3第三章发酵工程制药.ppt

生物制药工艺学
第三章发酵工程制药
第一节发酵工程制药概述
发酵的概念
发酵的原始含义
发酵最初来自拉丁语“发泡”一词,是指果汁或麦芽谷物受酵母菌作用产生CO2的现象。
巴斯德研究酒精发酵之后提出发酵是酵母菌在无氧状态下呼吸产生能量的过程,产生的能量可供酵母菌生存,并在产能的过程中得到产物即酒精和CO2。
工业微生物中发酵的含义
目前应用微生物工业把发酵由微生物扩大到植物、动物,因此工业微生物学家将所有通过微生物或其他生物细胞(动、植物细胞)或经过生物工程改造了的“工程菌”的培养来制备工业产品或转化某些物质的过程,统称为发酵。
微生物的发酵
发酵的类型
以发酵产品的类型分类




微生物发酵的一般工艺
微生物发酵的一般工艺也就是利用深层培养,进行微生物发酵生产所需要产品的过程。微生物发酵一般分发酵与提取2个阶段。其生产的一般工艺流程如下。
培养发酵:
发酵液预处理
固液分离
微生物发酵的一般工艺(示意图)
微生物发酵的一般工艺
发酵阶段
发酵阶段是指微生物菌种在适宜的培养液内,在一定的培养条件下,微生物生长繁殖,生物合成所需产物的过程。
(1)菌种
发酵所用的菌种都是从自然界分离、纯化及选育后获得的。这些菌种通常采用砂土管或冷冻干燥管保存。要经常进行菌种选育工作,用人工方法加以纯化和育种,才能保持菌种的优良性状不变。菌种制备的整个过程要保持严格的无菌状态。
(2)孢子制备
孢子制备就是将保藏的菌种进行培养,制备大量孢子供下一步被种子使用。需氧发酵制备孢子一般是在摇瓶内进行,通过振荡,外界空气与培养液进行自然交换获得氧气。所用的培养基要含有生长因子和微量元素,且碳源或氮源不宜过多,从而保证生产大量的孢子。此外,还要严格控制培养基的pH、培养温度、培养时间等条件。
(3)种子制备
种子制备是使有限数量的孢子萌发、生长、繁殖产生足够量的菌丝体,供发酵培养所用。在种子罐内微生物菌丝大量生长、繁殖,因而缩短了下一步发酵罐内菌丝生长的时间。种子罐中的培养液要尽可能与发酵液一致。而且要有易吸收的碳源和氮源。
微生物发酵的一般工艺
提取阶段
发酵结束后,只有对发酵液中的产物通过一系列物理、化学方法进行分离、提取及精制,如下图所示。才能得到合乎规定的纯品,此为微生物发酵的提取阶段。
(1)发酵液预处理
多数发酵产品如抗生素存在于发酵液内,有些存在于菌丝内。发酵液预处理包括除去发酵液内的杂质离子(Ca2+、Mg2+、Fe3+等)以及蛋白质,并利用板框压滤机,使菌丝与滤液分开,便于进一步提取。
(2)提取与精制
提取方法是根据产品的理化性质决定的。目前常用的提取方法有吸附法、溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法。
(3)成品检验
经过发酵与提取得到的成品,应根据药典标准进行检测,检测的项目根据产品的性质而定。如抗生素一般要进行效价测定、毒性试验、无菌试验、热原质试验、水分测定等。
(4)成品分装
生产的成品一般是大包装的原料药,以供制剂厂进行小包装或制剂加工,也有一些工厂在无菌条件下用自动分装机械进行小瓶分装。
发酵产品的分离纯化工艺简图
影响微生物发酵的因素
影响发酵的因素有培养基成分、pH值、温度、含氧量、泡沫(空气通入后经搅拌形成大量泡沫,应及时用消沫剂消除)及杂菌和噬菌体的污染等。它们互相影响,互相制约,对每一个环节都应严格要求。尤其要注意无菌操作,防止杂菌和噬菌体的污染。
一发酵工程制药的研究范畴

根据抗生素的化学结构分类
(1)β-内酰胺类抗生素如青霉素类、头孢霉素类及其衍生物。
(2)氨基糖苷类抗生素如链霉素、卡那霉素。
(3)大环内酯类抗生素如红霉素、麦迪霉素等。
(4)四环素类抗生素如四环素、金霉素、土霉素等。
(5)多肽类抗生素多黏菌素、杆菌肽等。