发酵工程在制药工作的应用
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新药生产菌的选育
自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据 菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程叫自然选育或自然分 离。
基本过程如下： 菌种→单孢子或单细胞悬液→适当稀释→琼脂平板分离→挑 单个菌落进行生产能力的测定→选出优良菌株。
自然选育简单易行，可达到纯化菌种、防止退化、稳定 生产水平和提高产量的目的。但效率低，增产幅度不会很大。
分离纯化阶段包括发酵液的处理与过滤、分离提纯、精制、 成品检测、包装、出厂检验是化学分离工程过程。
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新药生产菌的选育
自然分离： 样品的采集与处理 分离方法有稀释法和滤膜法 活性测定 非致病菌为对象，采用琼脂扩散法测定活性，筛选生物 活性物质。可以使用耐药和超敏菌种。用HPLC、LC-MS等， 分析鉴定活性物质。其他现代的筛选技术如靶向筛选、 高通量筛选、高内涵筛选等可以结合使用。
目的:保持长期存活、不退化、不丧失生产能力。 保藏原理：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、沙土管保藏、冷冻干燥保藏、液氮 低温保藏。 保存机构：中国典型培养保藏中心（武汉大学）
中国科学院典型培养物保藏委员会 美国典型菌种保藏中心（American Type Culture Collection） 英国国家菌种保藏中心（The United Kingdom National Culture Collection）
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微生物培养基－－发酵培养基
设计基本思路 （1）根据他人的经验，初步确定培养基的成分，作为研究的起始培养基。 （2）单因素实验：确定最适的培养基的成分。 （3）多因素实验：进行各成分之间的浓度优化和最佳配比。如均匀设计、 正交实验和响应面分析等统计学方法。 （4）从摇瓶、小型发酵罐到中试，最后放大到生产罐。 （5）综合考虑各种因素：产量、纯度、成本等后，确定一个适宜的生产 配方。
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微生物培养基－－发酵培养基
配制一般原则 （1）生物学原则：根据不同微生物的营养和反应需要，设计培养基。 各种成分之间的比例恰当，特别是有机氮和无机氮源，C/N比。一定条 件下，各种原材料之间不能产生化学反应。具有适宜的PH和渗透压。 （2）工艺原则：不影响通气和搅拌，又不影响产物的分离精制和废物 处理，过程容易控制。 （3）低成本原则：原材料要因地制宜，来源方便丰富，质量稳定，优 质价廉，成本低。 （4）高效性原则：生产安全，环境保护，质量高，最高得率，最小副 产物。
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新药生产菌的选育
杂交育种：是两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使 遗传物质重新组合，再从中分离和筛选具有新性状的菌株。带有定向 育种的性质。
基因工程技术育种：采用基因工程技术即基因克隆与表达技术，过 量表达或抑制表达某一个或一组基因，调控代谢过程，实现目标产物 的高效表达。
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新药生产菌的保藏
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发酵制药种类
微生物菌体发酵、 微生物酶的发酵、微生 物代谢产物、发酵微生 物转化发酵。
制药微生物的种类
生产药物的天然微生物主要包括细菌、放线菌和丝状真菌 三大类。细菌主要生产环状或链状多肽类坑生素，如芽孢杆 菌（Bacillus)产生杆菌肽（bacitracin），细菌还可以产生氨基 酸和维生素，如黄色短杆菌（Brevibacterium flarum）产生氨 基酸，大小菌生产维生素C。
• 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培育， 根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵 产品。
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发酵的定义
• 1.传统发酵 • 2.生化和生理学意义的发酵 • 3.工业上的发酵
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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
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发酵的流程
空气
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微生物发酵制药
坑生素的发现Fra Baidu bibliotek
1928年，英国细菌学家Fleming B发 现坑菌物质青霉素。在20世纪40年 代，一共发现了14种坑生素，50年 代发现了20余种，开始了化学结构 改造的合成和半合成坑生素的阶段。 目前发现并分离到约有9000种坑生 素，半合成坑生素约1000种，但实 际生产和应用的只有100余种。
放线菌主要产生各类坑生素，以链霉菌属最多。生产的 坑生素主要有氨基糖苷类、四环类、放线菌素类、大环内酯 类和多烯大环内酯类。
真菌的曲菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青霉素和灰 黄霉素等，头孢菌属产生头孢霉素等。
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发酵制药的基本过程
发酵制药就是利用制药微生物，通过发酵培养，在一定的 条件下，生长繁殖，同时在代谢过程中产生药物，然后从发酵 液中提取分离、纯化精制、获得药品。
发酵工程在制药工作中的应用研究进展
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发酵工程
主要指在最适发 酵条件下，发酵 罐中大量培养细 胞和生产代谢产 物的工艺技术。
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微生物发酵技术的产生
• 1857年法国化学家、微生物学家巴斯德提出了著名的发酵 理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”
• 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也 是发酵，是另一类微生物在作祟。
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新药生产菌的选育
诱变育种：诱变育种是认为创造的条件，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、收效大、方法相对简单。但缺乏定 向性，要配合大规模的筛选工作。
诱发突变的因素有物理、化学和生物三类。 诱变育种的设计方案 诱变育种整个过程涉及诱变和筛选两个阶段，甚至是不断多轮 重复。
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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，或者严格的说， 发酵是以有机物作为 电子受体的氧化还原 产能反应。
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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
菌株选育（mutation and selection breeding）、发酵 （fermentation）和提炼（isolation and purification）是发酵制 药的三个主要过程。工艺过程包括发酵和分离纯化两个阶段。
