第二章 微生物发酵制药技术
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1.无菌检查 检查时间：接种前后、种子培养过程中及发酵过程中 检查途径：无菌试验、发酵液直接镜检和发酵液的生 化分析（温度、pH等变化） 2.染菌的判断
是否染菌的 主要依据
合物。
（一）培养基的成分
• 所有的发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和
产物合成所需的能源，包括 碳源、氮源、无机
盐类、生长因子及前体物 等。
• 对于大规模的发酵生产，除考虑上述微生物的需
要外，还必须重视培养基原料的价格和来源 。
1. 碳源
碳源是组成培养基的主要成分之一。 其主要功能有两个： ①供给菌生命活力所需要的能量； ②构成菌体细胞成分和代谢产物。
物，然后从中分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物 产品的生产过程。
二、微生物发酵制药研究的内容
1. 研究内容
菌种的选育
发酵工艺
产物的分离和提纯
2. 具体讨论：
微生物的来源和改造 微生物药物的生物合成和调控机制 发酵工艺与主要参数的确定
发酵过程的优化控制 质量控制
三、微生物发酵药物的来源
第二章 微生物发酵制药 技术
第一节 概述
一、相关概念 二、微生物发酵制药研究的内容 三、微生物发酵药物的来源 四、微生物发酵药物的分类
一、相关概念
发酵 ：是指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、酶类和代谢产物的过程。
发酵制药 ：利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵，代谢合成药
干扰蛋白质合成药
药
1 、抗生素类药物
抗生素是在低微浓度下能抑制或影响活的机体生命过程 的生物次级代谢产物及其衍生物。目前已发现的抗生素 有抗细菌、抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗原虫、抗藻类、 抗寄生虫、杀虫、除草和抗细胞毒性等的抗生素。
2. 氨基酸类药物 目前大部分氨基酸可用发酵法生产。 3. 核苷酸类药物 利用微生物发酵工艺生产的该类药物有肌酐酸、肌苷、 腺苷酸、腺苷等。 4. 维生素类药物 在工业上大多数维生素是通过化学合成获得的，近年来 已发展用微生物发酵法来生产维生素。
要想通过发酵工程获得在种类、数量和质量等方面符合人们要求的
产品，最重要的是要有优良的菌种。
发酵菌种的选育方法
自然选育
诱变育种 杂交育种 基因工程 人工育种
怎样才能得到 优wenku.baidu.com的菌种呢？
如果生产是微生物 直接合成的产物 如果生产是一般微生物 不能合成的产物
可以从自然界中划线分 离出相应的菌种，再用 物理或化学的方法使菌 种产生突变，从突变个 体中筛选出符合生产要 求的优良菌种。
1. 原材料品种和质量；
2. 培养基的配制工艺；
3. 灭菌操作。
二、灭菌操作技术
• （一）灭菌
• 灭菌：用化学或物理学的方法杀灭或除掉物料或设备中所有生命 的有机体的技术或工艺过程。
• 工业上常用的灭菌方法：
化学物质灭菌； 辐射灭菌； 过滤介质灭菌； 热灭菌（干热灭菌和湿热灭菌）
• （二）无菌检查与染菌的处理
• 4. 水
• 水是菌体生长所必不可少的，它是构成培养
基的主要组成成分。
• 生产中使用的水有：深井水、自来水、地表
水。
• 水质要定期检测。
化学化工高纯水设备
混床设备-离子交换床
• 5. 前体
• 前体是指在产物的生物合成过程中，被菌体直接用于产物合 成而自身结构无显著改变的物质。培养基加入前体后，可明 显提高产品产量和主要组分含量。 • 如青霉素发酵培养基中加入苯乙酸或苯乙酰胺，不仅可以提
