单孢菌属极少 细菌：芽孢杆菌，棒杆菌，短杆菌…… 真菌：霉菌，酵母
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发酵制药
概述
16.1.1 发酵制药－产物种类
种类 抗生素 氨基酸 维生素 核苷与核苷酸 酶类 酶抑制剂 免疫调节剂
药物举例 青霉素，链霉素，头孢菌素C 谷氨酸，赖氨酸，丝氨酸
VB2，VB12，VC 肌苷与肌苷酸，尿苷与尿苷酸 蛋白酶，链激酶，葡激酶 他汀类，伏立波糖 环孢菌素A，他克莫司
微生物动力学研究 微生物生长动力学 基质利用的动力学 生长与生产关系的动力学模型 微生物发酵过程特征
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1、发酵动力学研究
概念：发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基 质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。包括 生长动力学，基质消耗动力学，产物合成动力学。 内容：发酵过程中菌体生长速率、基质消耗速率和 产物生成速率的相互关系，环境因素对三者的影响， 以及影响其反应速度的条件。 意义：确定最佳发酵工艺条件，建立工艺参数控制 方案。模拟使生产控制达到最优化。
意义：描述微生物从生长到自溶死亡的整个过程。
生长速率r：单位时间（t）内菌浓或质量（X）变化:
r dX dt
比生长速率μ：单位菌体浓度的生长速率
生长速率的标准化，菌体活力大小
dX 1
dt X
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发酵制药
(2)菌体生物量与时间的关系是S形曲线。分为五个阶段
菌体浓度X
减速期
静止期 衰亡期
1898-1968
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2发酵－概念与种类
概念：通过微生物培养而获得产物的过程（注意与生物化 学中的发酵的区别）
种类： 基于产物——青霉素发酵，维生素发酵，生产中常用 基于代谢——初级代谢产物发酵；次级代谢产物发酵；过
程控制相似 基于供氧——厌氧发酵；好氧发酵；反应器设计相似 基于原料——葡萄糖发酵；淀粉发酵 基于反应——生物转化发酵，生物氧化，生物加氢
发酵的反应过程与速度：
r S（底物） ─→ X（菌体） ＋ P（产物）
机制模型：根据反应机制建立，几乎没有 现象模型：经验模型，目前大多数
定量描述发酵过程 反应主要影响因素 细胞群体的动力学可用均衡生长的非结构模型简化。
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发酵制药
2、微生物的生长动力学
(1)生长曲线：生物量或细胞数目随时间变化曲线。
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16.1.2发酵制药——基本工艺过程
菌种选育
种子制备
发酵培养
分离纯化 产品
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菌种选育
菌种活化
实验室、种子库
发酵工段
种子制备
发酵车间
发酵控制
提炼工段
预处理 分离提取 浓缩纯化
提炼车间 包装车间 库存间
成品工段 成品检验 包装 原料药
发酵制药过程－工段岗位操作与车间流程关系 10
16.2 微生物的生长与生产的关系
蛋白质变性，细胞热裂 解，细胞死亡
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生物量
发酵制药
(4)pH值对生长影响
pH
pH值对菌体生长速率的影响与温度的影响类似， 在适宜的pH值范围，生长速率最大
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3、基质利用的动力学的因素
（1）基质浓度对菌体生长的影响 菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。
基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
Ks：为饱和常数，菌体对基质亲和力，Ks越小，亲和力越大，利用越好。
注意：与酶反应动力学MM方程的区别。
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米氏方程：酶促反应速度
V
1.2 V1m
0.8 0.6 0V.m4/2 0.2
0 0K m 200
400 S 600
dS r S dt
基 质 浓 度
qS
dS 1 dt X
发酵时间(t)
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（2）限制性基质浓度与比生长速率的关系
Monod方程：
μmax
μ =μmax S/(Ks + S)
比
S很低，浓度与比生长
生 长
速率成正比。
速
1/2μmax
率
S很高，菌体以最大比
生长速率进行生长。
Ks
基质浓度
μmax：各种基质对菌体的生长效率，不同基质之间比较。
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生长与生产的关系
研究发酵动力学的步骤
(1)测定发酵过程中的生物和理化参数变化。 (2)将参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找
出它们之间的相互关系和变化规律。 (3)建立数学模型，描述参数随时间变化的关系。 (4)计算机在线控制，反复验证模型的可行性与适类型
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发酵制药
发酵类型、产物与过程特点
发酵产物，举例
类
过程特点
厌氧
初级产物，VB12
产量高，合成途径明确
好氧
初级产物，谷氨酸
产量较高，合成途径基本明确
好氧
次级产物，抗生素
产量较低，合成途径复杂
好氧
酶类，蛋白酶
菌体向外分泌的高分子产物
生物转化
激素，氢化可的松
酶催化的简单反应，非菌体代谢产物
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发酵制药
16.1.1 发酵制药－微生物种类 放线菌：链霉菌属为主，诺卡菌属较少，小
第四篇 药物制备工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
第十六章 微生物发酵制药工艺
16.1 概述 16.2 微生物生长与生产的关系 16.3 制药微生物菌种建立 16.4 制药微生物培养基制备 16.5 灭菌工艺 16.6 微生物发酵培养技术 16.7 发酵工艺过程的检测与控制
16.1概述
概述
1 发酵制药－概念与简史
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概述 1945年诺贝生理学医学奖： 青霉素的发现与抗感染疗效
偶然发现青霉素
Sir Alexander Fleming London University 1881-1955
Ernst Boris Chain University of Oxford 1906-1979
Sir Howard Walter Florey University of Oxford
概念：利用制药微生物的生长繁殖，通过发酵，代 谢合成药物，然后从中分离提取、精制纯化，获得 药品的过程。
简史：对抗细菌性感染药物的需求驱动
1928年，Fleming 发现青霉素；
1940，Florey和Chain分离得到青霉素和疗效；
50年代：搅拌发酵技术成功应用
60年代：形成了成熟的抗生素发酵工业
延迟期：无生长
指数期: dX/dt =μmax X
延迟期
指数期
时间t
减速期: dX/dt =μ X
静止期: dX/dt = (μ - kd) X = 0
衰亡期: dX/dt = - kd X<0
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(3) 温度对生长影响
酶反应以最大速率 进行
酶反应速度随温度升高 而加快
发酵温度
菌种保存
膜凝固，无转运和吸 收，无生长