发酵阶段包括生产菌、孢子的制备、种子制备、发酵培养， 是生物加工工程过程。
新药生产菌的选育
自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据 菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程叫自然选育或自然分 离。
基本过程如下： 菌种→单孢子或单细胞悬液→适当稀释→琼脂平板分离→挑 单个菌落进行生产能力的测定→选出优良菌株。
自然选育简单易行，可达到纯化菌种、防止退化、稳定 生产水平和提高产量的目的。但效率低，增产幅度不会很大。
分离纯化阶段包括发酵液的处理与过滤、分离提纯、精制、 成品检测、包装、出厂检验是化学分离工程过程。
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新药生产菌的选育
自然分离： 样品的采集与处理 分离方法有稀释法和滤膜法 活性测定 非致病菌为对象，采用琼脂扩散法测定活性，筛选生物 活性物质。可以使用耐药和超敏菌种。用HPLC、LC-MS等， 分析鉴定活性物质。其他现代的筛选技术如靶向筛选、 高通量筛选、高内涵筛选等可以结合使用。
目的:保持长期存活、不退化、不丧失生产能力。 保藏原理：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、沙土管保藏、冷冻干燥保藏、液氮 低温保藏。 保存机构：中国典型培养保藏中心（武汉大学）
中国科学院典型培养物保藏委员会 美国典型菌种保藏中心（American Type Culture Collection） 英国国家菌种保藏中心（The United Kingdom National Culture Collection）
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微生物培养基－－发酵培养基
设计基本思路 （1）根据他人的经验，初步确定培养基的成分，作为研究的起始培养基。 （2）单因素实验：确定最适的培养基的成分。 （3）多因素实验：进行各成分之间的浓度优化和最佳配比。如均匀设计、 正交实验和响应面分析等统计学方法。 （4）从摇瓶、小型发酵罐到中试，最后放大到生产罐。 （5）综合考虑各种因素：产量、纯度、成本等后，确定一个适宜的生产 配方。
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微生物培养基－－发酵培养基
配制一般原则 （1）生物学原则：根据不同微生物的营养和反应需要，设计培养基。 各种成分之间的比例恰当，特别是有机氮和无机氮源，C/N比。一定条 件下，各种原材料之间不能产生化学反应。具有适宜的PH和渗透压。 （2）工艺原则：不影响通气和搅拌，又不影响产物的分离精制和废物 处理，过程容易控制。 （3）低成本原则：原材料要因地制宜，来源方便丰富，质量稳定，优 质价廉，成本低。 （4）高效性原则：生产安全，环境保护，质量高，最高得率，最小副 产物。
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新药生产菌的选育
杂交育种：是两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使 遗传物质重新组合，再从中分离和筛选具有新性状的菌株。带有定向 育种的性质。
基因工程技术育种：采用基因工程技术即基因克隆与表达技术，过 量表达或抑制表达某一个或一组基因，调控代谢过程，实现目标产物 的高效表达。
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新药生产菌的保藏
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发酵制药种类
微生物菌体发酵、 微生物酶的发酵、微生 物代谢产物、发酵微生 物转化发酵。
制药微生物的种类
生产药物的天然微生物主要包括细菌、放线菌和丝状真菌 三大类。细菌主要生产环状或链状多肽类坑生素，如芽孢杆 菌（Bacillus)产生杆菌肽（bacitracin），细菌还可以产生氨基 酸和维生素，如黄色短杆菌（Brevibacterium flarum）产生氨 基酸，大小菌生产维生素C。
• 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培育， 根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵 产品。
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发酵的定义
• 1.传统发酵 • 2.生化和生理学意义的发酵 • 3.工业上的发酵
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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
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发酵的流程
空气
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微生物发酵制药
坑生素的发现Fra Baidu bibliotek
1928年，英国细菌学家Fleming B发 现坑菌物质青霉素。在20世纪40年 代，一共发现了14种坑生素，50年 代发现了20余种，开始了化学结构 改造的合成和半合成坑生素的阶段。 目前发现并分离到约有9000种坑生 素，半合成坑生素约1000种，但实 际生产和应用的只有100余种。
放线菌主要产生各类坑生素，以链霉菌属最多。生产的 坑生素主要有氨基糖苷类、四环类、放线菌素类、大环内酯 类和多烯大环内酯类。
真菌的曲菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青霉素和灰 黄霉素等，头孢菌属产生头孢霉素等。
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发酵制药的基本过程
发酵制药就是利用制药微生物，通过发酵培养，在一定的 条件下，生长繁殖，同时在代谢过程中产生药物，然后从发酵 液中提取分离、纯化精制、获得药品。
发酵工程在制药工作中的应用研究进展
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发酵工程
主要指在最适发 酵条件下，发酵 罐中大量培养细 胞和生产代谢产 物的工艺技术。
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微生物发酵技术的产生
• 1857年法国化学家、微生物学家巴斯德提出了著名的发酵 理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”
• 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也 是发酵，是另一类微生物在作祟。
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新药生产菌的选育
诱变育种：诱变育种是认为创造的条件，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、收效大、方法相对简单。但缺乏定 向性，要配合大规模的筛选工作。
诱发突变的因素有物理、化学和生物三类。 诱变育种的设计方案 诱变育种整个过程涉及诱变和筛选两个阶段，甚至是不断多轮 重复。
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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，或者严格的说， 发酵是以有机物作为 电子受体的氧化还原 产能反应。
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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
菌株选育（mutation and selection breeding）、发酵 （fermentation）和提炼（isolation and purification）是发酵制 药的三个主要过程。工艺过程包括发酵和分离纯化两个阶段。
发酵阶段包括生产菌、孢子的制备、种子制备、发酵培养， 是生物加工工程过程。