微生物发酵制药工艺--课件

第二章第二章微生物发酵制药工艺微生物发酵制药工艺2.12.22.32.4微生物发酵与制药微生物发酵与制药微生物生长与生产的关系微生物生长与生产的关系微生物生产菌种建立微生物生产菌种建立发酵培养基制备发酵培养基制备1ppt课件2.42.4 发酵培养基制备发酵培养基制备概念概念（mediummedium）供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微 生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和 产量。产量。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备2ppt课件2.4.1 2.4.1 培养基的成分培养基的成分碳源碳源氮源氮源无机盐无机盐水水生长因子生长因子前体与促进剂前体与促进剂消泡剂消泡剂发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备3ppt课件概念概念：构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质。构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质。作用：作用：为正常生理活动和过程提供能量来源，为细胞物为正常生理活动和过程提供能量来源，为细胞物质和代谢产物的合成提供碳骨架。质和代谢产物的合成提供碳骨架。1、碳源(carbon sources)发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备4ppt课件碳源种类碳源种类糖类：葡萄糖、淀粉、糊精和糖蜜糖类：葡萄糖、淀粉、糊精和糖蜜脂肪：豆油、棉籽油和猪油脂肪：豆油、棉籽油和猪油醇类：甘油、乙醇、甘露醇、山梨醇、肌醇醇类：甘油、乙醇、甘露醇、山梨醇、肌醇蛋白类：蛋白胨、酵母膏蛋白类：蛋白胨、酵母膏速效碳源速效碳源：糖类、有机酸：糖类、有机酸迟效碳源迟效碳源：酪蛋白水解产生的脂肪酸：酪蛋白水解产生的脂肪酸发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备5ppt课件2、氮源（nitrogen sources）概念概念：构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营养物质。构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营养物质。作用：作用：为生长和代谢主要提供氮素来源。为生长和代谢主要提供氮素来源。种类：无机氮源、有机氮源种类：无机氮源、有机氮源。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备6ppt课件有机氮源有机氮源 几乎所有微生物都能利用有机氮源：几乎所有微生物都能利用有机氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、尿素。蛋白胨、酵母粉、尿素。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备7ppt课件无机氮源无机氮源氨水、铵盐和硝酸盐等。氨盐比硝酸盐更快被利用。氨水、铵盐和硝酸盐等。氨盐比硝酸盐更快被利用。工业应用：主要氮源或辅助氮源；调节工业应用：主要氮源或辅助氮源；调节pHpH值值。生理酸性物质：代谢后能产生酸性残留物质。生理酸性物质：代谢后能产生酸性残留物质。（NHNH4 4）2 2SOSO4 4利用后，产生硫酸利用后，产生硫酸。生理碱性物质：代谢后能产生碱性残留物质。生理碱性物质：代谢后能产生碱性残留物质。硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。硝酸钠利用后，产生氢氧化钠。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备8ppt课件3 3、无机盐和微量元素、无机盐和微量元素概念概念：组成生理活性物质或具有生理调节作用组成生理活性物质或具有生理调节作用的的矿物质矿物质作用方式：作用方式：低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。低浓度起促进作用，高浓度起抑制作用。种类：盐离子种类：盐离子磷、硫、钾、钠、镁、钙，常常添加磷、硫、钾、钠、镁、钙，常常添加。铁、锌、铜、钼、钴、锰、氯，一般不加。铁、锌、铜、钼、钴、锰、氯，一般不加。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备9ppt课件4 4、水、水菌体细胞的主要成分。菌体细胞的主要成分。营养传递的介质。营养传递的介质。良好导体，调节细胞生长环境温度。良好导体，调节细胞生长环境温度。培养基的主要成分之一。培养基的主要成分之一。