第5章发酵工程制药详解课件.ppt

1、李光勇手机：15266892046邮箱：获得目的基因获得目的基因目的基因的体目的基因的体外重组外重组培养工程菌培养工程菌（大肠杆菌）（大肠杆菌）构建表达系统构建表达系统（如大肠杆菌如大肠杆菌）产物分离纯化产物分离纯化除菌过滤除菌过滤半成品检定半成品检定包装包装成品检定成品检定基因工程药物制备的一般过程基因工程药物制备的一般过程发酵的相关概念发酵的相关概念 发酵发酵：传统发酵：传统发酵 生化和生理学意义的发酵生化和生理学意义的发酵 工业上的发酵工业上的发酵 传统发酵传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或：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。麦芽

2、汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。生化和生理学意义的发酵生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，：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，或者更严格分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出并放出CO2。工业上的发酵工业上的发酵：泛指利用微生物制造或生产某些产品：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程的过程 包括：厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等；包括：厌氧培养的生产过程

3、，如酒精，乳酸等；通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、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、酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。酶等。发酵工程发酵工程：利用微生物的特定性状，通过现代：利用微生物的特定性状，通过现代工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技工程技术在生物反应器中生产有用物质的一种技术体系。术体系。发酵工程制药发酵工程制药：利用微生物的特定性状，通过利用微生物的特定性状，通过化学工程在反应器内中生产生产药物的一种技术化学工程在反应器内中生产生产药物的一种技术体系。体系。发酵工程的发展简史发酵工程的发展

4、简史 1.自然发酵阶段。发酵技术有着悠久的历自然发酵阶段。发酵技术有着悠久的历 史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。、制酱、制奶酪等生产。2.纯培养技术的建立。纯培养技术的建立。3.深层通风培养技术的建立。深层通风培养技术的建立。4.代谢控制发酵技术的建立。代谢控制发酵技术的建立。5.固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程技术的建立。技术的建立。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大

5、的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。第一个转折点：第一个转折点：非食品工业非食品工业 第二个转折点：第二个转折点：青霉素青霉素抗菌素发酵工业抗菌素发酵工业 第三个转折点：第三个转折点：切断支路代谢切断支路代谢:酶的活力调酶的活力调控控,酶的合成调控酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏反馈控制和反馈阻遏),解解除菌体自身的反馈调节除菌体自身的反馈调节,突变株的应

6、用突变株的应用,前体前体、终产物、副产物等、终产物、副产物等 近代转折点：近代转折点：基因、动物、海洋基因、动物、海洋发酵工程的现状及发展前景发酵工程的现状及发展前景 在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的5%。在医。在医药产品中，发酵产品的产值占药产品中，发酵产品的产值占20%。在医药、食品、化工。在医药、食品、化工、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的用。、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的用。目前，全球发酵产品的年销售额在目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元左右，并以亿美元左右，并以每年约每年约78的速率增长。的速率增长。

7、我国发酵行业生产企业有我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产多家，主要发酵产品的年产值高达值高达1300亿元。亿元。发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力 发发 酵酵 工工 程程 利用微生物进行产品生产利用微生物进行产品生产抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、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、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等生物农药、生物肥料等医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品基因工程药物、疫苗

8、及抗体产品基因工程菌发酵基因工程菌发酵4.简单浏览下第5章内容，并概括下你所认为的主要内容。2.简单浏览下第13页内容，回答发酵工程的组成与内容？3.简单浏览下第13-14页内容，回答发酵工程的特点及发酵工艺？1.简单浏览下第13页内容，整理下发酵、工业发酵、发酵工艺、发酵工程的关系？第第5 5章章 发酵程制药发酵程制药第第1 1节节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础一、微生物发酵生产的药物一、微生物发酵生产的药物二、发酵制药工业中的的微生物二、发酵制药工业中的的微生物第第2 2节节 微生物制药发酵工艺微生物制药发酵工艺第第3 3节节 微生物发酵工艺过程的控制微生物发酵工艺过程的控制结合微生物

