發(fā)酵工程制藥

1、會(huì)計(jì)學(xué)1發(fā)酵工程制藥發(fā)酵工程制藥u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)?；?、多種抗生素、氨基酸、核酸發(fā)酵成功。FERMENTATIONProcess ControlFermentation engineering上游工程上游工程UPSTREAM PROCESSES下游工程下游工程DOWNSTREAM PROCESSES發(fā)酵工程組成發(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、下游工程上游工程、發(fā)酵工程、下游工程UPSTREAM PROCESSES- genetics, cell - inoculum development-

2、 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 Fermentation engineering1、微生物菌體的發(fā)酵SCP、藥用真菌（冬蟲(chóng)夏草、茯苓等）生物防治

3、制劑（如蘇云金桿菌）活性乳制劑 細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物的積累成平行關(guān)系，生長(zhǎng)速率最大的時(shí)期也是產(chǎn)物合成最高階段。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(jí)代謝產(chǎn)物：與菌體生長(zhǎng)相伴隨的產(chǎn)物、對(duì)菌體生長(zhǎng)、分化和繁殖是必須的氨基酸、核苷酸、維生素、糖類(lèi)等菌體對(duì)其合成反饋控制嚴(yán)密，一般不過(guò)量積累次級(jí)代謝產(chǎn)物：與菌體生長(zhǎng)不相伴隨，以初級(jí)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(duì)

4、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(duì)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)化如：甾體轉(zhuǎn)化可的松（可的松（Cortisone）發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)物：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。微生物細(xì)胞，酶，活性物質(zhì)，特殊化學(xué)品和食品添加劑。生物來(lái)源作用對(duì)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

5、抑制劑紅細(xì)胞生成素紅細(xì)胞生成素 ( 治療貧血治療貧血) 生長(zhǎng)激素生長(zhǎng)激素 ( 促進(jìn)生長(zhǎng)促進(jìn)生長(zhǎng)) 胰島素胰島素 (治療糖尿病治療糖尿病) 干擾素干擾素 (抗病毒、抗腫瘤抗病毒、抗腫瘤) 自然選育誘變育種雜交育種原生質(zhì)體融合基因工程方法名稱(chēng)主要特點(diǎn)適用范圍保藏期斜面低溫保藏法傳代培養(yǎng)，4保藏各種微生物的短期保藏。1-6個(gè)月石蠟油封存法石蠟油隔絕空氣，室溫或4保藏各種微生物的中短期保藏，不適用某些能分解烴類(lèi)的菌種。1-2年砂土管保藏法沙土管作載體，干燥器中抽真空，室溫或4保藏產(chǎn)孢子微生物和芽孢細(xì)菌的長(zhǎng)期保藏，不適用對(duì)干燥敏感的微生物1-10年麩皮保藏法麩皮作載體，干燥，4保藏產(chǎn)孢子霉菌和某些放線菌

6、，工廠多采用此法1年甘油懸液保藏法懸浮于10-15%甘油中，需低溫冰箱基因工程菌1年/10年冷凍真空干燥保藏法用保護(hù)劑制備懸液，快速凍結(jié)，減壓抽真空，需凍干機(jī)各類(lèi)微生物5-15年液氮超低溫保藏法保護(hù)劑，超低溫（-196），需超低溫液氮設(shè)備各類(lèi)微生物15年以上宿主保藏法與培養(yǎng)基混合直接低溫保存專(zhuān)性活細(xì)胞寄生微生物（如病毒）1、分批培養(yǎng)的定義、分批培養(yǎng)的定義2、分批培養(yǎng)的生長(zhǎng)過(guò)程、分批培養(yǎng)的生長(zhǎng)過(guò)程3、分批培養(yǎng)過(guò)程中影響細(xì)胞生長(zhǎng)的因素、分批培養(yǎng)過(guò)程中影響細(xì)胞生長(zhǎng)的因素為了提高生物反應(yīng)器在分批培養(yǎng)中的效率為了提高生物反應(yīng)器在分批培養(yǎng)中的效率通常采用多級(jí)分批培養(yǎng)的辦法。通常采用多級(jí)分批培養(yǎng)的辦法。即在

7、小型生物反應(yīng)器中接入少量種子即在小型生物反應(yīng)器中接入少量種子經(jīng)過(guò)分批培養(yǎng)，來(lái)獲得較大數(shù)量的細(xì)胞作為種子經(jīng)過(guò)分批培養(yǎng)，來(lái)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)備要求較少分批培養(yǎng)的設(shè)備要求較少操作也較簡(jiǎn)單操作也較簡(jiǎn)單工業(yè)微生物生產(chǎn)中經(jīng)常采用工業(yè)微生物生產(chǎn)中經(jīng)常采用1、延遲期、延遲期（1）種齡越長(zhǎng)，延遲期越長(zhǎng)，）種齡越長(zhǎng)，延遲期越長(zhǎng)，（2）接種量越少、延遲期越長(zhǎng)。）接種量越少、延遲期越長(zhǎng)。4、衰亡期、衰亡期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗貽盡培養(yǎng)液中有營(yíng)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)液中害物質(zhì)積累太多導(dǎo)致培養(yǎng)液中的細(xì)胞開(kāi)始死亡，稱(chēng)為衰亡期。的細(xì)胞開(kāi)始死亡，