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备10ppt课件5、生长因子（growth factor）概念概念：维持微生物生长所必需的微量有机物，维持微生物生长所必需的微量有机物，不起碳源和氮源作用。不起碳源和氮源作用。种类：种类：维生素、氨基酸、核苷酸、脂肪酸等。天然成分中含有：一般无需添加。天然成分中含有：一般无需添加。营养缺陷型菌株营养缺陷型菌株（氨基酸、核苷酸）：必需添加。：必需添加。发酵制药培养基制备培养基制备营养缺陷型：野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长，成为营养缺陷型。11ppt课件6 6、前体、前体 (precursor)(precursor)概念概念：加入到发酵培养基中的某些化合物，被直接结合到加入到发酵培养基中的某些化合物，被直接结合到目标产物分子中，而自身的结构无多大的变化。目标产物分子中，而自身的结构无多大的变化。使用：使用：添加前体是提高抗生素产量的重要措施。添加前体是提高抗生素产量的重要措施。VBVB1212的前的前体有氯化钴。青霉素的前体是苯乙酸。体有氯化钴。青霉素的前体是苯乙酸。多次少量流加的工艺多次少量流加的工艺（前体有毒性，还可被菌体分解）（前体有毒性，还可被菌体分解）。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备12ppt课件6 6、促进剂、促进剂 (accelerant)(accelerant)概念：概念：促进产物生成的物质，促进产物生成的物质，既既不是营养物，也不不是营养物，也不是前体的一类化合物。是前体的一类化合物。种类：种类：表面活性剂吐温、清洗剂，脂溶性小分子化合物等表面活性剂吐温、清洗剂，脂溶性小分子化合物等。氯化物有利于灰黄霉素、金霉素合成。氯化物有利于灰黄霉素、金霉素合成。原理：起到原理：起到诱导诱导产物生成或促进产物释放的产物生成或促进产物释放的作用。作用。发酵制药培养基制备培养基制备13ppt课件7 7、消沫剂（、消沫剂（defoaming agentdefoaming agent）概念：概念：降低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂的降低泡沫的液膜强度和表面黏度，使泡沫破裂的 化合物。化合物。种类：表面活性剂，低表面张力。种类：表面活性剂，低表面张力。天然动植物油脂类、高分子化合物（高碳醇脂肪天然动植物油脂类、高分子化合物（高碳醇脂肪 酸和酯类、聚醚类、硅酮类）。酸和酯类、聚醚类、硅酮类）。作用：作用：消除泡沫，防止逃液和染菌。消除泡沫，防止逃液和染菌。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备14ppt课件培养基的种类培养基的种类按用途按用途：选择性、鉴别性、富营养培养基等：选择性、鉴别性、富营养培养基等按物理性质按物理性质：固体，半固体、液体培养基：固体，半固体、液体培养基按化学组成按化学组成：合成、半合成、天然培养基：合成、半合成、天然培养基按发酵过程中按发酵过程中所处位置和作用所处位置和作用：斜面或平板：斜面或平板固体、种子、发酵和补料培养基。固体、种子、发酵和补料培养基。2.4.2 培养基种类及其质量控制技术发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备15ppt课件1 1、固体培养基、固体培养基概念概念：细菌和酵母的固体斜面或平板培养基，链：细菌和酵母的固体斜面或平板培养基，链霉菌和丝状真菌的孢子培养基。霉菌和丝状真菌的孢子培养基。制备：液体培养基添加制备：液体培养基添加1.0-2.0%1.0-2.0%琼脂粉。琼脂粉。作用：作用：提供菌体的生长繁殖，形成孢子。提供菌体的生长繁殖，形成孢子。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备16ppt课件1 1、固体培养基要求与质量控制、固体培养基要求与质量控制单细胞培养基：单细胞培养基：营养丰富，满足菌体生长迅速，不能引起变异。营养丰富，满足菌体生长迅速，不能引起变异。孢子培养基：孢子培养基：基质浓度较低，无机盐浓度适量，以利于孢子形基质浓度较低，无机盐浓度适量，以利于孢子形成。营养不宜太丰富，否则不易产生孢子。成。营养不宜太丰富，否则不易产生孢子。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备17ppt课件2 2、种子培养基、种子培养基概念：概念：供供孢子发芽和菌体生长孢子发芽和菌体生长繁殖，摇瓶和种子繁殖，摇瓶和种子罐培养基罐培养基,为液体。为液体。作用：使种子扩大培养，增加细胞数目，生长形作用：使种子扩大培养，增加细胞数目，生长形成强壮、健康和高活性的种子。成强壮、健康和高活性的种子。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备18ppt课件2 2、种子培养基要求与质量控制种子培养基要求与质量控制 A.A.