制药工艺学期末复习资料

制药微生物发酵过程分为菌体生长期、产物合成期和菌体自溶期三个阶段。

①菌体生长期(发酵前期)：是指从接种至菌体达到一定临界浓度的时间，包括延滞期、对数生长期和减速

期。代谢特征：菌体的主要代谢是进行碳源、氮源等分解代谢，培养基质不断消耗，浓度减少；生长特征：菌体不断地生长和繁殖，浓度增加。溶氧变化：不断下降，在菌体临界值时，溶解氧浓度最低；pH 变化：开始适当上升，然后下降--首先用氨基酸作为碳源释放出氨，而后氨被利用；开始适当下降，然后上升—首先利用糖作为碳源，释放出丙酮酸等有机酸，后又被利用所致。

②产物合成期(发酵中期or产物分泌期)：主要进行代谢产物或目标产物的生物合成。产物量逐渐增加，生

产速率加快，直至达最大高峰，随后合成能力衰退。呼吸强度无明显变化，菌体在增重，但不增加数目。

对外界变化敏感，容易影响代谢过程，从而影响整个发酵进程。发酵条件如pH、温度、溶解氧等参数也要严格控制。

③菌体自溶期(发酵后期)：菌体衰老，细胞开始自溶，氨基氮含量增加，pH上升，产物合成能力衰退，

生产速率减慢。发酵必须结束，否则产物被破坏，同时菌体自溶给过滤和提取等带来困难。

发酵培养的操作方式：按操作方式和工艺流程可把发酵培养分为分批式操作、流加式操作、半连续式操作、连续操作等几种。

1.分批式操作又称间歇式操作或不连续操作，是指把菌体和培养液一次性装入发酵罐，在最佳条件下进

行发酵培养。经过一段时间，完成菌体的生长和产物的合成与积累后，将全部培养物取出，结束发酵培养。然后清洗发酵罐，装料、灭菌后再进行下一轮分批操作。

2.流加式操作又称补料-分批式操作，是指在分批式操作的基础上，连续不断地补充新培养基，但不取出

培养液。

3.半连续式操作又称反复分批式操作或换培养液，是指菌体和培养液一起装入发酵罐，在菌体生长过程

中，每隔一定时间，取出部分发酵培养物（带放），同时在一定时间内补充同等数量的心培养基；如此反复进行，放料4~5次，直至发酵结束，取出全部发酵液。

4.连续式操作是指菌体与培养液一起装入发酵罐，在菌体培养过程中，不断补充新培养基，同时取出包

括培养液和菌体在内的发酵液，发酵体积和菌体浓度的等不变，使菌体处于恒定状态，促进了菌体的生长和产物的累积。

制药微生物的生长动力学：在批式发酵操作过程中，菌体的生物量与时间的关系是S形曲线。根据生物量的变化，可以把这个过程分为：

1、延滞期（适应期）：是指接种后，菌体的生物量没有明显增加的一段时间。延滞期是菌体适应环境的过程。延滞期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环境相互作用的程度决定。延滞期越短越好。μ= dX／Xdt=0

2、对数生长期：是菌体快速繁殖、生物量的增加呈现对数速度增长的过程。特点是生长速率达到最大值，并保持不变。细胞的化学组成与生理学性质稳定。菌体生长不受限制，细胞分裂繁殖和代谢极其旺盛。可

