优选第七章发酵工程制药生物技术制药

发酵的基本过程: 菌种
预处理
提取精制
种子制备
发酵
典型发酵过程
第二节、发酵工程中的微生物
一、常见的药用微生物 ➢ 发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，
酵母菌和霉菌
细菌
放线菌
（一）细菌
➢ 主要生产氨基酸，核苷酸，维生素等
（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
➢ 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必 需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
➢ 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或 停止生长时期即稳定期所 产生的，来自于中间代谢 产物和初级代谢产物。
1, 3-丙二醇两步发酵法
糖
酵母
甘油
伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等
1,3-丙二醇
4、微生物的生物转化
➢ 定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定 部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似 但具有更多经济价值的化合物。
二、发酵类型
1、微生物菌体发酵
➢ 定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为 目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、 担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾 病用的疫苗等。药用微生物制剂等。
➢ 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系， 生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶 段，生长稳定期产量最高。
2、微生物的酶
➢ 目前的酶多数来源于微生物发酵 ➢ 医用酶制剂的生产 ➢ 医药工业用酶 ➢ 酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高
产量。 ➢ 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑
制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制 以及发酵条件等方面需给予注意。
3、微生物代谢产物发酵
➢ 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代 谢产物。
黄色短杆菌合成赖氨酸的途径
（三）核苷酸类
➢ 肌苷酸，肌苷，AMP，ATP，辅酶等
（四）维生素类
➢ 维生素C的原料药2-酮基-古龙酸，维生素A的前 体B-类胡萝卜素，维生素D2的前体麦角甾醇，维 生素B2，B12等
（四）甾体类激素
➢ 甾体类激素的生产过程中，一些特异反应需借助 微生物的反应。
（五）治疗酶及酶抑制剂
(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…）
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、 有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、 生物农药、生物肥料等
(2)现代生物技术 基因工程菌发酵
菌种选育
自然界选种、诱变育种、 基因工程、细胞工程
分离纯化
菌体：过滤、沉淀；代谢产物： 蒸馏、萃取、离子交换
培养基配制
根据培养基的配制原则制备， 实践中需多次试验配方
灭菌
杀灭杂菌（胞体、孢子 及芽孢）
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要； 严格控制温度、pH、溶氧、 转速等
扩大培养和接种
发酵的基本过程
➢ 药用酶 ➢ 酶抑制剂
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四、发酵工程制药特点及发展趋势
➢ （1）菌种是根本 ➢ （2）理论产量存在“生物学变量” ➢ （3）常温常压下反应，安全，条件简单 ➢ （4）纯种培养，防污染 ➢ （5）可制备复杂高分子化合物 ➢ （6）分子水平，定向发酵，组合生物合成等 ➢ （7）发酵工业成本低
发酵工程基本流程
优选第七章发酵工程制 药生物技术制药
(一)发酵的定义
1、传统发酵
➢ 最初发酵是用来描述酵母菌 作用于果汁或麦芽汁产生气 泡的现象，或者是指酒的生 产过程。
2、生化和生理学意义的发酵
➢ 指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质 产生能量的一种方式，或者更严格地说，发 酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能 反应。
二、生产菌种的选育
工业化菌种的要求 ➢ 1.遗传性能要相对稳定 ➢ 2.生长速度快，不易感染它种微生物或噬菌体 ➢ 3.目标产物产量接近理论转化值 ➢ 4.目标产物分泌到胞外 ➢ 5.尽可能减少类似物产量 ➢ 6.能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高
效地合成产物
（1）自然选育
自然状态下，碱基对发生自然突变的机率为10-8～10-9
➢ 最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某 一特定部位进行化学反应而形成的。
三、微生物发酵生产药物的分类
（一）抗生素类 ➢ 9000种 ➢ 微生物发酵占70％。有价值的抗生素，几乎全部
由微生物生产 ➢ 抗细菌，病毒，真菌，肿瘤，原虫，寄生虫等
（二）氨基酸类
➢ 单个氨基酸制剂： ➢ 复方氨基酸制剂： ➢ 微生物发酵法： ➢ 酶转化法
一种是我们生产上所不希望看到的，表现为菌 株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负 突变。 另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利， 这种突变成为正突变。
1采样
2.分离菌株
自然选育操作步骤： 一般习惯上将自然选育称为菌种的分离纯化。 单细胞(孢子)悬液的制备
礼来公司花了 10年的时间从 40万株微生物 中，发现了三 种有潜力的新 抗生素。
➢ 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒 精并放出CO2。
3、工业上的发酵
泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程, 包括：
1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、
氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
(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。
➢ 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
链霉菌
植物或动物来源
（三）真菌
➢ 抗生素 ➢ 维生素 ➢ 酶制剂 ➢ 有机酸等 ➢ 药用真菌（大型真菌）
➢ 1.藻状菌纲：根霉；犁头霉 ➢ 2.子囊菌纲：酵母 ➢ 3.担子菌纲：牛肝菌，灵芝 ➢ 4.半知菌纲：曲霉；青霉；头孢酶
平板分离 挑选单菌落 (注意形态的观察) 发酵试验
（2)自发突变与定向育种
➢ 一定情况下，长期处理微生物并移种，累积自发 突变体
➢ 结构类似物：在化学和空间结构上和代谢的中间 物（终产物）相似，因而在代谢调节方面可以代 替代谢中间物（终产物）的功能，但细胞不能以 其作为自身的营养物质。