7.發(fā)酵工程制藥.ppt

發(fā)酵工程制藥,第一節(jié)概述,又稱微生物工程，是利用微生物制造工業(yè)原料與工業(yè)產(chǎn)品并提供服務(wù)的技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程已形成完整的工業(yè)體系，包括抗生素、氨基酸、維生素、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、多糖、酶制劑、單細(xì)胞蛋白、基因工程藥物、核酸類物質(zhì)及其他生物活性物質(zhì)等的生產(chǎn)。,發(fā)酵工程,利用微生物技術(shù)，通過高度工程化的新型綜合技術(shù)，以利用微生物反應(yīng)過程為基礎(chǔ)，依賴于微生物機(jī)體在反應(yīng)器內(nèi)的生長繁殖及代謝過程來合成一定產(chǎn)物，通過分離純化進(jìn)行提取精制，并最終制劑成型來實(shí)現(xiàn)藥物產(chǎn)品的生產(chǎn)。,發(fā)酵工程制藥的定義,發(fā)酵工程的4個(gè)階段,第一階段1676年制成第一臺(tái)顯微鏡微生物的存在1857年巴斯德證明了酒精是由活的酵母發(fā)酵引起的1897年畢希納發(fā)現(xiàn)磨碎的酵母仍使糖發(fā)酵形成酒精酶,第二階段對發(fā)酵技術(shù)的認(rèn)識(shí)起始于19世紀(jì)末，主要來自于厭氧發(fā)酵，如利用酵母菌、乳酸菌生產(chǎn)酒精、乳酸和各種發(fā)酵食品。,第三階段20世紀(jì)40年代初，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，青霉素迅速工業(yè)大規(guī)摸生產(chǎn)。深層培養(yǎng)、生產(chǎn)大規(guī)?；⒍喾N抗生素、氨基酸、核酸發(fā)酵成功。,第四階段20世紀(jì)50年代，利用代謝調(diào)控發(fā)酵氨基酸、核酸。20世紀(jì)70年代，利用固定化酶或細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵。20世紀(jì)80年代，基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞融合技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用階段。,Fermentationengineering,上游工程UPSTREAMPROCESSES,下游工程DOWNSTREAMPROCESSES,發(fā)酵工程組成從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程,UPSTREAMPROCESSES-genetics,cell-inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization-inoculation,上游工程,Fermentationengineering,DOWNSTREAMPROCESSES-productextraction,purification&assay-wastetreatmentbyproductrecovery,下游工程,Fermentationengineering,1、微生物菌體的發(fā)酵,SCP、藥用真菌（冬蟲夏草、茯苓等）生物防治制劑（如蘇云金桿菌）活性乳制劑,細(xì)胞的生長與產(chǎn)物的積累成平行關(guān)系，生長速率最大的時(shí)期也是產(chǎn)物合成最高階段。,微生物發(fā)酵類型,2、微生物酶發(fā)酵,各種酶制劑：糖化酶、-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等天冬酰胺酶：抗癌納豆激酶、鏈激酶：治療血栓青霉素?；福呵嗝顾厣a(chǎn),需要誘導(dǎo)或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需注意。