8、稱(chēng)為衰亡期。3、靜止期、靜止期隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被逐漸消耗、細(xì)隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被逐漸消耗、細(xì)胞的生長(zhǎng)速率開(kāi)始下降，最終胞的生長(zhǎng)速率開(kāi)始下降，最終細(xì)胞濃度不再增加，稱(chēng)為靜止細(xì)胞濃度不再增加，稱(chēng)為靜止期。期。2、指數(shù)生長(zhǎng)期、指數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞的倍增時(shí)間指細(xì)胞濃度細(xì)胞的倍增時(shí)間指細(xì)胞濃度增長(zhǎng)一倍所需要的時(shí)間。微增長(zhǎng)一倍所需要的時(shí)間。微生物的倍增時(shí)間一般為生物的倍增時(shí)間一般為0.5-1小時(shí)。小時(shí)。微生物細(xì)胞的最適生長(zhǎng)溫度并不等于其代謝產(chǎn)物的最佳生產(chǎn)溫度。微生物細(xì)胞的最適生長(zhǎng)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(guò)程中，因此在具體的生產(chǎn)過(guò)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(zhǎng)的區(qū)域，培養(yǎng)的前期

9、常常將溫度調(diào)控在有利于細(xì)胞生長(zhǎng)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，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)物以獲得較多的產(chǎn)物發(fā)酵溫度調(diào)控技術(shù)發(fā)酵溫度調(diào)控技術(shù)空氣過(guò)濾片空氣過(guò)濾片1、連續(xù)培養(yǎng)方法的優(yōu)點(diǎn)、連續(xù)培養(yǎng)方法的優(yōu)點(diǎn)（1）細(xì)胞生長(zhǎng)速率較高。）細(xì)胞生長(zhǎng)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)）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)由于補(bǔ)料，使得培養(yǎng)液的體積逐漸擴(kuò)大，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）通過(guò)流加高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，）通過(guò)流加高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)

10、罐內(nèi)的細(xì)胞濃度可以達(dá)到非常高的程度培養(yǎng)罐內(nèi)的細(xì)胞濃度可以達(dá)到非常高的程度這對(duì)于細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)十分有利這對(duì)于細(xì)胞產(chǎn)物的生產(chǎn)十分有利（3）通過(guò)補(bǔ)料，能夠解除某些營(yíng)養(yǎng)物的低濃度限制效應(yīng)）通過(guò)補(bǔ)料，能夠解除某些營(yíng)養(yǎng)物的低濃度限制效應(yīng)提高產(chǎn)物的合成效率。提高產(chǎn)物的合成效率。（2）通過(guò)補(bǔ)料和放料的連續(xù)進(jìn)行，）通過(guò)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(duì)細(xì)胞的抑制作用能夠解除某些基質(zhì)、產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞的抑制作用（1）要考慮到生物反應(yīng)器的供氧能力）要考慮到生物反應(yīng)器的供氧能力（2）要考慮培養(yǎng)過(guò)程中大量代謝產(chǎn)物積累后的）要考慮培養(yǎng)過(guò)程中大量代謝產(chǎn)物積累后的細(xì)胞毒性細(xì)胞毒性發(fā)酵的一般流程發(fā)酵的一般流程種子擴(kuò)大培養(yǎng)

11、種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配制空氣除菌空氣除菌培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)下游處理下游處理發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備 發(fā)酵的一般過(guò)程發(fā)酵的一般過(guò)程空氣空氣空氣凈化處理空氣凈化處理保藏菌種保藏菌種斜面活化斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐種子罐主發(fā)酵主發(fā)酵碳源、氮源、碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)物質(zhì)滅菌滅菌產(chǎn)物分離純化產(chǎn)物分離純化成品成品發(fā)酵過(guò)程菌種篩選菌種篩選搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)從自然界分離從自然界分離 采樣采樣 增殖培養(yǎng)增殖培養(yǎng) 純種分離純種分離 性能測(cè)定性能測(cè)定地點(diǎn)地點(diǎn)方法方法目的目的方法方法方法方法方法方法發(fā)酵過(guò)程砂土孢子砂土孢子冷凍干燥孢子冷凍干燥孢子實(shí)驗(yàn)室種子