9、学和生物化学，浅谈结合微生物学和生物化学，浅谈了发酵制药工业的理论基础了发酵制药工业的理论基础第一节第一节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础1.1.发酵工艺设计的关键技术是对微生物发酵工艺设计的关键技术是对微生物代谢调控代谢调控的研究，因在发酵制药中，微生物是药的研究，因在发酵制药中，微生物是药物的物的生源生源。2.2.通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生物的特点及营养需求。物的特点及营养需求。一、一、微生物发酵生产的药物微生物发酵生产的药物1.1.问题：微生物发酵生产的药物分为几类

10、，并说出各类的一种药物名称？问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？二、二、发酵制药工业中的微生物发酵制药工业中的微生物（一）（一）常用制药微生物的种类常用制药微生物的种类1.1.制药微生物的营养需求制药微生物的营养需求2.2.制药微生物的选育和菌种保藏制药微生物的选育和菌种保藏 微生物：指形体微小微生物：指形体微小(小于小于0.1mm)，结构简单，在，结构简单，在适宜环境中能迅速生长繁殖，易变异，通常要借助显适宜环境中能迅速生长繁殖，易变异，通常要借助显微镜才能看清楚的生物。目前已经知道的微生物约有微镜才能看清楚的生物。目前已经知道的微生物约有10万种万种，分布在以下各

11、界中：，分布在以下各界中：原核生物界原核生物界：例如细菌、放线菌、蓝藻：例如细菌、放线菌、蓝藻真菌界真菌界：例如酵母菌、霉菌、大型真菌：例如酵母菌、霉菌、大型真菌原生生物界原生生物界：例如草履虫、变形虫、衣藻：例如草履虫、变形虫、衣藻病毒病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒、噬菌体：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒、噬菌体常见的药用微生物常见的药用微生物1、放线菌、放线菌介于细菌和真菌之间的一类微生物介于细菌和真菌之间的一类微生物放线菌的形态放线菌的形态：放线菌的结构放线菌的结构 常见放线菌：常见放线菌：连霉菌属连霉菌属 链霉素、金霉素、四环素链霉素、金霉素、四环素诺卡氏菌属诺卡氏菌属 利福霉素利福

12、霉素小单孢菌属小单孢菌属 庆大霉素庆大霉素游动放线菌属游动放线菌属 创新霉素创新霉素产生抗生素最多产生抗生素最多的一类微生物的一类微生物2、真菌、真菌 伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素，伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素，无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛，有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛，以寄生或腐生方式存在。以寄生或腐生方式存在。代谢产物代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱直接入药直接入药：冬

13、虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝等等常见真菌：常见真菌：藻状菌纲：根霉藻状菌纲：根霉-生产甾体激素、延胡索素生产甾体激素、延胡索素及酶制剂及酶制剂子囊子囊菌纲菌纲：酵母菌属：酵母菌属担子菌纲：灵芝担子菌纲：灵芝半知菌纲半知菌纲:曲霉属、青霉属、头孢菌属曲霉属、青霉属、头孢菌属3、细菌、细菌 细菌的形态：球形、杆形、螺旋形细菌的形态：球形、杆形、螺旋形螺旋菌螺旋菌球菌球菌杆菌杆菌细菌的代谢类型与在生态系统中处于的地位细菌的代谢类型与在生态系统中处于的地位?异养需氧型异养需氧型异养厌氧型异养厌氧型自养需氧型自养需氧型自养厌氧型自养厌氧型分解者或消费者分解者或消费者生

14、产者生产者细菌的菌落：细菌的菌落：单个或者少数细菌在固体培养基上大量单个或者少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群体。形态结构的子细胞群体。第一节第一节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础1.1.发酵工艺设计的关键技术是对微生物发酵工艺设计的关键技术是对微生物代谢调控代谢调控的研究，因在发酵制药中，微生物是药的研究，因在发酵制药中，微生物是药物的物的生源生源。2.2.通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生物