,3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵,初級代謝產(chǎn)物：與菌體生長相伴隨的產(chǎn)物、對菌體生長、分化和繁殖是必須的氨基酸、核苷酸、維生素、糖類等菌體對其合成反饋控制嚴(yán)密，一般不過量積累,次級代謝產(chǎn)物：與菌體生長不相伴隨，以初級代謝的中間產(chǎn)物為原料而合成抗生素、生物堿、毒素、色素、胞外多糖等結(jié)構(gòu)常較復(fù)雜對環(huán)境條件敏感,4、微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵,利用微生物細(xì)胞的一種或幾種酶，對外源化合物的特定部位進(jìn)行加工，如加入羥基、還原雙鍵、脫氧或切斷支鏈等。,反應(yīng)最顯著的特點(diǎn)是特異性強(qiáng)，包括反應(yīng)特異性、結(jié)構(gòu)位置特異性、立體特異性。,如：甾體轉(zhuǎn)化,可的松（Cortisone）,發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用,產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，活性物質(zhì)，特殊化學(xué)品和食品添加劑。,發(fā)酵工業(yè)簡介發(fā)酵食品有機(jī)酸氨基酸核酸類物質(zhì)酶制劑醫(yī)藥工業(yè)（抗生素）飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白）環(huán)境工程（廢物處理）其它（冶金工業(yè)）,FermentationIndustryFermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry),藥用發(fā)酵產(chǎn)品分類,生物來源,作用對象,作用機(jī)制,化學(xué)結(jié)構(gòu),細(xì)菌真菌放線菌,抗菌藥抗腫瘤藥抗病毒藥除草劑酶抑制劑免疫調(diào)節(jié)劑,抑制細(xì)胞壁合成藥影響細(xì)胞膜功能藥干擾蛋白質(zhì)合成藥抑制核酸合成藥抑制生物能量反應(yīng)藥,抗生素維生素氨基酸核苷酸甾體激素酶及酶抑制劑,發(fā)酵工程制藥的特點(diǎn),微生物菌種選育獲得高產(chǎn)發(fā)酵的理論產(chǎn)量存在約10%的變量發(fā)酵過程常溫常壓，操作條件溫和純種培養(yǎng)、無菌條件生產(chǎn)過程是以生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行的分子水平生產(chǎn)，定向發(fā)酵、突變、雜交等手段投資少、見效快,發(fā)展趨勢,利用DNA重組技術(shù)和細(xì)胞工程技術(shù)的發(fā)展、新的工程菌和新型微生物的開發(fā)新型的生理活性多肽和蛋白質(zhì)類藥物：干擾素、白介素促紅細(xì)胞生成素等；新型菌體制劑和疫苗。,紅細(xì)胞生成素(治療貧血)生長激素(促進(jìn)生長)胰島素(治療糖尿病)干擾素(抗病毒、抗腫瘤),第二節(jié)發(fā)酵制藥中的微生物,常見的制藥用微生物,細(xì)菌放線菌真菌,細(xì)菌之大腸桿菌屬(Escherichiacoli),生產(chǎn)天冬氨酸、蘇氨酸、纈氨酸等氨基酸類藥物基因工程的載體,細(xì)菌之短桿菌屬(Brevibacterium),維生素B12、氨基酸、核苷酸類藥物生產(chǎn)中常用的菌種，也是酶法合成生產(chǎn)輔酶A的菌種。,細(xì)菌之棒狀桿菌屬(Corynebacterium),生產(chǎn)氨基酸、核苷酸類藥物，用于甾體轉(zhuǎn)化是谷氨酸和其他氨基酸的高產(chǎn)菌，如北京棒桿菌AS1.299鈍齒棒桿菌AS1.542,細(xì)菌之芽孢桿菌屬(Bacillus),生產(chǎn)氨基酸、核苷酸、抗生素類、維生素B12用于甾體轉(zhuǎn)化等,細(xì)菌之假單胞菌屬(Pseudomonas),生產(chǎn)維生素B12、氨基酸、核苷酸類進(jìn)行類固醇（甾體）轉(zhuǎn)化有些菌株可利用烴類生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白,細(xì)菌之乳酸桿菌屬(Lactobacillus),生產(chǎn)抗癌類藥物,放線菌,抗生素12000余種，60%左右來自放線菌，經(jīng)濟(jì)價(jià)值大。