微生物发酵药物 是运用微生物学和生物化学的理论、方法和技术，
从微生物菌体或其他发酵液中分离、纯化得到的一些重要生理活性 物质。
发酵分类：
菌体发酵 酶发酵 代谢产物发酵 转化发酵
1. 微生物菌体发酵
微生物菌体发酵是以获得具有药用菌体为目的的发酵。 主要有：
药用真菌 （冬虫夏草、茯苓等）
可用基因工程、细胞工程 的方法对菌种的遗传特性 进行定向的改造，以构建 细胞或工程菌，从而达到 生产相应产品的目的。
（一）自然选育
也称自然分离，是指对微生物细胞群体不经过人工处理而直接进行
筛选的育种方法，又称为单菌落分离。 自然选育的主要作用是对菌种纯化以获得遗传背景较为均一的细胞
群体。一般菌种经过多次传代或长期保藏后，由于自然突变或异核
6. 低温冻结保藏法
7. 谷粒（麸皮）保藏法
四、微生物代谢产物的生物合成
微生物生命过程中能合成多种多样的代谢产物，按代谢
产物与微生物生长繁殖的关系，可分为两类：
初级代谢产物 ：微生物代谢产生的，并是微生物自身
生长繁殖所必需的代谢产物。如： 氨基酸、蛋白质、核
苷酸、多糖、核酸 等。
次级代谢产物 ：微生物代谢产生的，而与菌体的生长
体和多倍体的分离，使有些细胞的遗传性状发生改变，造成菌种不 纯，严重者生产能力下降，称为 菌种退化 。
因此在工业生产和发酵研究中要经常进行菌种纯化。微生物的自然
突变率很低，因此通过自然选育来获得优良菌株的效果远不如诱变 育种。
单菌落分离法
自然选育的一般程序，是把菌种制备成单 孢子悬液，经过适当的稀释以后，在固体 平板上进行分离，挑取部分单菌落进行生 产能力的测定。经反复筛选，以确定生产 能力更高的菌株代替原来的菌株。
繁殖无明确关系的代谢产物。如： 抗生素、生物碱、色
素 等。
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备 二、灭菌操作技术 三、微生物发酵的 3 种主要操作方式 四、发酵过程中的主要参数及控制
一、培养基及其制备
培养基 是专门用于提供微生物生长繁
殖和生物合成各种代谢产物所需要的 按一定比例配制的多种营养物质的混
（二）诱变育种
诱变育种 是用物理、化学和生物的一种或多种
诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其 DNA 突变频率大幅度提高，然后采用简便、快速、 高效的筛选方法。 诱变育种是当前生产上普遍使用的一种菌种选育 方法。
三、制药微生物菌种的保藏
1. 定期移植保藏法
2. 沙土管保藏法 3. 液状石蜡保藏法 4. 液氮保藏法 5. 冷冻干燥保藏法
5. 甾体类激素
6. 治疗酶及酶抑制剂
消化酶类、消炎酶类、心血管疾病治疗酶抗肿瘤酶类等。
L-天冬酰胺酶
第二节 制药微生物与产物的生物合成
发酵制药的基本过程
影响 产品 质量 、决 定生 产水 平高 低的 3个 因素
一、制药微生物的选择
样品的采集与处理
富集培养与分离
二、制药微生物菌种的选育
生物防治制剂 （如苏云金杆菌） 活性乳制剂
细胞的生长与产物的积累成平行关系， 生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段
2. 微生物发酵酶
各种酶制剂
天冬酰胺酶： 抗癌 纳豆激酶、链激酶： 治疗血栓 青霉素酰化酶：青霉素生产
3. 微生物代谢产物发酵
初级代谢产物：
与菌体生长相伴随的产物、对菌体生长、分化和繁殖是必须 的氨基酸、核苷酸、维生素、糖类等 菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累 次级代谢产物： 与菌体生长不相伴随，以初级代谢的中间产物为原料而合成
（二）培养基的种类
对发酵生产影响较大的
孢子培养基 种子培养基 发酵培养基
• 2.选择
• 一般来讲培养基的选择首先是培养基成分的确定，
然后再决定各成分之间如何最佳的复配。
（三）影响培养基质量的因素