15、的特点及营养需求。物的特点及营养需求。一、一、微生物发酵生产的药物微生物发酵生产的药物1.1.问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？二、二、发酵制药工业中的微生物发酵制药工业中的微生物（一）（一）常用制药微生物的种类常用制药微生物的种类1.1.制药微生物的营养需求制药微生物的营养需求2.2.制药微生物的选育和菌种保藏制药微生物的选育和菌种保藏第一节第一节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础1.1.制药微生物的营养需求制药微生物的营养需求培养基的定义、成份培养基的定义、成份 培养基（培养基（culture med

16、iumculture medium）：是人工）：是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。谢产物的营养基质。主要成分：主要成分：碳源、氮源、无机盐、生碳源、氮源、无机盐、生长因子、前体、水长因子、前体、水1、碳源、碳源 作用：提供微生物菌种的生长繁殖所需作用：提供微生物菌种的生长繁殖所需的的能源能源和合成菌体所必需的和合成菌体所必需的碳成分碳成分来源来源：糖类、油脂、有机酸、正烷烃糖类、油脂、有机酸、正烷烃工业上常用的糖类：葡萄糖、蜜糖工业上常用的糖类：葡萄糖、蜜糖2、氮类、氮类 作用：氮源主要用于构成菌体细胞物质作用：氮源主要用于构成菌体细胞

17、物质（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。（氨基酸，蛋白质、核酸等）和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无常用的氮源可分为两大类：有机氮源和无机氮源。机氮源。（1）无机氮源：）无机氮源：常用：硫酸铵、硝酸钠常用：硫酸铵、硝酸钠特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓特点：微生物对它们的吸收快，所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起引起pH的变化如：的变化如：(NH4)2SO4 2NH3+2H2SO4 NaNO3+4H2 NH3+2H2O+NaOH 无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下无机氮源被菌体作为氮源利用后，培

18、养液中就留下了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质生理酸性物质，如硫酸胺，如硫酸胺，若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生生理碱性物质理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。有积极作用。所以选择合适的无机氮源有两层意义：所以选择合适的无机氮源有两层意义：满足菌体生长满足菌体生长 稳定和调节发酵过程中的稳定和调节发酵过程

19、中的pH（2）有机氮源）有机氮源来源来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄原料，花生饼粉、黄豆饼粉豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、玉米蛋白粉、牛肉膏牛肉膏、蛋白胨蛋白胨、酵母粉酵母粉、鱼粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。成分复杂成分复杂：除提供氮源外，有些有机氮源还提：除提供氮源外，有些有机氮源还提供大量的无机盐及生长因子供大量的无机盐及生长因子例例 玉米浆玉米浆：可溶性蛋白、生长因子（生物可溶性蛋白、生长因子（生物素）、苯乙酸素）、苯乙酸 较多的乳酸硫、磷、微量元较多的乳酸硫、

20、磷、微量元素等素等工业常工业常用用实验室实验室常用常用3、无机盐的微量元素、无机盐的微量元素1、作用：各种不一样、作用：各种不一样2、来源：来源：C、N源，以盐的形式补充源，以盐的形式补充3、用量：根据具体的产品，以实验决定用量：根据具体的产品，以实验决定4、使用注意点使用注意点A.对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子和 微量元素在发酵过程中必须加以考虑微量元素在发酵过程中必须加以考虑例：铁离子例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20g/ml 发酵罐必须进行表面处理发酵罐必须进行表面处理B、使用时注意盐的

21、形式（、使用时注意盐的形式（pH的变化）的变化）例例：黑曲酶黑曲酶NRRL-330,生产生产-淀粉酶，淀粉酶，PH对酶活的影响对酶活的影响 pH 酶活酶活不加不加 4.25 120分钟分钟加加 K2HPO4 5.45 30分钟分钟加加 KH2PO4 4.62 75分钟分钟4、生长因子、前体和产物促进剂、生长因子、前体和产物促进剂（1）生长因子：）生长因子：通常指那些微生物生长所必需而通常指那些微生物生长所必需而且需要量很小，但微生物自身不能合成或且需要量很小，但微生物自身不能合成或 合成合成量不足以满足机体生长需要的有机化合物。量不足以满足机体生长需要的有机化合物。广义广义说，凡是微生物生长不