,放線菌之鏈霉菌屬(Streptomyces),灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)產(chǎn)鏈霉素金霉素鏈霉菌(Streptomycesaureofaciens)產(chǎn)金霉素紅霉素鏈霉菌(Streptomyceserythreus)產(chǎn)紅霉素龜裂鏈霉菌(Streptomycesrimosus)產(chǎn)土霉素,放線菌之諾卡氏菌屬(Norcadia),生產(chǎn)利福霉素、蚊霉素等。,放線菌之小單胞菌屬(Micromonospora),多種可產(chǎn)抗生素，如棘孢小單胞菌(M.echinospora)產(chǎn)慶大霉素。,真菌之根霉屬(Rhizopus),生產(chǎn)甾體激素、延胡索酸及酶制劑等。,真菌之曲霉屬(Aspergillus),生產(chǎn)枸櫞酸、葡萄糖酸、有機(jī)酸類、抗生素，進(jìn)行甾體轉(zhuǎn)化。,真菌之青霉屬(Penicillum),產(chǎn)黃青霉(Penicillumchrysogenum)生產(chǎn)青霉素，也可用來生產(chǎn)葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、檸檬酸和抗壞血酸。,真菌之頭孢霉菌屬(Cephalosporium),產(chǎn)黃頭孢霉(Cephalosporiumchrysogen)頂孢頭孢霉菌(Cephalosporiumacremonium)都生產(chǎn)頭孢菌素C,真菌之酵母菌屬(Saccharomyces),啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)：生產(chǎn)啤酒、酒精、藥用酵母等；核酸、麥角固醇、細(xì)胞色素C、凝血質(zhì)和輔酶A等。紅酵母(Rhodotorula)：-胡蘿卜素棉病針孢酵母(Nematsporagossypii)：核黃素,真菌之其它,牛肝菌屬：含有人體必需的8種氨基酸，還含有腺膘呤、膽堿和腐胺等生物堿。靈芝屬：靈芝多糖、靈芝多肽、三萜類、16種氨基酸(其中含有七種人體必需氨基酸)、蛋白質(zhì)、甾類、甘露醇、香豆精苷、生物堿、有機(jī)酸（主含延胡索酸），以及微量元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。,發(fā)酵菌種的選育要求,生產(chǎn)力：能在廉價(jià)的培養(yǎng)基上迅速生長，所需的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量高，其它類似代謝產(chǎn)物少。操作性：培養(yǎng)條件簡單，發(fā)酵易控制，產(chǎn)品易分離。穩(wěn)定性：抗噬菌體能力強(qiáng)，菌種純粹，遺傳性狀穩(wěn)定、不易變異退化。安全性：非病源菌，不產(chǎn)有害生物活性物質(zhì)或毒素。,誘變育種的理論依據(jù)是DNA分子結(jié)構(gòu)的改變。分為：,菌種選育,自然選育誘變育種雜交育種原生質(zhì)體融合基因工程,從自然界中獲得新菌種,土壤、空氣、動(dòng)植物等，嚴(yán)重污染的水域，極端環(huán)境等基本程序：采樣預(yù)處理富集培養(yǎng)篩選鑒定野生型菌株,誘變育種,物理或化學(xué)方法誘發(fā)突變。物理誘變劑：紫外線、X-射線、-射線等化學(xué)誘變劑：氮芥、亞硝酸、5-氟尿嘧啶等,自然選育：不經(jīng)人工處理利用微生物的自然突變進(jìn)行育種的過程。誘變育種：利用物理、化學(xué)等因素，誘發(fā)基因突變，并從中篩選出具有某一優(yōu)良性狀的突變體。雜交育種：借助基因重組，使不同菌株的遺傳物質(zhì)得以交換。原生質(zhì)體融合育種：借助原生質(zhì)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的交換?；蚬こ逃N：DNA體外重組技術(shù)定向育種，技術(shù)含量高，應(yīng)用面廣。,基因突變及其機(jī)制,誘變育種操作步驟,質(zhì)粒育種,轉(zhuǎn)基因工程菌的構(gòu)建,菌種保藏(Cultureconservation),目的：保證菌種經(jīng)過較長時(shí)間后仍保持生活能力，防止被雜菌污染，形態(tài)特征和生理形狀盡可能不發(fā)生變異。