样，是不是觉得很有意思呀？让我们一起在制药发酵工艺的海洋里尽情遨游吧！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
1-1发酵制药
（二）沙土管或硅胶管保藏法
1、处理沙土：取河沙经60目筛子过筛以除去大的颗粒，用10%HCL浸泡（用 量以浸没沙面为度）2～4h（或煮沸30min）以除去有机质，然后倒去盐酸， 用流水冲洗至中性，烘干或晒干备用。另取非耕作层瘦黄土（不含有机质）风 干、粉碎，用100～120目的筛子过筛备用。 2、装沙土管：将沙与土按2：1或4：1（W/W）比例混合均匀，装入试管 （10mm×100 mm）中，装置约1cm高，加棉塞后用高压蒸汽灭菌（121℃灭 菌30min）。灭菌后取少许置于牛肉膏蛋白胨或麦芽汁培养液中，在合适的温 度下培养一段时间确证无菌生长才能使用。 3、制备菌液：吸3ml无菌水至斜面菌种管内，用接种环轻轻搅动，洗一下孢 子制成孢子悬液。 4、加孢子液：吸取上述孢子液0.1～0.5ml于每一沙土管中，加入量以湿润沙 土达2/3高度为宜。 5、干燥：将含菌的沙土管放入干燥器中，干燥器内用培养皿盛P2O5（或变 色硅胶）做干燥剂，再用真空泵抽气2～4h以加速干燥。 6、收藏：沙土管可选择下列方法之一。⑴保藏于干燥器中。⑵将沙土管取出， 管口用火焰熔封后保藏。⑶将沙土管装入含CaCl2等干燥剂的大试管内，塞上 橡皮塞并用蜡封管口，置于4℃冰箱中保藏。 7、恢复培养：使用时挑少量混有孢子的沙土接种于斜面培养基上即可。沙土 管仍可原法继续保藏。
7、染菌的控制
染菌原因：
设备、管道、阀门漏损、发酵罐结构“死角”、灭菌 不彻底、空气净化不好、无菌操作不严、菌种不纯； 8、种子罐级数 种子罐级数越少，越有利于简化工艺，便于控制，减
少染菌。
任务4 发酵罐的使用和维护
一、发酵罐的结构
1、空气预处理器 2、电动 阀 3、电磁流量计 4、空气 预滤器 5、空气精滤器 6、 蒸汽过滤器 7、pH 电极 8、 电动阀（夹套进冷水） 9、 电动阀（夹套进热水） 10、 通风管 11、消沫电极 12、 消沫器 13、搅拌器 14、检 测温度的电热偶 15、DO 电极 16挡板 17电机 18、 减速器 19、接种孔 20、出 水阀 21、夹套 22、冷凝水 排除阀 23、取样与放料阀 （三向阀门）
微生物药物的发酵工艺详解演示文稿
工业发酵中，将无菌空气通入培养基，通过搅拌桨分散气体以实现有效利用，同 时维持一定罐顶压以增大氧的溶解度。
反映氧的供给和利用情况的数值包括：DO溶解氧、OUR摄氧率、Kla氧传递 速率等，可通过溶氧电极、发酵尾气分析仪等获得。
类似的，生长和产抗往往有不同的氧需求。通过调节通气量、搅拌速率、罐
微生物药物的发酵工艺 详解演示文稿
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（优选）微生物药物的 发酵工艺
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（一）微生物药物工业生产菌种
工业生产用菌株不同于实验室研究菌株，不但 要求其产物合成能力能够稳定的表达，还应追 求产量尽可能的高，作为目标产品的类似物尽 可能的少，发酵产物尽可能的易于提取精制等。
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发酵生长曲线
平台期
对数期
衰亡期
迟滞期
发酵周期
生长期
生产期
次生代谢发酵原理：
当微生物生长到一定阶段，由于营养减少和有害代谢物积累，使比生长速率 下降趋零。为了维持生存，微生物体触发有关次生代谢基因，产生次生代谢 物。以取得环境竞争优势，保存自身。
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影响发酵的相关因素—培养基
在工业生产中，需要对生产菌株不断的纯化、 复壮和改良。
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工业生产菌株应满足的要求：
✓能够产生较高浓度的目标产物； ✓微生物药物工业发酵中高浓度产物一般是胞外产物； ✓产物便于分离提取； ✓能利用易得廉价原料，如淀粉、糖蜜、甲醇和纤维素物 质等； ✓不致病，不产生内毒素； ✓发热量低，需氧低，具备适中的发酵温度和细胞形态， 即发酵条件较温和； ✓容易进行代谢调控。
试管/茄子瓶斜面 麸皮/米孢子培养物
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四、分离纯化
1.生化制药工艺中分离纯化特点 (1) 生物材料组成复杂 (2) 目的物含量低 (3) 易变性、失活 (4) 分离方法有很大经验成分 (5) 步骤多，逐级分离 (6) 产品验证与化学上纯度概念不完全相同
2. 分离纯化原理
(1)根据分子形状与分子大小 (2)根据电荷差异 (3)根据分子极性与溶解度大小 (4) 根据吸附特性 根据吸附特性 (5) 根据生物配基特性
第二代重组药物：对天然产物表达物进行 简单 修饰，如PEG化或糖基化；
第三代重组药物时代：蛋白质工程药物， 在DNA 水平上，合理设计、改造、创制新型治疗蛋白。 目的是提高活性；减少或消除毒 副作用；提 高体内外稳定性；产生新的功能作用
• 2. 治疗性抗体发展迅猛
FDA已批准17种治疗性抗体，在抗肿瘤、治 疗风湿性关节炎，防止感染、抗血小板凝 集等方面疗效突出。在369种进入临床试验 的生物技术药物中有75种是抗体类产品， 预计2019年会有26种上市。