22、可缺少的微量有机物质都说，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质都称为生长因子称为生长因子(又称生长素又称生长素)，包括氨基酸、嘌呤、，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等；嘧啶、维生素等；狭义狭义说，生长素仅指维生素。说，生长素仅指维生素。与微生物有关的维生素主要是与微生物有关的维生素主要是B族维生素，这族维生素，这些维生素是各种酶的活性基的组成部分，没有它些维生素是各种酶的活性基的组成部分，没有它们，酶就不能活动。们，酶就不能活动。凡是缺少合成生长素类物质的微生物凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少即缺少了合成生长素过程中的某种酶了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷，统称为营养缺陷型

23、。型。前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中合成到物在生物合成过程中合成到产物产物物分子中去，而其自身的结物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。的提高。（2）前体）前体青霉素：分子量青霉素：分子量356苯乙酸苯乙酸:分子量分子量136作用作用：前体有助于提高产量和组份：前体有助于提高产量和组份用量用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题率的问题例：例：600

24、0单位单位/ml的青霉素的青霉素G,需要多少苯乙酸需要多少苯乙酸 青霉素青霉素6000*0.6（微克）（微克）36mg/ml 苯乙酸（苯乙酸（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%实际使用时的转化率在实际使用时的转化率在46-90%之间之间 例某厂单耗为：例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素）亿青霉素）转化率为：转化率为：13.8/(0.337/0.6)*36=68%用法用法：前体使用时普遍采用流加的方法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加苯乙酸，一般基础料中仅

25、仅添加0.07%前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化，流加也有利于提高前提的转化率流加也有利于提高前提的转化率（3）产物促进剂）产物促进剂 所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方促进剂提高产量的机制还不完全清楚，其原因是多方面的。面的。有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂本身是酶的诱导物；有些促进剂是表面活性剂，可改善细胞的透性，改善有些促进剂是表面活性

26、剂，可改善细胞的透性，改善 细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，细胞与氧的接触从而促进酶的分泌与生产，也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；也有人认为表面活性剂对酶的表面失活有保护作用；有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。（5）水）水 对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在对于发酵工厂来说，恒定的水源是至关重要的，因为在不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。不同水源中存在的各种因素对微生物发酵代谢影响甚大。水源质量的主要考虑参数包括水源质量的主要考虑参数包括pH值、溶解氧、可溶值、溶解氧、可溶性固体、污染程

27、度以及矿物质组成和含量。性固体、污染程度以及矿物质组成和含量。对于酿造行业，水的重要性不言而喻对于酿造行业，水的重要性不言而喻对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的对于常规发酵，可靠、持久，能提供大量成分一致清洁的水。水。培养基的类型培养基的类型液体用 途化学成分物理性质作 用类 型分类依据半固体固体合成天然孢子培养基种子培养基发酵培养基 工业生产 观察微生物的运动、鉴定菌种的分离、计数分类、鉴定工业生产供菌种繁殖孢子提供大量优质的菌体累积代谢产物固体培养基固体培养基半固体培养基半固体培养基液体培养基液体培养基发酵培养基的要求：发酵培养基的要求：培养基能够满足产物最经济的合成。培养

28、基能够满足产物最经济的合成。发酵后所形成的副产物尽可能的少。发酵后所形成的副产物尽可能的少。培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且培养基的原料应因地制宜，价格低廉；且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的大规模储藏，能保证生产上的 供应。供应。所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，所选用的培养基应能满足总体工艺的要求，如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等。等。合成培养基合成培养基 :原料其化学成分明确、稳定原料其化学成分明确、稳定 适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化适合于研究菌种基本代谢

29、和过程的物质变化规律培养基营养单一，价格较高，不适合用规律培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产于大规模工业生产 天然培养基天然培养基：采用天然原料：采用天然原料 原料来源丰富原料来源丰富(大多为农副产品大多为农副产品)、价格低廉、价格低廉、适于工业适于工业 化生产；原料质量等方面不加控制化生产；原料质量等方面不加控制会影响生产稳定性会影响生产稳定性 培养大肠杆菌常用两种培养基培养大肠杆菌常用两种培养基：M培养基培养基(1L)：Na2HPO4 6g，KH2PO4 3g，NaCl 0.5g，NH4Cl 1g，MgSO4.7H2O 0.5g，CaCl2 0.011g，葡萄糖，葡萄糖 2