,菌種保藏三要素,典型菌種的優(yōu)良純種的休眠體；創(chuàng)造有利于種子休眠的環(huán)境（低溫、干燥、缺氧、避光、缺少營養(yǎng)）；盡可能采用多種不同的手段保藏同一菌株。,菌種保藏的常用方法,斜面低溫保藏法石蠟油封存法砂土管保藏法麩皮保藏法甘油懸液保藏法冷凍真空干燥保藏法液氮超低溫保藏法宿主保藏法,第三節(jié)發(fā)酵方式,（一）分批培養(yǎng)（二）連續(xù)培養(yǎng)（三）其它培養(yǎng)方法,（一）分批培養(yǎng),1、分批培養(yǎng)的定義,2、分批培養(yǎng)的生長過程,3、分批培養(yǎng)過程中影響細(xì)胞生長的因素,1、分批培養(yǎng)的定義,分批培養(yǎng)是一種間歇式的培養(yǎng)方法，在每一批次的培養(yǎng)過程中，不再加入其它營養(yǎng)物料。待生物反應(yīng)進(jìn)行到一定程度之后，將全部培養(yǎng)液倒出、進(jìn)行后道工序處理。,為了提高生物反應(yīng)器在分批培養(yǎng)中的效率通常采用多級分批培養(yǎng)的辦法。即在小型生物反應(yīng)器中接入少量種子經(jīng)過分批培養(yǎng)，來獲得較大數(shù)量的細(xì)胞作為種子再轉(zhuǎn)入到大型生物反應(yīng)器中,分批培養(yǎng)的設(shè)備要求較少操作也較簡單工業(yè)微生物生產(chǎn)中經(jīng)常采用,2、分批培養(yǎng)的生長過程,培養(yǎng)中的細(xì)胞經(jīng)過4個(gè)生長階段：（1）延遲期（2）指數(shù)生長期（3）靜止期（4）衰亡期,1、延遲期（1）種齡越長，延遲期越長，（2）接種量越少、延遲期越長。,4、衰亡期營養(yǎng)物質(zhì)消耗貽盡培養(yǎng)液中有害物質(zhì)積累太多導(dǎo)致培養(yǎng)液中的細(xì)胞開始死亡，稱為衰亡期。,3、靜止期隨著營養(yǎng)物質(zhì)被逐漸消耗、細(xì)胞的生長速率開始下降，最終細(xì)胞濃度不再增加，稱為靜止期。,2、指數(shù)生長期細(xì)胞的倍增時(shí)間指細(xì)胞濃度增長一倍所需要的時(shí)間。微生物的倍增時(shí)間一般為0.5-1小時(shí)。,3、分批培養(yǎng)中影響細(xì)胞生長的因素,共有以下5種影響因素：（1）營養(yǎng)物質(zhì)濃度（2）溫度（3）pH值（4）溶解氧濃度（5）產(chǎn)物,（1）營養(yǎng)物質(zhì)濃度,營養(yǎng)物質(zhì)的限制性濃度-當(dāng)某一種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度下降到一定程度之后，就會(huì)影響細(xì)菌的生長，此時(shí)的濃度就稱為營養(yǎng)物質(zhì)的限制性濃度。營養(yǎng)物質(zhì)的最大濃度-當(dāng)某一種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度超過一定程度之后，也會(huì)對細(xì)菌的生長產(chǎn)生抑制作用。,（2）溫度,當(dāng)培養(yǎng)溫度偏低時(shí)，細(xì)胞的生長速率較低，隨著溫度的升高，細(xì)菌的生長速率也隨之加快，當(dāng)溫度超出一定范圍時(shí)，由于蛋白質(zhì)等細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變性，導(dǎo)致細(xì)菌生長速率的急速下降。,微生物細(xì)胞的最適生長溫度并不等于其代謝產(chǎn)物的最佳生產(chǎn)溫度。因此在具體的生產(chǎn)過程中，培養(yǎng)的前期常常將溫度調(diào)控在有利于細(xì)胞生長的區(qū)域，而在后期則常常將溫度轉(zhuǎn)到最佳的生產(chǎn)溫度，以獲得較多的產(chǎn)物,根據(jù)培養(yǎng)溫度的要求的不同，可以將微生物分成：低溫菌，中溫菌，高溫菌。采用高溫菌生產(chǎn)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）高溫菌所生產(chǎn)出的酶，其熱穩(wěn)定性較好。（2）高溫菌的培養(yǎng)溫度較高，細(xì)胞的生長速率較大。（3）不容易發(fā)生雜菌污染。