最新7发酵工程制药课件.ppt

1、L/O/G/O第一节 概述UPSTREAM PROCESSES-genetics,cell-inoculum development-media formulation-sterilization-inoculationFERMENTATIONProcess Control上游工程上游工程Fermentation engineeringDOWNSTREAM PROCESSES-product extraction,purification&assay-waste treatment-by product recoveryFERMENTATIONProcess Control下游工程下游工程 F

2、ermentation engineering1、微生物菌体的发酵SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等）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。微生物发酵类型微生物发酵类型2、微生物酶发酵各种酶制剂：糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等天冬酰胺酶：抗癌纳豆激酶、链激酶：治疗血栓青霉素酰化酶：青霉素生产需要诱导或遭受阻遏、抑制等调控作用，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需注意。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

3、，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：甾体转化如：甾体转化可的松可的松（Cortisone）发酵技术的应用产物：产物：微生物细胞，酶，活性物质，特殊化学品和食品添加剂。微生物细胞，酶，活性物质，特殊化学品和食品添加剂。发酵工业简介发酵工业简介u发酵食品发酵食品u有机酸有机酸u氨基酸氨基酸u核酸类

4、物质核酸类物质u酶制剂酶制剂u医药工业（抗生素医药工业（抗生素）u饲料工业（单细胞蛋白）饲料工业（单细胞蛋白）u环境工程（废物处理）环境工程（废物处理）u其它其它（冶金工业（冶金工业）Fermentation Industry uFermented FoodsuOrganic AcidsuAmino AcidsuNucleotidesuEnzymes uPharmaceutical(Antibiotics)uFeedstuff(eg.SCP)uEnvironmental Application (Waste Treatment)uOthers(eg.Metallurgical industry

5、)药用发酵产品分类药用发酵产品分类生物来源作用对象作用机制化学结构细菌真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影响细胞膜功能药干扰蛋白质合成药抑制核酸合成药抑制生物能量反应药抗生素维生素氨基酸核苷酸甾体激素酶及酶抑制剂发酵工程制药的特点发酵工程制药的特点微生物菌种选育获得高产发酵的理论产量存在约10%的变量发酵过程常温常压，操作条件温和纯种培养、无菌条件生产过程是以生物体的自动调节方式进行的分子水平生产，定向发酵、突变、杂交等手段投资少、见效快发展趋势发展趋势利用DNA重组技术和细胞工程技术的发展、新的工程菌和新型微生物的开发新型的生理活性多肽和蛋白质类药物：干

6、扰素、白介素促红细胞生成素等；新型菌体制剂和疫苗。红细胞生成素红细胞生成素 (治疗贫血治疗贫血)生长激素生长激素 (促进生长促进生长)胰岛素胰岛素 (治疗糖尿病治疗糖尿病)干扰素干扰素 (抗病毒、抗肿瘤抗病毒、抗肿瘤)L/O/G/O第二节 发酵制药中的微生物常见的制药用微生物常见的制药用微生物细菌放线菌真菌细菌之大肠杆菌属细菌之大肠杆菌属(Escherichia coli)生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等氨基酸类药物基因工程的载体细菌之短杆菌属细菌之短杆菌属(Brevibacterium)维生素B12、氨基酸、核苷酸类药物生产中常用的菌种，也是酶法合成生产辅酶A的菌种。细菌之棒状杆菌属细菌之棒状

7、杆菌属(Corynebacterium)生产氨基酸、核苷酸类药物，用于甾体转化是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌，如北京棒杆菌AS1.299钝齿棒杆菌AS1.542细菌之芽孢杆菌属细菌之芽孢杆菌属(Bacillus)生产氨基酸、核苷酸、抗生素类、维生素B12用于甾体转化等细菌之假单胞菌属细菌之假单胞菌属(Pseudomonas)生产维生素B12、氨基酸、核苷酸类进行类固醇（甾体）转化有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白细菌之乳酸杆菌属细菌之乳酸杆菌属(Lactobacillus)生产抗癌类药物放线菌放线菌 抗生素12000余种，60%左右来自放线菌，经济价值大。放线菌之链霉菌属放线菌之链霉菌属(Stre