培养基成分必需完全，营养丰富。培养基成分必需完全，营养丰富。B.B.用速效性、容易被利用的碳、氮源和无机盐等物用速效性、容易被利用的碳、氮源和无机盐等物质，但浓度不宜高。质，但浓度不宜高。C.C.种子培养基要与发酵培养基相适应，主要成分接种子培养基要与发酵培养基相适应，主要成分接近，不能差异太大。近，不能差异太大。D.D.缩短发酵的延滞期。缩短发酵的延滞期。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备19ppt课件3 3、发酵培养基、发酵培养基概念概念：提供：提供微生物生长微生物生长、目标产物生成目标产物生成的生产用培养的生产用培养基。基。作用：作用：不仅要满足菌体的生长和繁殖，还要满足菌体不仅要满足菌体的生长和繁殖，还要满足菌体合成目标产物。合成目标产物。是发酵生产中最关键和最重要的培养基是发酵生产中最关键和最重要的培养基。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备20ppt课件3 3、发酵培养基要求发酵培养基要求a.a.营营养物质浓度和粘度适中养物质浓度和粘度适中。b.b.组成上丰富完整组成上丰富完整，含有特定的营养物质。，含有特定的营养物质。c.c.不同菌种和不同产物对培养基的要求差异很大，组不同菌种和不同产物对培养基的要求差异很大，组成和配方需要优化成和配方需要优化。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备21ppt课件4 4、补料培养基、补料培养基概念概念：发酵过程中添加补充的培养基。：发酵过程中添加补充的培养基。作用：稳定工艺条件，延长发酵周期，提高目标产物作用：稳定工艺条件，延长发酵周期，提高目标产物的产量的产量。组成：各种必要的营养物质，碳源、氮源、前体组成：各种必要的营养物质，碳源、氮源、前体。制备：按单一成分配制，各自独立控制，或按一定制备：按单一成分配制，各自独立控制，或按一定比例制成复合补料培养基。比例制成复合补料培养基。发酵制药发酵制药培养基制备22ppt课件5 5、控制发酵培养基质量控制发酵培养基质量（1 1）控制水质：）控制水质：恒定水源和恒定的水质。恒定水源和恒定的水质。地下深层井水，对水质定期化验检查，使用符合要地下深层井水，对水质定期化验检查，使用符合要求的水质配制各种培养基求的水质配制各种培养基。措施：检测与控制水质参数措施：检测与控制水质参数。pHpH、溶解氧、可溶性固体、污染程度、各种矿物，、溶解氧、可溶性固体、污染程度、各种矿物，特别是重金属的种类和含量。特别是重金属的种类和含量。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备23ppt课件来源与种类的选择来源与种类的选择 农副产品：因品种、产地、加工、贮存条件不农副产品：因品种、产地、加工、贮存条件不同而质量差异较大。同而质量差异较大。化学原料：杂质含量也不相同。化学原料：杂质含量也不相同。措施：保持稳定的原料来源。措施：保持稳定的原料来源。更换原料时，必需再进行一系列试验，确保产更换原料时，必需再进行一系列试验，确保产量和质量的控制和稳定性。量和质量的控制和稳定性。（2 2）控制培养基原料的质量：）控制培养基原料的质量：发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备24ppt课件原料的选择试验原料的选择试验：不同碳源、氮源对菌种生长的能力和产物的不同碳源、氮源对菌种生长的能力和产物的生产能力很不相同。生产能力很不相同。对原料进行试验，选择满足发酵要求的来源。对原料进行试验，选择满足发酵要求的来源。注意：注意：碳氮浓度与配比：适宜碳氮浓度与配比：适宜。速效和缓效成分相互配合，发挥综合优势速效和缓效成分相互配合，发挥综合优势。pHpH：配制时加入酸碱性物质搭配，甚至使用缓冲剂。：配制时加入酸碱性物质搭配，甚至使用缓冲剂。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备25ppt课件对发酵的影响：对发酵的影响：高黏度的培养基，不易彻底灭菌高黏度的培养基，不易彻底灭菌影响发酵的通气搅拌等物理过程影响发酵的通气搅拌等物理过程直接影响菌体对营养的利用直接影响菌体对营养的利用目标产物的分离提取造成困难目标产物的分离提取造成困难措施：固体不溶性成分，淀粉、黄豆粉等增加措施：固体不溶性成分，淀粉、黄豆粉等增加 培养基的黏度，酶水解，降低大分子物质培养基的黏度，酶水解，降低大分子物质。（3 3）控制培养基的粘度：）控制培养基的粘度：发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备26ppt课件高压蒸气灭菌影响培养基的有效成分甚至是活性。高压蒸气灭菌影响培养基的有效成分甚至是活性。较高温度下长时间灭菌，营养成分会破坏，甚至产生较高温度下长时间灭菌，营养成分会破坏，甚至产生有毒物质。有毒物质。