12、制備階段實(shí)驗(yàn)室種子制備階段（一級(jí)種子培養(yǎng)）（一級(jí)種子培養(yǎng)）生產(chǎn)車(chē)間種子制備階段生產(chǎn)車(chē)間種子制備階段（二級(jí)發(fā)酵二級(jí)發(fā)酵 三級(jí)發(fā)酵三級(jí)發(fā)酵）斜面孢子斜面孢子搖瓶液體培養(yǎng)搖瓶液體培養(yǎng)茄子瓶斜面培養(yǎng)茄子瓶斜面培養(yǎng)固體培養(yǎng)基培養(yǎng)固體培養(yǎng)基培養(yǎng)一級(jí)種子罐一級(jí)種子罐二級(jí)種子罐二級(jí)種子罐發(fā)酵罐發(fā)酵罐生理代謝生理代謝菌種篩選菌種篩選種子培養(yǎng)種子培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)upH 補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式u泡沫 負(fù)面影響 措施u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)成本按化學(xué)結(jié)構(gòu)分：按化學(xué)結(jié)構(gòu)分：（1 1）-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素青霉素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)青霉素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)。（2 2）氨基糖苷類(lèi)）氨基糖苷類(lèi)鏈

13、霉素、新霉素、卡那霉素、慶鏈霉素、新霉素、卡那霉素、慶大霉素。大霉素。（3 3）大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)）大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)紅霉素、竹桃霉素、麥迪加霉素紅霉素、竹桃霉素、麥迪加霉素、制霉菌素。、制霉菌素。（4 4）四環(huán)素類(lèi)）四環(huán)素類(lèi)土霉素、金霉素、四環(huán)素。土霉素、金霉素、四環(huán)素。（5 5）多肽類(lèi)）多肽類(lèi)桿菌肽、多粘菌素桿菌肽、多粘菌素B B（1 1）青霉素（）青霉素（penicillinpenicillin）青霉素發(fā)現(xiàn)者弗萊明青霉素發(fā)現(xiàn)者弗萊明菌種菌種：黃青霉菌：黃青霉菌原始材料原始材料：-氨基已二氨基已二酸、半胱氨酸、纈氨酸酸、半胱氨酸、纈氨酸。發(fā)酵方法發(fā)酵方法：加前體物質(zhì)：加前體物質(zhì)的深層發(fā)酵法的深層發(fā)酵法。沙

14、土管菌種沙土管菌種轉(zhuǎn)移到固體瓊脂斜面培養(yǎng)基上，轉(zhuǎn)移到固體瓊脂斜面培養(yǎng)基上，24培養(yǎng)培養(yǎng)5-6天，獲得芽孢天，獲得芽孢芽孢懸浮于無(wú)菌水中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)芽孢懸浮于無(wú)菌水中，進(jìn)行搖瓶培養(yǎng)進(jìn)入移種瓶培養(yǎng)進(jìn)入移種瓶培養(yǎng)進(jìn)種子罐，接種量為進(jìn)種子罐，接種量為5%-10%進(jìn)繁殖罐，進(jìn)繁殖罐，28培養(yǎng)培養(yǎng)48-96小時(shí)小時(shí)進(jìn)入發(fā)酵罐，開(kāi)始生產(chǎn)進(jìn)入發(fā)酵罐，開(kāi)始生產(chǎn)鼓式過(guò)濾鼓式過(guò)濾第一次萃取器第一次萃取器純化柱純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結(jié)晶釜真空結(jié)晶釜瓷過(guò)濾器瓷過(guò)濾器結(jié)晶洗滌釜結(jié)晶洗滌釜真空干燥器真空干燥器程序程序（1）使用消沫劑，由于發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生大量的）使用消沫劑，由于發(fā)酵過(guò)程中

15、產(chǎn)生大量的CO2，會(huì)產(chǎn)生，會(huì)產(chǎn)生大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫劑進(jìn)行消沫處理。大量泡沫?？刹捎弥参镉汀⒍褂汀⒑铣上瓌┻M(jìn)行消沫處理。（2）溫度控制在）溫度控制在24 30、pH值控制在值控制在6. 87.2。（3）應(yīng)該注意控制殘?zhí)橇?、還原糖量、）應(yīng)該注意控制殘?zhí)橇?、還原糖量、pH值、氨、氮、溶解值、氨、氮、溶解氧量。氧量。（4）發(fā)酵過(guò)程中要注意通氣攪拌，所通入的空氣必須是無(wú)菌）發(fā)酵過(guò)程中要注意通氣攪拌，所通入的空氣必須是無(wú)菌的。的。（5）發(fā)酵罐必須保持正壓（）發(fā)酵罐必須保持正壓（20 30kPa），以防罐外不潔凈的），以防罐外不潔凈的空氣流入。空氣流入。（6）目前國(guó)際上青霉素發(fā)酵的水平已經(jīng)達(dá)到）目