微生物制药的一般工艺流程 微生物制药技能 工业微生物技能是可持续开展的一个重要支撑，是处理资源危机、生态环境危机 和改造传统产业的底子技能依托。工业微生物的开展使现代生物技能渗透到包含 医药、农业、动力、化工、环保等简直一切的工业领域，并扮演着重要人物。欧 美日等国已不同程度地拟定了往后几十年内用生物进程替代化学进程的战略计 划，能够看出工业微生物技能在未来社会开展进程中重要位置。 微生物制药技能是工业微生物技能的最首要组成部分。微生物药物的使用是从人 们熟知的抗生素开端的，抗生素一般界说为：是一种在低浓度下有挑选地按捺或 影响其他生物机能的微生物产品及其衍生物。(有人曾主张将动植物来历的具有 相同生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的领域，但大都 学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产品。)近年来，因为 根底生命科学的开展和各种新的生物技能的使用，报导的微生物发生的除了抗感 染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶按捺剂、免疫调理 剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了按捺某些微生物生命活动的规划。 但这些物质均为微生物次级代谢产品，其在生物组成机制、挑选研讨程序及出产 工艺等方面和抗生素都有一起的特色，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的， 所以不少学者就把微生物发生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢 产品统称为微生物药物。微生物药物的出产技能便是微生物制药技能。能够认为 包含五个方面的内容： 榜首方面 菌种的取得 依据材料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部分讨取或购买；从大 天然中别离挑选新的微生物菌种。 别离思路 新菌种的别离是要从稠浊的各类微生物中依照出产的要求、菌种的特 性，选用各种挑选办法，快速、精确地把所需求的菌种挑选出来。实验室或出产 用菌种若不慎污染了杂菌，也有必要从头进行别离纯化。详细别离操作从以下几个 方面打开。 定计划：首要要查阅材料，了解所需菌种的成长培育特性。 采样：有针对性地收集样品。 增殖：人为地经过操控养分或培条件，使所需菌种增殖培育后，在数量上占优势。 别离：使用别离技能得到纯种。 发酵功能测定：进行出产功能测定。这些特性包含形状、培育特征、养分要求、 生理生化特性、发酵周期、产品品种和产值、耐受最高温度、成长和发酵最适温 度、最适 pH 值、提取工艺等。 第二方面 高产菌株的选育 工业上出产用菌株都是经过选育过的。工业菌种的育种是运用遗传学原理和技能 对某个用于特定生物技能意图的菌株进行的多方位的改造。经过改造，可使现存 的优秀性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。 工业菌种育种的办法：诱变、基因搬运、基因重组。 育种进程包含下列 3 个进程： (1)在不影响菌种生机的前提下，有利基因型的引 入。(2)期望基因型的选出。(3)改善菌种的点评(包含实验规划和工业出产规划)。 挑选育种办法时需归纳考虑的要素(1)待改善性状的实质及与发酵工艺的联系 (例如分批或许接连发酵实验)；(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面知道 的明晰程度；(3)经济费用。假如对特定菌种的根本性状及其工艺知晓甚少，则 八成选用随机诱变、挑选及选育等技能；假如对其遗传及生物化学方面的性状已 有较深的知道，则可挑选基因重组等手法进行定向育种。 工业菌种详细改善思路：(1)免除或绕过代谢途径中的限速进程（经过增加特定 基因的拷贝数或增加相应基因的表达才能来进步限速酶的含量；在代谢途径中引 伸出新的代谢进程，由此供应一个旁路代谢途径。） (2)增加前体物的浓度。 (3) 改动代谢途径，削减无用副产品的生成以及进步菌种对高浓度的有潜在毒性的底 物、前体或产品的耐受力。(4)按捺或消除产品分化酶。 (5)改善菌种外泌产品 的才能。(6)消除代谢产品的反应按捺。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。 第三部分 菌种保藏技能 转接培育或斜面传代保藏； 超低温或在液氮中冷冻保藏； 土壤或陶瓷珠等载体枯燥保藏。 第四部分 发酵工艺条件的确认 微生物的养分来历 动力，自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。异养菌：碳水化合物等有机 物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。 