磷酸盐与碳酸钙、镁盐、铵盐也能反应，生成沉淀或磷酸盐与碳酸钙、镁盐、铵盐也能反应，生成沉淀或络合物，降低利用度。络合物，降低利用度。维生素等不耐高温分解破坏、失活。维生素等不耐高温分解破坏、失活。（4 4）控制灭菌操作）控制灭菌操作：发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备27ppt课件2.4.3 2.4.3 制药生产用培养基的配制制药生产用培养基的配制一般设计原则一般设计原则设计思路设计思路计算与定量配制计算与定量配制优化优化发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备28ppt课件1 1、培养基设计一般原则培养基设计一般原则生物学原则生物学原则：根据不同微生物营养和反应需求设计。：根据不同微生物营养和反应需求设计。营养物质组成：较丰富，浓度适当。营养物质组成：较丰富，浓度适当。成分之间比例：恰当，成分之间比例：恰当，C/NC/N比适宜，有机和无机氮合适。比适宜，有机和无机氮合适。原料之间：不能产生化学反应。适宜的原料之间：不能产生化学反应。适宜的pHpH和渗透压。和渗透压。工艺原则工艺原则：不影响通气搅拌、分离精制和废物处理，：不影响通气搅拌、分离精制和废物处理，过程容易控制。过程容易控制。低成本原则低成本原则：原料来源方便，质量稳定，质优价廉。：原料来源方便，质量稳定，质优价廉。高效经济原则高效经济原则：满足菌体生长和合成产物的需求，最：满足菌体生长和合成产物的需求，最高得率，最小副产物。高得率，最小副产物。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备29ppt课件2 2、培养基设计基本思路、培养基设计基本思路起始培养基起始培养基：根据他人的经验和使用。：根据他人的经验和使用。单因素实验单因素实验：确定最适宜的培养基成分。：确定最适宜的培养基成分。多因素实验多因素实验：各成分之间最佳配比和浓度优化。：各成分之间最佳配比和浓度优化。中试放大试验中试放大试验：摇瓶、小型发酵罐，到中试，最后放：摇瓶、小型发酵罐，到中试，最后放大大到生产罐。到生产罐。综合考虑各种因素，产量、纯度、成本等后，确定一个综合考虑各种因素，产量、纯度、成本等后，确定一个适宜的生产配方。适宜的生产配方。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备30ppt课件3 3、理论计算与定量配制、理论计算与定量配制微生物生长和生产可用下列表达式表示：微生物生长和生产可用下列表达式表示：碳源和能源氮源其他营养物质碳源和能源氮源其他营养物质细胞产物细胞产物COCO2 2H H2 2O O热量热量单位细胞生物量所需最小的营养物质单位细胞生物量所需最小的营养物质:单位产量的最小底物浓度单位产量的最小底物浓度:发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备31ppt课件碳源和氮源进行转化率计算和分析碳源和氮源进行转化率计算和分析初步计算：参考微生物的化学和元素组成。初步计算：参考微生物的化学和元素组成。转化率：单位质量原料生产的产物量或细胞量。转化率：单位质量原料生产的产物量或细胞量。理论转化率：根据代谢途径的物料衡算。理论转化率：根据代谢途径的物料衡算。实际转化率：发酵过程中实际测量数值计算。实际转化率：发酵过程中实际测量数值计算。目标：使实际转化率靠近理论转化率。目标：使实际转化率靠近理论转化率。发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备32ppt课件无法从生化反应原理来推断和计算出最佳培养基配方：无法从生化反应原理来推断和计算出最佳培养基配方：根据生理学和生物化学理论根据生理学和生物化学理论 参照前人所用的经验培养基参照前人所用的经验培养基 结合菌的特殊生物学和产品特征要求结合菌的特殊生物学和产品特征要求 进行大量细致和周密的试验研究进行大量细致和周密的试验研究发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备33ppt课件小结小结培养基组成与作用：培养基组成与作用：C C、N N、无机盐、水、生、无机盐、水、生 长因子、前体与促进剂、消泡剂长因子、前体与促进剂、消泡剂培养基制备与质量控制：固体、种子、发酵培养基制备与质量控制：固体、种子、发酵 培养基培养基生产用培养基制备：原则、思路、优化生产用培养基制备：原则、思路、优化发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备34ppt课件思考题思考题（1 1）培养基组成成分有哪些，有何作用？）培养基组成成分有哪些，有何作用？（2 2）固体培养基、种子培养基、发酵培养基的）固体培养基、种子培养基、发酵培养基的组成特点及其如何衔接？组成特点及其如何衔接？（3 3）如何研制生产用培养基？）如何研制生产用培养基？发酵制药发酵制药培养基制备培养基制备35ppt课件