30、-10,pH 7.0 YPS培养基培养基：酪蛋白胨：酪蛋白胨10g，酵母提取物（英国，酵母提取物（英国Oxoid）5g,NaCl 10g，PH 7.2 固体培养基固体培养基:适合于菌种和孢子的培养和保存，适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产木耳等的生产 半固体培养基半固体培养基:即在配好的液体培养基中加入少即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为量的琼脂，一般用量为0.5%0.8%,主要用于主要用于微生物的鉴定。微生物的鉴定。液体培养基液体培养基:80%90%是水，其中配有可溶性是水，其中配有可溶性的

31、或不溶性的或不溶性 的营养成分，是发酵工业大规模使的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。用的培养基。培养条件培养条件1.温度温度 2.pH值值 3.氧氧4.种龄种龄5.接种量接种量1、温度、温度 通常在生物学范围内每升高通常在生物学范围内每升高1010，生，生长速度就加快一倍，所以温度直接影响酶长速度就加快一倍，所以温度直接影响酶反应，对于微生物来说，温度直接影响其反应，对于微生物来说，温度直接影响其生长和合成酶。生长和合成酶。机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对机体的重要组成如蛋白质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的增高有可能遭受温度较敏感，随着温度的增高有可能遭受不可逆的破坏。不可逆的破

32、坏。微生物可生长的温度范围较广，总体微生物可生长的温度范围较广，总体说在说在-10-109595。2、pH值值 培养基中的培养基中的pHpH值与微生物生命活动有着密切值与微生物生命活动有着密切关系，各种微生物有其可以生长的和最适生长的关系，各种微生物有其可以生长的和最适生长的pHpH范围。范围。微生物通过其活动也能改变环境的微生物通过其活动也能改变环境的pHpH值。值。发酵过程中，控制发酵液的发酵过程中，控制发酵液的pHpH值是控制生产的值是控制生产的指标之一，指标之一，pHpH值过高、过低都会影响微生物的生值过高、过低都会影响微生物的生长繁殖以及代谢产物的积累。长繁殖以及代谢产物的积累。控制

33、控制pHpH值不但可以保证微生物良好的生长，而值不但可以保证微生物良好的生长，而且可以防止杂菌的污染且可以防止杂菌的污染 一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pHpH转移，转移，高氮源培养基倾向于向碱性高氮源培养基倾向于向碱性pHpH转移，这都跟碳氮转移，这都跟碳氮比直接有关。比直接有关。微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能量的代谢方面的差异。好气性菌主要是有氧呼吸量的代谢方面的差异。好气性菌主要是有氧呼吸或氧化代谢，厌气菌为厌气发酵或氧化代谢，厌气菌为厌气发酵(分子间呼吸分子间呼吸)，兼性厌气菌则两者兼而有之。兼性厌气菌

34、则两者兼而有之。不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通风量的要求也不相同。通风量的要求也不相同。通风和搅拌通风和搅拌-搅拌搅拌则能使新鲜氧气更好则能使新鲜氧气更好地与培养液混合，保证氧的最大限度溶解，并且地与培养液混合，保证氧的最大限度溶解，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温度一致，还有搅拌有利于热交换，使培养液的温度一致，还有利于营养物质和代谢物的分散。此外，挡板则有利于营养物质和代谢物的分散。此外，挡板则有助于搅拌，使其效果更好。助于搅拌，使其效果更好。3、氧、氧4、种龄与接种量、种龄与接种量 种子培养期应取菌种的对数生长期为宜，菌种过种子培养期应取