（4）在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)可以節(jié)約冷卻水、同時(shí)能夠減少動(dòng)力消耗。,發(fā)酵溫度調(diào)控技術(shù),（3）pH值,細(xì)菌適宜于在中性、弱堿性的條件下生長。酵母菌、霉菌則喜酸性環(huán)境。乳酸菌、醋酸菌對于低PH值環(huán)境有著很好的耐受性。,（4）溶解氧濃度,不同的培養(yǎng)過程對于溶解氧有著不同的要求應(yīng)該根據(jù)具體情況來加以控制。,空氣過濾片,（5）代謝產(chǎn)物的抑制作用,細(xì)胞的代謝產(chǎn)物會(huì)影響到細(xì)胞的生長，這種現(xiàn)象稱作產(chǎn)物抑制作用。而代謝產(chǎn)物多數(shù)就是生物制物的原材料。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中要設(shè)法定期收集細(xì)胞的代謝產(chǎn)物,（二）連續(xù)培養(yǎng),1、連續(xù)培養(yǎng)方法的優(yōu)缺點(diǎn)2、連續(xù)培養(yǎng)法的分類,細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)的設(shè)備簡化示圖,1、連續(xù)培養(yǎng)方法的優(yōu)點(diǎn)（1）細(xì)胞生長速率較高。（2）連續(xù)培養(yǎng)可發(fā)使得培養(yǎng)液達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),2、連續(xù)培養(yǎng)方法的缺點(diǎn)（1）連續(xù)培養(yǎng)延續(xù)的時(shí)間長，發(fā)生雜菌污染的概率也就增加（2）長時(shí)期進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)，細(xì)胞發(fā)生變異、質(zhì)粒丟失、基因突變、（3）細(xì)菌株生產(chǎn)性能退化的現(xiàn)象也就比較突出,3、連續(xù)培養(yǎng)法的分類,可以分為以下3類：（1）單級連續(xù)培養(yǎng)（2）細(xì)胞回流式的單級連續(xù)培養(yǎng)（3）多級連續(xù)培養(yǎng),（1）單級連續(xù)培養(yǎng),新鮮培養(yǎng)基的加入速率=培養(yǎng)之后的物料抽出速率。這種培養(yǎng)方法稱為單級連續(xù)培養(yǎng)法。在單級連續(xù)培養(yǎng)方法之中，發(fā)酵液體積保持恒定，生物反應(yīng)器中各組分分布均勻。單級連續(xù)培養(yǎng)是一種最簡單的連續(xù)培養(yǎng)方法。,（2）細(xì)胞回流式的單級連續(xù)培養(yǎng),將單級連續(xù)培養(yǎng)流出液中的細(xì)胞加以濃縮，然后再送回到生物反應(yīng)器中，這種方法稱為細(xì)胞回流式的單級連續(xù)培養(yǎng)。細(xì)胞回流式的單級連續(xù)培養(yǎng)相當(dāng)于不斷地對生物反應(yīng)器進(jìn)行接種，有利于提高連續(xù)培養(yǎng)的效率。,（3）多級連續(xù)培養(yǎng),將幾個(gè)生物反應(yīng)器串聯(lián)起來，第一個(gè)反應(yīng)器的流出液作為第二個(gè)反應(yīng)器的流入液，第二個(gè)反應(yīng)器的流出液又作為第三個(gè)反應(yīng)器的流入液，這種培養(yǎng)方式就稱為多級連續(xù)培養(yǎng)法。,（三）其它培養(yǎng)方法,1、補(bǔ)料分批培養(yǎng)2、透析培養(yǎng)3、萃取培養(yǎng)4、閃蒸培養(yǎng)5、離子交換培養(yǎng),1、補(bǔ)料分批培養(yǎng),補(bǔ)料分批培養(yǎng)法是介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的一種操作方法。是指在進(jìn)行分批培養(yǎng)中間，向生物反應(yīng)器中加入營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)料，但同時(shí)不取出培養(yǎng)液的方法。