8、ptomyces)灰色链霉菌(Streptomyces griseus)产链霉素金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens)产金霉素红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus)产红霉素龟裂链霉菌(Streptomyces rimosus)产土霉素放线菌之诺卡氏菌属放线菌之诺卡氏菌属(Norcadia)生产利福霉素、蚊霉素等。放线菌之小单胞菌属放线菌之小单胞菌属(Micromonospora)多种可产抗生素，如棘孢小单胞菌(M.echinospora)产庆大霉素。真菌之根霉属真菌之根霉属(Rhizopus)生产甾体激素、延胡索酸及酶制剂等。真菌之曲霉属真菌之

9、曲霉属(Aspergillus)生产枸橼酸、葡萄糖酸、有机酸类、抗生素，进行甾体转化。真菌之青霉属真菌之青霉属(Penicillum)产黄青霉(Penicillum chrysogenum)生产青霉素，也可用来生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸。真菌之头孢霉菌属真菌之头孢霉菌属(Cephalosporium)产黄头孢霉(Cephalosporium chrysogen)顶孢头孢霉菌(Cephalosporium acremonium)都生产头孢菌素C真菌之酵母菌属真菌之酵母菌属(Saccharomyces)u啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)：生产啤酒、酒精

10、、药用酵母等；核酸、麦角固醇、细胞色素C、凝血质和辅酶A等。u红酵母(Rhodotorula)：-胡萝卜素u棉病针孢酵母(Nematspora gossypii)：核黄素真菌之其它真菌之其它u牛肝菌属：含有人体必需的8种氨基酸，还含有腺膘呤、胆碱和腐胺等生物碱。u灵芝属：灵芝多糖、灵芝多肽、三萜类、16种氨基酸(其中含有七种人体必需氨基酸)、蛋白质、甾类、甘露醇、香豆精苷、生物碱、有机酸（主含延胡索酸），以及微量元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。发酵菌种的选育要求发酵菌种的选育要求生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物的产量高，其它类似代谢产物少。操作性：培养条件简单，发酵易

11、控制，产品易分离。稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，遗传性状稳定、不易变异退化。安全性：非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素。诱变育种的理论依据是诱变育种的理论依据是DNA分子结构的改变。分子结构的改变。分为：分为：菌种选育菌种选育自然选育诱变育种杂交育种原生质体融合基因工程从自然界中获得新菌种从自然界中获得新菌种u土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端环境等u基本程序：采样预处理富集培养筛选鉴定野生型菌株诱变育种诱变育种物理或化学方法诱发突变。物理诱变剂：紫外线、X-射线、-射线等化学诱变剂：氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等u自然选育自然选育：不经人工处理利用微生物的自然突变进行育种的过程。

12、u诱变育种诱变育种：利用物理、化学等因素，诱发基因突变，并从中筛选出具有某一优良性状的突变体。u杂交育种杂交育种：借助基因重组，使不同菌株的遗传物质得以交换。u原生质体融合育种原生质体融合育种：借助原生质融合技术实现遗传物质的交换。u基因工程育种基因工程育种：DNA体外重组技术定向育种，技术含量高，应用面广。基因突变及其机制基因突变及其机制 诱变育种操作步骤诱变育种操作步骤质质 粒粒 育育 种种转基因工程菌的构建转基因工程菌的构建菌种保藏菌种保藏(Culture conservation)u目的：保证菌种经过较长时间后仍保持生活能力，防止被杂菌污染，形态特征和生理形状尽可能不发生变异。菌种保藏

13、三要素菌种保藏三要素典型菌种的优良纯种的休眠体；创造有利于种子休眠的环境（低温、干燥、缺氧、避光、缺少营养）；尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株。菌种保藏的常用方法菌种保藏的常用方法斜面低温保藏法石蜡油封存法砂土管保藏法麸皮保藏法甘油悬液保藏法冷冻真空干燥保藏法液氮超低温保藏法宿主保藏法方法名称主要特点适用范围保藏期斜面低温保藏法传代培养，4保藏各种微生物的短期保藏。1-6个月石蜡油封存法石蜡油隔绝空气，室温或4保藏各种微生物的中短期保藏，不适用某些能分解烃类的菌种。1-2年砂土管保藏法沙土管作载体，干燥器中抽真空，室温或4保藏产孢子微生物和芽孢细菌的长期保藏，不适用对干燥敏感的微生物1-1