培养基质量变化可能会引起生产水平大幅度
波动或菌体代谢异常的现象。
引起培养基质量变化的因素主要有：
四、微生物发酵药物的分类
通常是按其化学本质和化学特征进行分类的：
生物来源 作用对象 作用机制 化学结构
细菌 霉菌 酵母菌 放线菌
抗菌药 抗肿瘤药 抗病毒药 除草剂 酶抑制剂 免疫调节剂
抑制细胞壁合成药 抗生素 影响细胞膜功能药 维生素
氨基酸 核苷酸 抑制核酸合成药 甾体激素 抑制生物能量反应 酶及酶抑制剂
抗生素、生物碱、毒素、色素、胞外多糖等
结构常较复杂对环境条件敏感
4. 微生物转化发酵
利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的特定
部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱氧或切断支 链等。 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构 位置特异性、立体特异性。
如： 甾体转化：环戊烷多氢菲核的化合物
高青霉素 G 的含量比例，还可以提高青霉素的含量。
• 但是培养基中前提物质浓度超过一定量时，对菌体的生产显 示毒副作用。
发酵过程中所用的一些前体物质
萄糖提供能源，琼脂是培养基的凝固剂。
• 【思考题} • 判断下列培养基中的各成分分别属于哪种物质？ • 1、平板计数琼脂（PCA） 胰蛋白胨 5.0g 酵母膏粉 2.5g 葡萄糖 1.0g 琼脂 15~20g 水 1L 最终pH值 7.0+0.2 胰蛋白胨提供碳源和氮源，酵母膏粉提供维生素 B，葡
药物发酵常用的碳源：
• 2. 氮源
• 氮源是构成微生物细胞和代谢产物中的氮素
来源的营养物质。
• 其主要功能是构成微生物细胞和含氮的代谢
产物。当培养基中碳源不足时，可作为补充
碳源。
常用氮源
3. 无机盐及微量元素
微生物在生长繁殖和生产过程中，需要某些无机盐和 微量元素如 P 、 Mg 、 S 、 K 、 Na 、 Fe 、 C l 、 Zn 、 C o 等， 以作为其生理活性物质的组成或生理活性作用的调节 物。 这些物质一般在低浓度时对微生物的生长和产物的合 成起促进作用；在高浓度时常表现出明显的抑制作用。
是否染菌的 主要依据
合物。
（一）培养基的成分
• 所有的发酵培养基都必须提供微生物生长繁殖和
产物合成所需的能源，包括 碳源、氮源、无机
盐类、生长因子及前体物 等。
• 对于大规模的发酵生产，除考虑上述微生物的需
要外，还必须重视培养基原料的价格和来源 。
1. 碳源
碳源是组成培养基的主要成分之一。 其主要功能有两个： ①供给菌生命活力所需要的能量； ②构成菌体细胞成分和代谢产物。
物，然后从中分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物 产品的生产过程。
二、微生物发酵制药研究的内容
1. 研究内容
菌种的选育
发酵工艺
产物的分离和提纯
2. 具体讨论：
微生物的来源和改造 微生物药物的生物合成和调控机制 发酵工艺与主要参数的确定
发酵过程的优化控制 质量控制
三、微生物发酵药物的来源
第二章 微生物发酵制药 技术
第一节 概述
一、相关概念 二、微生物发酵制药研究的内容 三、微生物发酵药物的来源 四、微生物发酵药物的分类
一、相关概念
发酵 ：是指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、酶类和代谢产物的过程。
发酵制药 ：利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵，代谢合成药
干扰蛋白质合成药
药
1 、抗生素类药物
抗生素是在低微浓度下能抑制或影响活的机体生命过程 的生物次级代谢产物及其衍生物。目前已发现的抗生素 有抗细菌、抗肿瘤、抗真菌、抗病毒、抗原虫、抗藻类、 抗寄生虫、杀虫、除草和抗细胞毒性等的抗生素。