（1）方法改良（2）補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)（3）補(bǔ)料分批培養(yǎng)的缺點(diǎn),由于補(bǔ)料，使得培養(yǎng)液的體積逐漸擴(kuò)大，到一定時(shí)間之后，再將培養(yǎng)液從反應(yīng)器中一次性放出,（1）方法改良,連續(xù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)法在進(jìn)行補(bǔ)料分批培養(yǎng)時(shí)，如果所取出的培養(yǎng)液數(shù)量少于補(bǔ)進(jìn)的物料數(shù)量，反復(fù)進(jìn)行多次的放料和補(bǔ)料操作，這種方法稱為連續(xù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)。,（2）補(bǔ)料分批培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn),（1）通過流加高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)罐內(nèi)的細(xì)胞濃度可以達(dá)到非常高的程度這對于細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)十分有利,（3）通過補(bǔ)料，能夠解除某些營養(yǎng)物的低濃度限制效應(yīng)提高產(chǎn)物的合成效率。,（2）通過補(bǔ)料和放料的連續(xù)進(jìn)行，能夠解除某些基質(zhì)、產(chǎn)物對細(xì)胞的抑制作用,（3）補(bǔ)料分批培養(yǎng)的缺點(diǎn),（1）要考慮到生物反應(yīng)器的供氧能力,（2）要考慮培養(yǎng)過程中大量代謝產(chǎn)物積累后的細(xì)胞毒性,第四節(jié)發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌,發(fā)酵的一般流程,發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵罐,發(fā)酵罐的特點(diǎn)軸封嚴(yán)密，泄漏少能承受一定壓力、溫度攪拌通風(fēng)裝置保證氣液充分混合具有足夠的冷卻面積死角少，滅菌徹底適宜的徑高比（高與直徑的比值為2.54）,發(fā)酵罐的類型攪拌釜反應(yīng)器鼓泡式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器,發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵罐,發(fā)酵輔助設(shè)備,無菌空氣系統(tǒng)滅菌系統(tǒng)、管道、閥門,培養(yǎng)基及其滅菌,培養(yǎng)基（medium）培養(yǎng)基的成分碳源氮源無機(jī)鹽前體物促進(jìn)劑抑制劑,培養(yǎng)基滅菌空罐滅菌實(shí)罐滅菌連續(xù)滅菌,第五節(jié)發(fā)酵工程制藥的過程與控制,發(fā)酵過程,即微生物反應(yīng)過程，指由微生物在生長繁殖過程中所引起的生化反應(yīng)的過程。根據(jù)對氧的需要分：厭氧和有氧發(fā)酵。根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀分：液體和固體發(fā)酵。根據(jù)微生物生長特性分：分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵。,發(fā)酵的一般過程,發(fā)酵過程,菌種篩選,搖瓶試驗(yàn),發(fā)酵罐試驗(yàn),菌種,選育目的是改善菌種的特性，使能提高產(chǎn)量、改進(jìn)質(zhì)量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用等?；痉椒ㄗ匀贿x育、生產(chǎn)育種、抗噬菌體菌株的選育、誘變育種、代謝控制育種及原生質(zhì)體技術(shù)和體外重組DNA技術(shù)（基因工程）等。,菌種,種子罐級數(shù),指種子需逐級擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù)。