14、0年麸皮保藏法麸皮作载体，干燥，4保藏产孢子霉菌和某些放线菌，工厂多采用此法1年甘油悬液保藏法悬浮于10-15%甘油中，需低温冰箱基因工程菌1年/10年冷冻真空干燥保藏法用保护剂制备悬液，快速冻结，减压抽真空，需冻干机各类微生物5-15年液氮超低温保藏法保护剂，超低温（-196），需超低温液氮设备各类微生物15年以上宿主保藏法与培养基混合直接低温保存专性活细胞寄生微生物（如病毒）第三节第三节 发酵方式发酵方式（一）分批培养（一）分批培养（二）连续培养（二）连续培养（三）其它培养方法（三）其它培养方法（一）分批培养（一）分批培养1、分批培养的定义、分批培养的定义2、分批培养的生长过程、分批培养的

15、生长过程3、分批培养过程中影响细胞生长的因素、分批培养过程中影响细胞生长的因素 分批培养是一种间分批培养是一种间歇式的培养方法，歇式的培养方法，在每一批次的培养在每一批次的培养过程中，不再加入过程中，不再加入其它营养物料。待其它营养物料。待生物反应进行到一生物反应进行到一定程度之后，将全定程度之后，将全部培养液倒出、进部培养液倒出、进行后道工序处理。行后道工序处理。为了提高生物反应器在分批培养中的效率为了提高生物反应器在分批培养中的效率通常采用多级分批培养的办法。通常采用多级分批培养的办法。即在小型生物反应器中接入少量种子即在小型生物反应器中接入少量种子经过分批培养，来获得较大数量的细胞作为种

16、子经过分批培养，来获得较大数量的细胞作为种子再转入到大型生物反应器中再转入到大型生物反应器中分批培养的设备要求较少分批培养的设备要求较少操作也较简单操作也较简单工业微生物生产中经常采用工业微生物生产中经常采用2、分批培养的生长过程、分批培养的生长过程培养中的细胞经过培养中的细胞经过4个生长阶段：个生长阶段：（1）延迟期）延迟期（2）指数生长期）指数生长期（3）静止期）静止期（4）衰亡期）衰亡期1、延迟期、延迟期（1）种龄越长，延迟期越长，）种龄越长，延迟期越长，（2）接种量越少、延迟期越长。）接种量越少、延迟期越长。4、衰亡期、衰亡期营养物质消耗贻尽培养液中有营养物质消耗贻尽培养液中有害物质积

17、累太多导致培养液中害物质积累太多导致培养液中的细胞开始死亡，称为衰亡期。的细胞开始死亡，称为衰亡期。3、静止期、静止期随着营养物质被逐渐消耗、细随着营养物质被逐渐消耗、细胞的生长速率开始下降，最终胞的生长速率开始下降，最终细胞浓度不再增加，称为静止细胞浓度不再增加，称为静止期。期。2、指数生长期、指数生长期细胞的倍增时间指细胞浓度细胞的倍增时间指细胞浓度增长一倍所需要的时间。微增长一倍所需要的时间。微生物的倍增时间一般为生物的倍增时间一般为0.5-1小时。小时。3、分批培养中影响细胞生长的因素、分批培养中影响细胞生长的因素共有以下共有以下5种影响因素：种影响因素：（1）营养物质浓度）营养物质浓

18、度（2）温度）温度（3）pH值值（4）溶解氧浓度）溶解氧浓度（5）产物）产物（1）营养物质浓度）营养物质浓度 营养物质的限制性浓度营养物质的限制性浓度-当某一种营当某一种营养物质的浓度下降到一定程度之后，就养物质的浓度下降到一定程度之后，就会影响细菌的生长，此时的浓度就称为会影响细菌的生长，此时的浓度就称为营养物质的限制性浓度。营养物质的限制性浓度。营养物质的最大浓度营养物质的最大浓度-当某一种营养当某一种营养物质的浓度超过一定程度之后，也会对物质的浓度超过一定程度之后，也会对细菌的生长产生抑制作用。细菌的生长产生抑制作用。（2）温度）温度 当培养温度偏低时，细胞的生长速率较低，当培养温度偏低