2. 氨基酸类药物 目前大部分氨基酸可用发酵法生产。 3. 核苷酸类药物 利用微生物发酵工艺生产的该类药物有肌酐酸、肌苷、 腺苷酸、腺苷等。 4. 维生素类药物 在工业上大多数维生素是通过化学合成获得的，近年来 已发展用微生物发酵法来生产维生素。
要想通过发酵工程获得在种类、数量和质量等方面符合人们要求的
产品，最重要的是要有优良的菌种。
发酵菌种的选育方法
自然选育
诱变育种 杂交育种 基因工程 人工育种
怎样才能得到 优wenku.baidu.com的菌种呢？
如果生产是微生物 直接合成的产物 如果生产是一般微生物 不能合成的产物
可以从自然界中划线分 离出相应的菌种，再用 物理或化学的方法使菌 种产生突变，从突变个 体中筛选出符合生产要 求的优良菌种。
1. 原材料品种和质量；
2. 培养基的配制工艺；
3. 灭菌操作。
二、灭菌操作技术
• （一）灭菌
• 灭菌：用化学或物理学的方法杀灭或除掉物料或设备中所有生命 的有机体的技术或工艺过程。
• 工业上常用的灭菌方法：
化学物质灭菌； 辐射灭菌； 过滤介质灭菌； 热灭菌（干热灭菌和湿热灭菌）
• （二）无菌检查与染菌的处理
• 4. 水
• 水是菌体生长所必不可少的，它是构成培养
基的主要组成成分。
• 生产中使用的水有：深井水、自来水、地表
水。
• 水质要定期检测。
化学化工高纯水设备
混床设备-离子交换床
• 5. 前体
• 前体是指在产物的生物合成过程中，被菌体直接用于产物合 成而自身结构无显著改变的物质。培养基加入前体后，可明 显提高产品产量和主要组分含量。 • 如青霉素发酵培养基中加入苯乙酸或苯乙酰胺，不仅可以提
微生物发酵药物 是运用微生物学和生物化学的理论、方法和技术，
从微生物菌体或其他发酵液中分离、纯化得到的一些重要生理活性 物质。
发酵分类：
菌体发酵 酶发酵 代谢产物发酵 转化发酵
1. 微生物菌体发酵
微生物菌体发酵是以获得具有药用菌体为目的的发酵。 主要有：
药用真菌 （冬虫夏草、茯苓等）
可用基因工程、细胞工程 的方法对菌种的遗传特性 进行定向的改造，以构建 细胞或工程菌，从而达到 生产相应产品的目的。
（一）自然选育
也称自然分离，是指对微生物细胞群体不经过人工处理而直接进行
筛选的育种方法，又称为单菌落分离。 自然选育的主要作用是对菌种纯化以获得遗传背景较为均一的细胞
群体。一般菌种经过多次传代或长期保藏后，由于自然突变或异核
6. 低温冻结保藏法
7. 谷粒（麸皮）保藏法
四、微生物代谢产物的生物合成
微生物生命过程中能合成多种多样的代谢产物，按代谢
产物与微生物生长繁殖的关系，可分为两类：
初级代谢产物 ：微生物代谢产生的，并是微生物自身
生长繁殖所必需的代谢产物。如： 氨基酸、蛋白质、核
苷酸、多糖、核酸 等。
次级代谢产物 ：微生物代谢产生的，而与菌体的生长
体和多倍体的分离，使有些细胞的遗传性状发生改变，造成菌种不 纯，严重者生产能力下降，称为 菌种退化 。
因此在工业生产和发酵研究中要经常进行菌种纯化。微生物的自然
突变率很低，因此通过自然选育来获得优良菌株的效果远不如诱变 育种。
单菌落分离法
自然选育的一般程序，是把菌种制备成单 孢子悬液，经过适当的稀释以后，在固体 平板上进行分离，挑取部分单菌落进行生 产能力的测定。经反复筛选，以确定生产 能力更高的菌株代替原来的菌株。
繁殖无明确关系的代谢产物。如： 抗生素、生物碱、色
素 等。
第三节 发酵工艺条件的确定
一、培养基及其制备 二、灭菌操作技术 三、微生物发酵的 3 种主要操作方式 四、发酵过程中的主要参数及控制
一、培养基及其制备
培养基 是专门用于提供微生物生长繁
殖和生物合成各种代谢产物所需要的 按一定比例配制的多种营养物质的混
（二）诱变育种
诱变育种 是用物理、化学和生物的一种或多种
诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其 DNA 突变频率大幅度提高，然后采用简便、快速、 高效的筛选方法。 诱变育种是当前生产上普遍使用的一种菌种选育 方法。
三、制药微生物菌种的保藏
1. 定期移植保藏法
2. 沙土管保藏法 3. 液状石蜡保藏法 4. 液氮保藏法 5. 冷冻干燥保藏法
5. 甾体类激素
6. 治疗酶及酶抑制剂
消化酶类、消炎酶类、心血管疾病治疗酶抗肿瘤酶类等。
L-天冬酰胺酶
第二节 制药微生物与产物的生物合成
发酵制药的基本过程
影响 产品 质量 、决 定生 产水 平高 低的 3个 因素
一、制药微生物的选择
样品的采集与处理
富集培养与分离
二、制药微生物菌种的选育
生物防治制剂 （如苏云金杆菌） 活性乳制剂
细胞的生长与产物的积累成平行关系， 生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段
2. 微生物发酵酶
各种酶制剂
天冬酰胺酶： 抗癌 纳豆激酶、链激酶： 治疗血栓 青霉素酰化酶：青霉素生产
3. 微生物代谢产物发酵
初级代谢产物：
与菌体生长相伴随的产物、对菌体生长、分化和繁殖是必须 的氨基酸、核苷酸、维生素、糖类等 菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累 次级代谢产物： 与菌体生长不相伴随，以初级代谢的中间产物为原料而合成
（二）培养基的种类
对发酵生产影响较大的
孢子培养基 种子培养基 发酵培养基
• 2.选择
• 一般来讲培养基的选择首先是培养基成分的确定，
然后再决定各成分之间如何最佳的复配。
（三）影响培养基质量的因素
培养基质量变化可能会引起生产水平大幅度
波动或菌体代谢异常的现象。
引起培养基质量变化的因素主要有：
四、微生物发酵药物的分类
通常是按其化学本质和化学特征进行分类的：
生物来源 作用对象 作用机制 化学结构
细菌 霉菌 酵母菌 放线菌
抗菌药 抗肿瘤药 抗病毒药 除草剂 酶抑制剂 免疫调节剂
抑制细胞壁合成药 抗生素 影响细胞膜功能药 维生素
氨基酸 核苷酸 抑制核酸合成药 甾体激素 抑制生物能量反应 酶及酶抑制剂
抗生素、生物碱、毒素、色素、胞外多糖等
结构常较复杂对环境条件敏感
4. 微生物转化发酵
利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的特定
部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱氧或切断支 链等。 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构 位置特异性、立体特异性。
如： 甾体转化：环戊烷多氢菲核的化合物
高青霉素 G 的含量比例，还可以提高青霉素的含量。
• 但是培养基中前提物质浓度超过一定量时，对菌体的生产显 示毒副作用。
发酵过程中所用的一些前体物质
萄糖提供能源，琼脂是培养基的凝固剂。
• 【思考题} • 判断下列培养基中的各成分分别属于哪种物质？ • 1、平板计数琼脂（PCA） 胰蛋白胨 5.0g 酵母膏粉 2.5g 葡萄糖 1.0g 琼脂 15~20g 水 1L 最终pH值 7.0+0.2 胰蛋白胨提供碳源和氮源，酵母膏粉提供维生素 B，葡
药物发酵常用的碳源：
• 2. 氮源
• 氮源是构成微生物细胞和代谢产物中的氮素
来源的营养物质。
• 其主要功能是构成微生物细胞和含氮的代谢
产物。当培养基中碳源不足时，可作为补充
碳源。
常用氮源
3. 无机盐及微量元素
微生物在生长繁殖和生产过程中，需要某些无机盐和 微量元素如 P 、 Mg 、 S 、 K 、 Na 、 Fe 、 C l 、 Zn 、 C o 等， 以作为其生理活性物质的组成或生理活性作用的调节 物。 这些物质一般在低浓度时对微生物的生长和产物的合 成起促进作用；在高浓度时常表现出明显的抑制作用。