1982.10重组Ins上市，迄今已有166多种生物 技术药物投放市场，369种进入三期临床，760 多种进入I-II期，2600多种处于临床前 研究。
二、《 生物制药工艺学 》的内容
1．生化制药与微生物制药工艺 2 生物技术药物与生物制品制造工艺 3 相关生物医药产品生产工艺 课程含三大部分内容： 课程含三大部分内容： （ 1）基础篇：生物制药工艺技术基础 （ 2）技术篇：生物分离工程技术 （ 3）品种篇：重要生物药物制造工艺
• 3．中国的三大药源
中国药典2019年版分一部、二部和三部。
药典一部收载药材及饮片、植物油脂和提取 物、成方制剂和单味制剂等； 药典二部收载化学药品、抗生素、生化药品、 放射性药品以及药用辅料等； 药典三部收载生物制品，首次将《中国生物 制品规程》并入药典。
• 生物药物——是利用生物体、生物组织或 其成分，综合应用生物学、生物化学、微 生物学、免疫学、物理化学和药学的原理 与方法进行加工、制造而成的一大类预防、 诊断、治疗制品。
20世纪60年代：酶制剂、维生素
• （2）生化制药工业时代
60年代后，生物分离工程技术与设备广泛 应用。生化产品达600多种。
3. 现代生物制药阶段 现代生物制药阶段 （ （Modern Modern Biopharmaceutics
Biopharmaceutics） ） 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发 特点是以基因工程为主导，包括细胞工程、 发酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。 酵工程、酶工程和组织工程为技术基础。
课程任务
通过学习本门课程应掌握：
1 各类生物药物制造的工艺技术基础理论、原 理、工艺过程和制剂技术质量控制
2各类生物药物的来源、结构、性质与临床用 途。
第二节 生物药物的性质与类别
生物药物的特性 （一）药理学 (pharmacology)特性： 1 、活性强: 体内存在的天然活性物质 2、治疗针对性强 、基于生理生化机制。 3、毒副作用一般较少，营养价值高 4、可能具免疫原性或产生过敏反应
质膜、器膜、周质 2．生物材料的采集与质控 （ 1）品种鉴定 （ 2）防止污染与感 （ 3）选择富集目的物材料 （ 4）冷冻保存
二、生物活性物质物质常用的提取 方法与优化
（一）几种常用提取方法 1．酸、碱、盐水溶液提取方法 2．表面活性剂提取方法与反胶束提取方法 3．有机溶剂提取 4. 双水相萃取法 5．超临界萃取法
• (二)、理化特性： 1. 含量低、杂质多、工艺复杂、收率低、技 术要求高
2. 组成结构复杂，具严格空间结构，生物学 因素不稳定
3. 生物材料易染菌和腐败 4.生物药物制剂的特殊要求
第三节 生物药物的发展与展望
• 1．生物技术药物研究进入蛋白质工程药物时 代
第一代重组药物：一级结构与功能和天然活性蛋 白质完全一样；
（二）提取方法与优化
（二）提取方法与优化 1.溶剂选择 2.选择添加剂 ①保护剂； ②酶抑制 3.提取条件 ①温度 ②pH ； ③盐； ④表面活性剂
三．浓缩与干燥
1.浓缩方法： ①盐析； ②有机溶剂沉淀； ③高分子脱水 ④超滤； ⑤真空浓缩或薄膜浓缩；
大型液膜蒸发器
旋转蒸发仪
2.干燥
①低温真空干燥； ②喷雾干燥； ③冷冻干燥
第一篇生物制药工艺基础
1：生物药物概述 2：生物制药工艺技术基础
第一章 生物药物概论
• 1．药物 Medicine(remedy) 用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功 能、促进机体康复保健的物质，有4大类：预 防药、治疗药、诊断药和康复保健药。
• 2．药品 Drug 直接用于临床的药物产品，是特殊商品。 药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说 明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不 准 使用。
现代生物药物分四大类
• 基因重组多肽、蛋白类治疗剂 • 基因药物：以遗传物质 DNA、 RNA为物 为
物质基础制造的药物 • 天然生物药物 • 合成或半合成生物药物
第一节 生物药物的研究范围
一、生物药物的发展简史 1. 传统生物制药技术阶段（Traditional
biopharmaceutics） 指从生物材料粗加工制成粗制剂阶段。 （1）公元4世纪葛洪《肘后良方》—海藻治
3. 选择原则
1 粗品分离：大处理量 相对低分辨率 盐析，分级沉淀，萃取，超滤
• 3. 哺乳动物细胞表达产物所占比重快速增 加
2019年已批准创新生物技术药物：酵母表 达产品2种E.coli表达产品4种，表示它表达 多肽有优势，而通过动物细胞表达系统22 种（包括抗体、酶、凝血因子）
第二章 生物制药工艺技术基础
第一节 生物药物提取、分离、纯化技术基础 一、生物材料的选择 1．生物活性物质存在部位：胞内、胞外、胞浆、
瘿病 （2）公元631～682，孙思邈羊肝治“雀目” （3）神农，用蟾酥治疗创伤
• 2. 近代生物制药发展阶段（Recent Biopharmaceutics）
（1）脏器制药与微生物制药时期
20世纪20年代：胰岛素、甲状腺素、EAA、 EFA、VitC
20世纪40年代：青霉素
20世纪50年代：皮质激素、垂体激素