19、时，细胞的生长速率较低，随着温度的升高，细菌的生长速率也随之加快，随着温度的升高，细菌的生长速率也随之加快，当温度超出一定范围时，由于蛋白质等细胞结构的变性，当温度超出一定范围时，由于蛋白质等细胞结构的变性，导致细菌生长速率的急速下降。导致细菌生长速率的急速下降。微生物细胞的最适生长温度并不等于其代谢产物的最佳生产温度。微生物细胞的最适生长温度并不等于其代谢产物的最佳生产温度。因此在具体的生产过程中，因此在具体的生产过程中，培养的前期常常将温度调控在有利于细胞生长的区域，培养的前期常常将温度调控在有利于细胞生长的区域，而在后期则常常将温度转到最佳的生产温度，而在后期则常常将温度转到最佳的生产温

20、度，以获得较多的产物以获得较多的产物 根据培养温度的要求的不同，可以将微生物分成：低温菌，根据培养温度的要求的不同，可以将微生物分成：低温菌，中温菌，高温菌。中温菌，高温菌。采用高温菌生产有许多优点：采用高温菌生产有许多优点：（1）高温菌所生产出的酶，其热稳定性较好。）高温菌所生产出的酶，其热稳定性较好。（2）高温菌的培养温度较高，细胞的生长速率较大。）高温菌的培养温度较高，细胞的生长速率较大。（3）不容易发生杂菌污染。）不容易发生杂菌污染。（4）在大规模生产时可以节约冷却水、同时能够减少动）在大规模生产时可以节约冷却水、同时能够减少动力消耗。力消耗。发酵温度调控技术发酵温度调控技术（3）pH

21、值值细菌适宜于在中性、弱碱性的条件下生长。细菌适宜于在中性、弱碱性的条件下生长。酵母菌、霉菌则喜酸性环境。酵母菌、霉菌则喜酸性环境。乳酸菌、醋酸菌对于低乳酸菌、醋酸菌对于低PH值环境有着很好值环境有着很好的耐受性。的耐受性。（4）溶解氧浓度）溶解氧浓度 不同的培养过程对于溶解氧有着不同的要求不同的培养过程对于溶解氧有着不同的要求 应该根据具体情况来加以控制。应该根据具体情况来加以控制。空气过滤片空气过滤片（5）代谢产物的抑制作用）代谢产物的抑制作用细胞的代谢产物会影响到细胞的生长，这细胞的代谢产物会影响到细胞的生长，这种现象称作产物抑制作用。种现象称作产物抑制作用。而代谢产物多数就是生物制物的

22、原材料。而代谢产物多数就是生物制物的原材料。因此，在实际生产过程中要设法定期收集因此，在实际生产过程中要设法定期收集细胞的代谢产物细胞的代谢产物（二）连续培养（二）连续培养1、连续培养方法的优缺点、连续培养方法的优缺点2、连续培养法的分类、连续培养法的分类细菌连续培养的设备简化示图细菌连续培养的设备简化示图1、连续培养方法的优点、连续培养方法的优点（1）细胞生长速率较高。）细胞生长速率较高。（2）连续培养可发使得培养液达到一个稳定状态）连续培养可发使得培养液达到一个稳定状态2、连续培养方法的缺点、连续培养方法的缺点（1）连续培养延续的时间长，发生杂菌污染的概率也就增）连续培养延续的时间长，发生

23、杂菌污染的概率也就增加加（2）长时期进行连续培养，细胞发生变异、质粒丢失、基）长时期进行连续培养，细胞发生变异、质粒丢失、基因突变、因突变、（3）细菌株生产性能退化的现象也就比较突出）细菌株生产性能退化的现象也就比较突出3、连续培养法的分类、连续培养法的分类可以分为以下可以分为以下3类：类：（1）单级连续培养）单级连续培养（2）细胞回流式的单级连续培养）细胞回流式的单级连续培养（3）多级连续培养）多级连续培养（1）单级连续培养）单级连续培养 新鲜培养基的加入速率新鲜培养基的加入速率=培培养之后的物料抽出速率。这养之后的物料抽出速率。这种培养方法称为单级连续培种培养方法称为单级连续培养法。养法。