一般根據(jù)種子的生長特性、孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及發(fā)酵罐的容積而定。對于生長快的細(xì)菌，種子用量少，故種子罐級數(shù)相應(yīng)也少。如谷氨酸生產(chǎn)，種子接入種子罐后于320C培養(yǎng)7-10h，菌濃達(dá)到108-109個(gè)/ml，即可接入發(fā)酵罐作為種子，這稱為一級種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，也稱二級發(fā)酵。,種子罐級數(shù),對生長較慢的菌種，如青霉素生產(chǎn)菌種，種子接入一級種子罐270C培養(yǎng)40h后，再需移入裝有新鮮培養(yǎng)基的第二級種子罐，于270C培養(yǎng)1024h移至發(fā)酵罐作為種子，稱為二級種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)，也稱三級發(fā)酵。一般50m3發(fā)酵罐都采用三級發(fā)酵。,發(fā)酵過程,種子擴(kuò)大培養(yǎng)流程圖,生理代謝菌種篩選,種子培養(yǎng),發(fā)酵培養(yǎng),發(fā)酵,微生物發(fā)酵方式,分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵,發(fā)酵過程中的中間分析項(xiàng)目,產(chǎn)物產(chǎn)量pH糖氨基氮菌絲形態(tài),發(fā)酵過程的影響因素及控制,菌體濃度營養(yǎng)物質(zhì)溫度pH溶氧泡沫染菌發(fā)酵終點(diǎn)的判斷,菌體濃度在適合的生長速率下，發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)率與菌體濃度成正比關(guān)系。特別是初級代謝產(chǎn)物。菌體濃度過低，產(chǎn)物產(chǎn)率下降。菌體濃度過高，產(chǎn)生其他影響。措施：調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的濃度。,營養(yǎng)物質(zhì)碳源氮源磷酸鹽：生長亞適量濃度補(bǔ)料：半饑餓狀態(tài),溫度考慮菌種及生長階段綜合考慮其他培養(yǎng)條件考慮菌種生長情況發(fā)酵熱,pH補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式,溶氧和CO2溶氧異常下降溶氧異常上升措施？,泡沫負(fù)面影響措施,染菌發(fā)酵前期染菌發(fā)酵后期染菌,發(fā)酵終點(diǎn)的判斷提高產(chǎn)物的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益降低生產(chǎn)成本,第五節(jié)生產(chǎn)實(shí)例,抗生素類氨基酸類維生素類其它有機(jī)物與醫(yī)藥中間體,一、抗生素的分類,按進(jìn)行生產(chǎn)的微生物母體分：（1）細(xì)菌生產(chǎn)的抗生素短桿菌肽，短桿菌肽S、桿菌肽、多粘菌素B。（2）霉菌生產(chǎn)的抗生素青霉素、灰黃霉素、甾酸菌素。（3）放線菌生產(chǎn)的抗生素鏈霉素、氯霉素、金霉素、四環(huán)素、紅霉素、螺旋霉素、利福霉素、卡那霉素、交沙霉素、麥迪加霉素。,按化學(xué)結(jié)構(gòu)分：（1）-內(nèi)酰胺類抗生素青霉素類、頭孢菌素類。（2）氨基糖苷類鏈霉素、新霉素、卡那霉素、慶大霉素。（3）大環(huán)內(nèi)酯類紅霉素、竹桃霉素、麥迪加霉素、制霉菌素。（4）四環(huán)素類土霉素、金霉素、四環(huán)素。（5）多肽類桿菌肽、多粘菌素B,二、發(fā)酵法可以生產(chǎn)的種類,（1）青霉素（2）頭孢菌素（3）鏈霉素（4）卡那霉素（5）慶大霉素（6）紅霉素（7）羅紅霉素（8）麥迪霉素（9）乙酰螺旋霉素（10）四環(huán)素（11）土霉素（氧四環(huán)素）（12）金霉素（氯四環(huán)素）（13）林可霉素（14）多粘菌素（15）桿菌肽,三、生產(chǎn)和制造實(shí)例,（1）青霉素（penicillin）,青霉素發(fā)現(xiàn)者弗萊明,菌種：黃青霉菌原始材料