35、菌种的对数生长期为宜，菌种过嫩或过老，不但延长发酵周期，而且会降低产量。嫩或过老，不但延长发酵周期，而且会降低产量。接种量的大小直接影响发酵周期。大量地接入培接种量的大小直接影响发酵周期。大量地接入培养成熟的菌种的优点：养成熟的菌种的优点：1.1.可以缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，可以缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率，提高了设备利用率，2.2.节约了发酵培养的动力消耗，节约了发酵培养的动力消耗，3.3.并有利于减少染菌机会并有利于减少染菌机会 一般都将菌种扩大培养，进行两级发酵或三级发一般都将菌种扩大培养，进行两级发酵或三级发酵。接种量和培养物的生长过程的

36、延缓期长短呈反比。酵。接种量和培养物的生长过程的延缓期长短呈反比。接种量过多也无必要。因培养种子费时，而且过多地接种量过多也无必要。因培养种子费时，而且过多地移人代谢废物，反而会影响正常发酵。移人代谢废物，反而会影响正常发酵。第一节第一节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础1.1.发酵工艺设计的关键技术是对微生物发酵工艺设计的关键技术是对微生物代谢调控代谢调控的研究，因在发酵制药中，微生物是药的研究，因在发酵制药中，微生物是药物的物的生源生源。2.2.通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微生通过对微生物代谢规律的理解来学习微生物药物的合成，并了解制药工业中常用微

37、生物的特点及营养需求。物的特点及营养需求。一、一、微生物发酵生产的药物微生物发酵生产的药物1.1.问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？问题：微生物发酵生产的药物分为几类，并说出各类的一种药物名称？二、二、发酵制药工业中的微生物发酵制药工业中的微生物（一）（一）常用制药微生物的种类常用制药微生物的种类1.1.制药微生物的营养需求制药微生物的营养需求2.2.制药微生物的选育和菌种保藏制药微生物的选育和菌种保藏第一节第一节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础2.2.制药微生物的选育和菌种保藏：菌种选育在发酵工程制药内及其重要，是确保正常生制药微生物的选育和菌种保藏：菌种选育在

38、发酵工程制药内及其重要，是确保正常生产的关键。药物高产菌株或分泌新型特效药物菌株的选育包括了产的关键。药物高产菌株或分泌新型特效药物菌株的选育包括了自然选育自然选育和和人工选育人工选育两种方法，后者又分为两种方法，后者又分为诱变育种诱变育种、杂交育种杂交育种和和基因工程育种基因工程育种等方法。等方法。自然选育自然选育 以采集土壤为主。一般园田土和耕作以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽土中，以细菌和放线菌为主，富过的沼泽土中，以细菌和放线菌为主，富含碳水化合物的土壤和沼泽地中，酵母和含碳水化合物的土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果生长区和果园内。霉菌较多，如一些野果生长区和果园内。

39、采样的对象也可以是植物，腐败物品，某采样的对象也可以是植物，腐败物品，某些水域等。些水域等。采集对象：采集对象：诱变育种诱变育种 以微生物的自然变异作为基础的生产选种的机率并不很高，一个基因的自然突变频率仅10-610-10左右。诱变育种：以诱发突变为基础的育种，是迄今为止国内外提高菌种产量、性能的主要手段。诱变物理、化学或生物诱变方法物理、化学或生物诱变方法诱变剂和诱变处理诱变剂和诱变处理p物理诱变剂：射线如紫外线、X射线、射线，快中子；p物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外线。许多高产菌株的选育都用过紫外线，对于一般实验室、中小型工厂都适用，也很安全。p其他的几种射线都是电离性质

40、的，有一定的穿透力，一般都由专业人员在专门的设备中使用，否则有一定危险性。p化学诱变剂：化学因子如碱基类似物、5氟尿嘧啶、烷化剂等。化学诱变剂中使用最多、最有效的是烷化剂。使用化学诱变剂的优缺点：(1)大多数情况下，就突变数量而言，要比电离辐射 更有效。(2)化学诱变剂是很经济的，因为只需要少量的合适的诱变剂，设备是实验室的一般玻璃器皿，一个蒸气罩。而用电离辐射行工作时，设备费用大，并要注意安全性。(3)大部分诱变剂是致癌剂，所以在使用中必须非常谨慎，要避免化学诱变剂与皮肤接触，且切勿吸入其蒸气，有人对某些诱变剂极其敏感，甚至未直接接触就会过敏，这就更要当心。诱变育种步骤诱变育种步骤出发菌株的