24、在单级连续培养方法之中，在单级连续培养方法之中，发酵液体积保持恒定，生物发酵液体积保持恒定，生物反应器中各组分分布均匀。反应器中各组分分布均匀。单级连续培养是一种最简单单级连续培养是一种最简单的连续培养方法。的连续培养方法。（2）细胞回流式的单级连续培养）细胞回流式的单级连续培养将单级连续培养流出液中的细胞加以浓缩，然后将单级连续培养流出液中的细胞加以浓缩，然后再送回到生物反应器中，这种方法称为细胞回流再送回到生物反应器中，这种方法称为细胞回流式的单级连续培养。式的单级连续培养。细胞回流式的单级连续培养相当于不断地对生物细胞回流式的单级连续培养相当于不断地对生物反应器进行接种，有利于提高连续培

25、养的效率。反应器进行接种，有利于提高连续培养的效率。（3）多级连续培养）多级连续培养 将几个生物反应器串联起来，第一个反将几个生物反应器串联起来，第一个反应器的流出液作为第二个反应器的流入液，应器的流出液作为第二个反应器的流入液，第二个反应器的流出液又作为第三个反应第二个反应器的流出液又作为第三个反应器的流入液，这种培养方式就称为多级连器的流入液，这种培养方式就称为多级连续培养法。续培养法。（三）其它培养方法（三）其它培养方法1、补料分批培养、补料分批培养2、透析培养、透析培养3、萃取培养、萃取培养4、闪蒸培养、闪蒸培养5、离子交换培养、离子交换培养1、补料分批培养、补料分批培养 补料分批培养

26、法是介于分批培养和连续培养之间的补料分批培养法是介于分批培养和连续培养之间的一种操作方法。是指在进行分批培养中间，向生物反应一种操作方法。是指在进行分批培养中间，向生物反应器中加入营养物质进行补料，但同时不取出培养液的方器中加入营养物质进行补料，但同时不取出培养液的方法。法。（1）方法改良）方法改良（2）补料分批培养的优点）补料分批培养的优点（3）补料分批培养的缺点）补料分批培养的缺点由于补料，使得培养液的体积逐渐扩大，由于补料，使得培养液的体积逐渐扩大，到一定时间之后，再将培养液从反应器中一次性放出到一定时间之后，再将培养液从反应器中一次性放出（1）方法改良）方法改良 连续补料分批培养法连续

27、补料分批培养法在进行补料分批培养时，在进行补料分批培养时，如果所取出的培养液数量少于补进的物料数量，如果所取出的培养液数量少于补进的物料数量，反复进行多次的放料和补料操作，这种方法称为反复进行多次的放料和补料操作，这种方法称为连续补料分批培养。连续补料分批培养。（2）补料分批培养的优点）补料分批培养的优点（1）通过流加高浓度的营养物质，）通过流加高浓度的营养物质，培养罐内的细胞浓度可以达到非常高的程度培养罐内的细胞浓度可以达到非常高的程度这对于细胞产物的生产十分有利这对于细胞产物的生产十分有利（3）通过补料，能够解除某些营养物的低浓度限制效应）通过补料，能够解除某些营养物的低浓度限制效应提高产

28、物的合成效率。提高产物的合成效率。（2）通过补料和放料的连续进行，）通过补料和放料的连续进行，能够解除某些基质、产物对细胞的抑制作用能够解除某些基质、产物对细胞的抑制作用（3）补料分批培养的缺点）补料分批培养的缺点（1）要考虑到生物反应器的供氧能力）要考虑到生物反应器的供氧能力（2）要考虑培养过程中大量代谢产物积累后的）要考虑培养过程中大量代谢产物积累后的细胞毒性细胞毒性L/O/G/O第四节 发酵设备及消毒灭菌发酵的一般流程发酵的一般流程种子扩大培养种子扩大培养培养基配制培养基配制空气除菌空气除菌培养基灭菌培养基灭菌发酵生产发酵生产下游处理下游处理发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备发酵罐发酵罐u