以认为细胞组分恒定，菌体细胞的生长速率与生物量是一级动力学关系：dX／dt＝μmax X

3、减速期：是指菌体生长速率下降的一段时间。由培养基中基质浓度下降、有害物质积累等不利因素引起。

在减速期内，生长速率与菌体浓度任然仍符合一级动力学关系，但受基质浓度限制。一般生物的减速

期较短。dX／dt＝μmax X

4、静止期（稳定期）：是指菌体净生长速度为零的一段时间。由于营养耗竭、代谢产物或毒害物质的积累，

菌体浓度不增加，细胞的分裂与死亡同步进行，生长速率与死亡速率相等，达到平衡。符合方程dX／

dt＝(μ-k d)X＝0

5、衰亡期：是指菌体死亡速率大于生产速率的一段时间。表现为细胞自溶、死亡加速，细胞浓度迅速下降。

菌体死亡速率也符合一级动力学：dX／dt＝-k d X

反应物浓度与配料比的确定：

1.凡属可逆反应，可采取增加反应物之一的浓度（即增加其配料比），或从反应系统中不断除去生成物之的办法，以提高反应速率和增加产物的收率。

2.当反应生成物的生成量取决于反应液中某一反应物的浓度时，则应增加其配料比。最适合的配料比应在收率较高，同时又是单耗较低的某一范围内。

3.倘若反应中有一反应物不稳定，则可增加其用量，以保证有足够量的反应物参与主反应。

4.当参与主、副反应物不尽相同时，应利用这一差异，增加某一反应物的用量，以增加主反应的竞争能力。

5.为防止连续反应和副反应的发生，有些反应的配料比小于理论配比，使反应进行到一定程度的基本程度后，停止反应。

菌种保存方法有哪些及分析比较：

(1)低温斜面保藏：低温降低新陈代谢。4℃，RH70％以下。短期保藏，1－6个月；易变异

(2)石蜡封存：隔绝氧气，减少蒸发。4℃，约1年。(3)砂土管保藏：干燥抑制生长。孢子吸附在砂土上，真空抽气干燥。置于冰箱，保存数年。(4)冷冻干燥保藏：保护剂降低菌体细胞冰点，减少冰晶对细胞伤害。低温避光，中期保藏，5～10年。(5)液氮保藏：培养物与冷冻保护剂混合，密封。液氮（－196℃）罐或－80℃冰箱。低温、缺氧、避光和营养缺乏环境。长期保藏。

工艺路线的评价标准：理想的药物合成工艺路线应该是：1.化学合成途径简洁，即原辅材料转化为药物的路线要简短；2.所需的原辅材料品种少且易得，并有足够数量的供应；3.中间体容易提纯，质量符合要求，最好是多不反应连续操作；4.反应在易于控制的条件下进行，如安全、无毒；5.设备条件要求不苛刻；6.“三废”少且易于治理；7.操作简单，经分离、纯化易达到药用标准；8.收率最佳、成本最低、经济效益最好。

化学制药工艺路线的设计：类型反应法、分子对称法、追溯求源法、模拟类推法。类型反应法是指利用常见的典型的有机化学反应和合成方法进行合成工艺路线设计的方法。

青霉素作用机理：青霉素主要作用于细胞壁的肽多糖合成第三阶段。线性肽多糖在转肽酶的催化下进行交联，肽多糖链之间每两条肽链结合时均释放出一个D-丙氨酸。青霉素与肽多糖的D-丙胺酰-D-丙氨酸二肽相似，竞争性与转肽酶结合，使转肽酶不能催化对肽链之间的交联而从起到抑菌作用。因此，青霉素对生长中的细胞有效、对静止细胞无效。

氨基酸的定义和结构通式：氨基酸是在羧酸中α-碳上的一个原子被氨基取代而成的一类化合物，属于氨基取代羧酸，②其结构通式为：

氨基酸的分类：①根据R基团的化学结构分：16种脂肪族氨基酸(R为脂肪族取代基)；2种芳香族氨基酸(R 为芳香基取代)；3种杂环氨基酸(R为含氮的咪唑环和吲哚环)；2种亚氨基酸。②根据R基团的极性分：极性氨基酸；非极性氨基酸。③根据酸碱性分：2种酸性氨基酸；3种碱性氨基酸；15种中性氨基酸。④根据人体生理生化过程能否自合成分：必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸由饮食和药物形式供给。

氨基酸的物化性质：无色晶体，熔点很高，200~300℃。一般溶于水、烯酸稀碱，不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂，常用乙酸沉淀氨基酸。氨基酸是弱两性电解质，同一分子带有正负两种电荷的偶极离子或兼性离子，这是氨基酸在水和结晶状态的主要形式。

谷氨酸的分离纯化工艺过程：主要根据其两性电解质性质、溶解度和吸附剂的作用以及谷氨酸的成盐作用等。目前常用方法有等电点法、离子交换法、锌盐法、纳滤膜等。其中以等电点沉淀法最为常用。

临界菌体浓度是氧传递速率随菌体浓度变化曲线和摄氧速率随菌体浓度变化曲线交叉点处的菌体浓度。

临界氧浓度是不影响呼吸或产物合成的最低溶解氧浓度，一般在0.02~0.005mmol\L之间，发酵液的溶解氧浓度大于此浓度。

抗生素：早期的定义是由一种微生物产生的，能抑制或干扰其他微生物生长，甚至杀死其他微生物的一种化学物质。