41、选择处理菌悬液的制备诱变处理中间培养分离和筛选菌种保存：菌种保存：1.斜面低温保藏法斜面低温保藏法2.石蜡油封存法石蜡油封存法3.砂土管保藏法砂土管保藏法4.曲法保藏法曲法保藏法5.甘油悬液保藏法甘油悬液保藏法6.冷冻真空干燥保藏法冷冻真空干燥保藏法7.液氮超低温保藏法液氮超低温保藏法8.宿主保藏法宿主保藏法参考表5-1 常用菌种保藏法比较p79第第5 5章章 发酵程制药发酵程制药第第1 1节节 发酵工程制药基础发酵工程制药基础一、微生物发酵生产的药物一、微生物发酵生产的药物二、发酵制药工业中的的微生物二、发酵制药工业中的的微生物第第2 2节节 微生物制药发酵工艺微生物制药发酵工艺第第3 3节

42、节 微生物发酵工艺过程的控制微生物发酵工艺过程的控制以化学工程学为基础，简要介绍以化学工程学为基础，简要介绍了发酵制药的工艺流程、操作方了发酵制药的工艺流程、操作方式以及一些重要药物的工艺路线式以及一些重要药物的工艺路线 人工培养的微生物，通过体内的特定酶系，经过复杂的生物化学反应过程和代谢作用，最终合成人们所需要的药物如抗生素、氨基酸、有机物、维生素。这种方法称为微生物细胞工程。四川抗生素研究所第二节第二节 微生物制药发酵工艺微生物制药发酵工艺发酵的流程：发酵的流程：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

43、、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菌种选育菌种选育微生物发酵的工艺学原理微生物发酵的工艺学原理（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 3点点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1、分批培养、分批培养的定义的定义 分批培养是一种间歇式的培养方法，在每一批次的培养过程中，不再加入其它营养物料。待生物反应进行到一定程度之后，将全部培养液倒出、进行后道工序的处理。为了提高生

44、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。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子再转入到大型生物反应器中分批培养的设备要求较少操作也较简单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4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，（2）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。3、静止期、静止期随着营养物质被逐渐消耗、细胞的生长速率

45、开始下降，最终细胞浓度不再增加，称为静止期。2、指数生长期、指数生长期细胞的倍增时间指细胞浓度增长一倍所需要的时间。微生物的倍增时间一般为0.51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5种影响因素：（1）营养物质浓度）营养物质浓度（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-当某一种营养物质的浓度超过一定程度之后，也

46、会对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，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，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。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，而在后期则常常将温度转到最佳的生产温度，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，中温菌，高温菌。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。（2）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

47、。（4）在大规模生产时可以节约冷却水、同时能够减少动力消耗。发酵温度调控技术发酵温度调控技术（3）PH值值 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。乳酸菌、醋酸菌对于低PH值环境有着很好的耐受性。（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 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原材料。因此，在实际生产过程中要设法定期收集细胞的代谢产物（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

48、优缺点 2、连续培养法的分类、连续培养法的分类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。（2）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加（2）长时期进行连续培养，细胞发生变异、质粒丢失、基因突变、（3）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3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=培养之后的物

49、料抽出速率。这种培养方法称为单级连续培养法。在单级连续培养方法之中，发酵液体积保持恒定，生物反应器中各组分分布均匀。单级连续培养是一种最简单的连续培养方法。（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。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器的流入液，这种培养方式就称为多级连续培养法。细菌连续培养

50、的设备简化示图细菌连续培养的设备简化示图（三）其它培养方法（三）其它培养方法 共有5种方法：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 下面着重介绍1、2 二种方法1、补料分批培养、补料分批培养 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，向生物反应器中加入营养物质进行补料，但同时不取出培养液的方法。（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，到一定时间之后，再将