29、发酵罐的特点轴封严密，泄漏少能承受一定压力、温度搅拌通风装置保证气液充分混合具有足够的冷却面积死角少，灭菌彻底适宜的径高比（高与直径的比值为2.54）u发酵罐的类型 搅拌釜反应器 鼓泡式反应器 气升式反应器发酵设备发酵设备发酵罐发酵罐发酵辅助设备发酵辅助设备u无菌空气系统u灭菌系统、管道、阀门培养基及其灭菌培养基及其灭菌u培养基（medium）u培养基的成分碳源氮源无机盐前体物促进剂抑制剂u培养基灭菌空罐灭菌实罐灭菌连续灭菌L/O/G/O第五节 发酵工程制药的过程与控制发发 酵酵 过过 程程即微生物反应过程，指由微生物在生长繁即微生物反应过程，指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化反应的过程。

30、殖过程中所引起的生化反应的过程。根据对氧的需要分：根据对氧的需要分：厌氧厌氧和和有氧发酵。有氧发酵。根据培养基物理性状分：根据培养基物理性状分：液体液体和和固体发酵。固体发酵。根据微生物生长特性分：根据微生物生长特性分：分批发酵分批发酵和和连续连续发酵。发酵。发酵的一般过程发酵的一般过程空气空气空气净化处理空气净化处理保藏菌种保藏菌种斜面活化斜面活化扩大培养扩大培养种子罐种子罐主发酵主发酵碳源、氮源、碳源、氮源、无机盐等营养无机盐等营养物质物质灭菌灭菌产物分离纯化产物分离纯化成品成品发酵过程菌种筛选菌种筛选摇瓶试验摇瓶试验发酵罐试验发酵罐试验菌种菌种 选育选育 目的是改善菌种的特性，使能提高产

31、量、目的是改善菌种的特性，使能提高产量、改进质量、降低成本、改革工艺、方便管理及改进质量、降低成本、改革工艺、方便管理及综合利用等。综合利用等。基本方法基本方法 自然选育、生产育种、抗噬菌体菌株的自然选育、生产育种、抗噬菌体菌株的选育、诱变育种、代谢控制育种及原生质体技选育、诱变育种、代谢控制育种及原生质体技术和体外重组术和体外重组DNA技术（基因工程）等。技术（基因工程）等。从自然界分离从自然界分离 采样采样 增殖培养增殖培养 纯种分离纯种分离 性能测定性能测定地点地点方法方法目的目的方法方法方法方法方法方法种子罐级数种子罐级数 指种子需逐级扩大培养的次数。一般根据种指种子需逐级扩大培养的次

32、数。一般根据种子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。对于生长快的细菌，种子用发酵罐的容积而定。对于生长快的细菌，种子用量少，故种子罐级数相应也少。如谷氨酸生产，量少，故种子罐级数相应也少。如谷氨酸生产，种子接入种子罐后于种子接入种子罐后于320C培养培养7-10h，菌浓达到，菌浓达到108-109个个/ml，即可接入发酵罐作为种子，这称，即可接入发酵罐作为种子，这称为为一级种子罐一级种子罐扩大培养，也称扩大培养，也称二级发酵二级发酵。种子罐级数种子罐级数 对生长较慢的菌种，如青霉素生产菌种，对生长较慢的菌种，如青霉素生产菌种，种子

33、接入一级种子罐种子接入一级种子罐270C培养培养40h后，再需后，再需移入装有新鲜培养基的第二级种子罐，于移入装有新鲜培养基的第二级种子罐，于270C培养培养1024h移至发酵罐作为种子，称移至发酵罐作为种子，称为为二级种子罐二级种子罐扩大培养，也称扩大培养，也称三级发酵三级发酵。一。一般般50m3发酵罐都采用三级发酵。发酵罐都采用三级发酵。发酵过程砂土孢子砂土孢子冷冻干燥孢子冷冻干燥孢子实验室种子制备阶段实验室种子制备阶段（一级种子培养）（一级种子培养）生产车间种子制备阶段生产车间种子制备阶段（二级发酵二级发酵 三级发酵三级发酵）斜面孢子斜面孢子摇瓶液体培养摇瓶液体培养茄子瓶斜面培养茄子瓶斜