碳源，碳酸气；淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构白腊，天 然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品 氮源，豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮，尿素，硫酸铵， 氨水，硝酸盐等无机氮，气态氮 无机盐，磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐，铁、锰、钴等微量元素等 特别成长因子，硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等 培育基的确认 （1）首要有必要做好查询研讨工作，了解菌种的来历、生活习惯、生理生化特性 和一般的养分要求。工业出产首要使用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生 物。它们对养分的要求既有共性，也有各自的特性，应依据不同类型微生物的生 理特性考虑培育基的组成。 （2）其次，对出产菌种的培育条件，生物组成的代谢途径，代谢产品的化学性 质、分子结构、一般提取办法和产品质量要求等也需求有所了解，以便在挑选培 养基时做到心中有数。 （3）最好先挑选一种较好的化学组成培育基做根底，开端时先做一些摇瓶实验; 然后进一步做小型发酵罐培育，探索菌种对各种首要碳源和氮源的使用状况和产 生代谢产品的才能。留意培育进程中的 pH 改变，调查适合于菌种成长繁衍和适 合于代谢产品构成的两种不同 pH，不断调整配比来习惯上述各种状况。 （4）留意每次只限一个变化条件。有了开端成果今后，先确认一个培育基配比。 其次再确认各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营 养要求，实验其最高、最低和最适用量。在组成培育基上得出必定成果后，再做 复合培育基实验。最终实验各种发酵条件和培育基的联系。培育基内 pH 可由添 加碳酸钙来调理，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调理。 （5）有些发酵产品，如抗生素等，除了制造培育基以外，还要经过中心补料法， 一面临碳及氮的代谢予以恰当的操控，一面间歇增加各种养料和前体类物质，引 导发酵走向组成产品的途径。 (6)依据经济效益挑选培并基质料 考虑经济节省，尽量少用或不必主粮，尽力节省用粮，或以其他质料代粮。糖类 是首要的碳源。碳源的代用品首要是寻觅植物淀粉、纤维水解物，以废糖蜜替代 淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖替代食用葡萄糖；石油作为碳源的微生物发 酵也能够出产以粮食为碳源的发酵产品。有机氮源的节省和替代首要为削减或代 替黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有丰厚蛋白质的质料为方针， 代用的质料能够是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄浆水或麸汁、饲料酵 母、石油酵母、骨胶、菌体、酒糟，以及各种食品工业下脚料等。这些代用品大 多蛋白质含量丰厚，价格低廉，便于因地制宜，便利运送。 培育工艺的确认： 培育条件：温度、pH 值、氧、种龄、接种量、温度 工业微生物的培育法分为静置培育和通气培育两大类型。 静置培育法行将培育基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行发酵，又称为 厌氧性发酵。通气培育法的出产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们成长的环 境有必要供应空气，以保持必定的溶解氧水平，使菌体敏捷成长和发酵，又称为好 气性发酵。 在静置和通气培育两类办法中又可分为液体培育和固体培育两大类型，其间每一 类型又有外表培育与深层培育之分。 关于液体深层培育： 用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由拌和桨叶涣散成细小气泡以促进 氧的溶解。这种由罐底部通气拌和的培育办法，相关于由气液界面靠天然涣散使 氧溶解的外表培育法来讲，称为深层培育法。特色是简单依照出产菌种关于代谢 的养分要求以及不同生理时期的通气、拌和、温度、与培育基中氢离子浓度等条 件，挑选最佳培育条件。 深层培育根本操作的 3 个操控点 ①灭菌：发酵工业要求纯培育，因此在发酵开端前有必要对培育基进行加热灭菌。 所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培育基和发酵罐进行加热灭菌，或许将培育基 由接连加热灭菌器灭菌，并接连地运送于发酵罐内。②温度操控：培育基灭菌后， 冷却至培育温度进行发酵，因为跟着微生物的增殖和发酵会发热、拌和产热等， 所认为保持温度稳定，须在夹套中以冷却水循环流过。 ③通气、拌和：空气进 入发酵罐前先经空气过滤器除掉杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通 过拌和将空气涣散成细小气泡。为了延伸气泡停留时刻，可在罐内装挡板发生涡 流。拌和的意图除了溶解氧之外，可使培育液中微生物均匀地涣散在发酵罐内， 促进热传递，以及为调理 pH 而使参加的酸和碱均匀涣散等。 第五部分 发酵产品的别离提取 提取办法： 过滤 离心与沉降 细胞破碎 萃取 吸附与离子交换 色谱别离 沉析（盐析、有机溶剂沉析、等电点等） 膜别离 结晶 枯燥 别离提取进程的几个留意的问题： 水质 热源去除（石棉板吸滤、活性碳吸附、过离子交换柱） 溶剂回收 废物处理 生物安全性