34、面培养固体培养基培养固体培养基培养一级种子罐一级种子罐二级种子罐二级种子罐发酵罐发酵罐种子扩大培养流程图生理代谢生理代谢菌种筛选菌种筛选种子培养种子培养发酵培养发酵培养发酵微生物发酵方式微生物发酵方式l 分批发酵l 补料分批发酵l 半连续发酵l 连续发酵发酵过程中的中间分析项目发酵过程中的中间分析项目产物产量pH糖氨基氮菌丝形态发酵过程的影响因素及控制发酵过程的影响因素及控制菌体浓度营养物质温度pH溶氧泡沫染菌发酵终点的判断u菌体浓度 在适合的生长速率下，发酵产物的产率与菌体浓度成正比关系。特别是初级代谢产物。菌体浓度过低，产物产率下降。菌体浓度过高，产生其他影响。措施：调节培养基中的营养物质

35、的浓度。u营养物质 碳源 氮源 磷酸盐：生长亚适量浓度 补料：半饥饿状态u温度 考虑菌种及生长阶段 综合考虑其他培养条件 考虑菌种生长情况发酵热upH 补加酸或碱和补料的方式u溶氧和CO2 溶氧异常下降 溶氧异常上升 措施？u泡沫 负面影响 措施u染菌 发酵前期染菌 发酵后期染菌u发酵终点的判断 提高产物的产量和经济效益 降低生产成本第五节第五节 生产实例生产实例u抗生素类抗生素类u氨基酸类氨基酸类u维生素类维生素类u其它有机物与医药中间体其它有机物与医药中间体一、抗生素的分类一、抗生素的分类按进行生产的微生物母体分：按进行生产的微生物母体分：（1）细菌生产的抗生素）细菌生产的抗生素短杆菌肽，

36、短杆菌肽短杆菌肽，短杆菌肽S、杆菌肽、多粘菌素杆菌肽、多粘菌素B。（2）霉菌生产的抗生素）霉菌生产的抗生素青霉素、灰黄霉素、甾青霉素、灰黄霉素、甾酸菌素。酸菌素。（3）放线菌生产的抗生素）放线菌生产的抗生素链霉素、氯霉素、金链霉素、氯霉素、金霉素、四环素、红霉素、螺旋霉素、利福霉素、卡霉素、四环素、红霉素、螺旋霉素、利福霉素、卡那霉素、交沙霉素、麦迪加霉素。那霉素、交沙霉素、麦迪加霉素。按化学结构分：按化学结构分：（1 1）-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素青霉素类、头孢菌素类。青霉素类、头孢菌素类。（2 2）氨基糖苷类）氨基糖苷类链霉素、新霉素、卡那霉素、庆链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素。大

37、霉素。（3 3）大环内酯类）大环内酯类红霉素、竹桃霉素、麦迪加霉素、红霉素、竹桃霉素、麦迪加霉素、制霉菌素。制霉菌素。（4 4）四环素类）四环素类土霉素、金霉素、四环素。土霉素、金霉素、四环素。（5 5）多肽类）多肽类杆菌肽、多粘菌素杆菌肽、多粘菌素B B二、发酵法可以生产的种类二、发酵法可以生产的种类 （1）青霉素）青霉素 （2）头孢菌素）头孢菌素（3）链霉素）链霉素 （4）卡那霉素）卡那霉素（5）庆大霉素）庆大霉素 （6）红霉素）红霉素（7）罗红霉素）罗红霉素 （8）麦迪霉素）麦迪霉素（9）乙酰螺旋霉素）乙酰螺旋霉素 （10）四环素）四环素（11）土霉素（氧四环素）土霉素（氧四环素）（12

38、）金霉素（氯四环素）金霉素（氯四环素）（13）林可霉素）林可霉素 （14）多粘菌素）多粘菌素（15）杆菌肽）杆菌肽三、生产和制造实例三、生产和制造实例（1 1）青霉素（）青霉素（penicillinpenicillin）青霉素发现者弗莱明青霉素发现者弗莱明菌种菌种：黄青霉菌：黄青霉菌原始材料原始材料：-氨基已二氨基已二酸、半胱氨酸、缬氨酸。酸、半胱氨酸、缬氨酸。发酵方法发酵方法：加前体物质：加前体物质的深层发酵法的深层发酵法。沙土管菌种沙土管菌种转移到固体琼脂斜面培养基上，转移到固体琼脂斜面培养基上，24培养培养5-6天，获得芽孢天，获得芽孢芽孢悬浮于无菌水中，进行摇瓶培养芽孢悬浮于无菌水中，

39、进行摇瓶培养进入移种瓶培养进入移种瓶培养进种子罐，接种量为进种子罐，接种量为5%-10%进繁殖罐，进繁殖罐，28培养培养48-96小时小时进入发酵罐，开始生产进入发酵罐，开始生产鼓式过滤鼓式过滤第一次萃取器第一次萃取器纯化柱纯化柱第二次萃取器第二次萃取器第三次萃取器第三次萃取器真空结晶釜真空结晶釜瓷过滤器瓷过滤器结晶洗涤釜结晶洗涤釜真空干燥器真空干燥器程序程序（1）使用消沫剂，由于发酵过程中产生大量的）使用消沫剂，由于发酵过程中产生大量的CO2，会产生，会产生大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处理。大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处理。（2）温度控制在）温度控制在

40、24 30、pH值控制在值控制在6.87.2。（3）应该注意控制残糖量、还原糖量、）应该注意控制残糖量、还原糖量、pH值、氨、氮、溶解值、氨、氮、溶解氧量。氧量。（4）发酵过程中要注意通气搅拌，所通入的空气必须是无菌）发酵过程中要注意通气搅拌，所通入的空气必须是无菌的。的。（5）发酵罐必须保持正压（）发酵罐必须保持正压（20 30kPa），以防罐外不洁净的），以防罐外不洁净的空气流入。空气流入。（6）目前国际上青霉素发酵的水平已经达到）目前国际上青霉素发酵的水平已经达到8万多单位万多单位/ml，相当于相当于50g/L。生产细则生产细则（2 2）链霉素）链霉素 （1）生产准备）生产准备（2）工艺

41、流程）工艺流程（3）生产细则）生产细则（1 1）生产准备）生产准备生产用菌种生产用菌种链霉菌、小单孢菌链霉菌、小单孢菌原始材料原始材料氨基酸、酵母氨基酸、酵母培养基培养基黄豆饼粉、糊精、淀粉、葡萄黄豆饼粉、糊精、淀粉、葡萄糖、碳酸钙、微量元素。糖、碳酸钙、微量元素。(2)工工艺艺流流程程 菌种菌种斜面培养斜面培养斜面种子斜面种子摇瓶培养摇瓶培养摇瓶种子摇瓶种子种子罐培养种子罐培养2-3级级种子培养液种子培养液发酵罐培养发酵罐培养发酵液发酵液过滤过滤滤液滤液阳离子交换树脂进行吸附交换阳离子交换树脂进行吸附交换饱和树脂饱和树脂洗脱洗脱洗脱液洗脱液脱色、脱盐、浓缩脱色、脱盐、浓缩成品浓缩液成品浓缩液

42、无菌过滤、干燥无菌过滤、干燥成品成品（3 3）生产细则）生产细则（1）发酵温度）发酵温度25 28。（2）采用间隙补料、或者流加补料的工艺。）采用间隙补料、或者流加补料的工艺。（3）发酵）发酵5-7天。天。（4）板框过滤）板框过滤离心分离离心分离离子交换精制离子交换精制喷雾干燥。喷雾干燥。（3 3）氨基酸类）氨基酸类L-赖氨酸赖氨酸L-苏氨酸苏氨酸L-苯丙氨酸苯丙氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸L-亮氨酸亮氨酸L-缬氨酸缬氨酸L-组氨酸组氨酸（4 4）维生素类）维生素类VCVAVD2VD3VB1VB2VB12VE（5 5）其它有机物与医药中间体）其它有机物与医药中间体柠檬酸柠檬酸乳酸乳酸葡萄糖酸葡萄糖酸醋酸醋酸乙醇乙醇丙酮丙酮甘油甘油思考题思考题p309：2、3、4补充：补充：1.微生物发酵类型有哪些？微生物发酵类型有哪些？2.什么是微生物的什么是微生物的生长曲线？阐述其特点。生长曲线？阐述其特点。术语解释：术语解释：原生质体融合原生质体融合 碳源碳源 氮源氮源 发酵热发酵热 自然选育自然选育 诱变选育诱变选育 分批发酵分批发酵 连续发酵连续发酵 117 结束语结束语