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生物制药工程---微生物发酵原理与控制在线视频

下一节:讲义

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生物制药工程---微生物发酵原理与控制课程教案、知识点、字幕

人类在一万多年前 驯化了灰狼

让狗成为了人类忠诚的伙伴

人类大约在六千年前 驯化了水稻

哺育了人类绵延至今

直到上个世纪 人类才开始逐渐驯化微生物

让微生物不再仅仅是腐败和疾病的来源

微生物发酵技术的发展

让微生物在食品和医药领域内越来越好的造福人类

几乎所有的抗生素都来源于微生物发酵技术

今天我们就来学习微生物发酵制药的基本原理

我是本节课的主讲老师 周渭

在上一节课中我们了解了微生物发酵制药

大致可以分为三个阶段

菌种选育和保存阶段

发酵阶段和分离纯化阶段

人类迄今为止发现并分离了9000多种抗生素

并以此为基础开发了1000多种半合成抗生素

其中实际生产和应用的抗生素有100多种

大家所熟知的青霉素来源于灰黄青霉菌

红霉素来源于红色链霉菌

被誉为抗生素的最后一道防线

能够应对超级病菌的万古霉素

来源于东方拟无枝酸菌

这些菌种都来源于自然界

经过不断的育种选育 发展为优秀的工程菌种

这些菌种有些是细菌 有些是放线菌

还有一些是丝状真菌

菌种在发酵的过程当中

按照生长阶段可以分为四个阶段

迟缓期 对数期 稳定期和衰亡期

细菌刚接种到新的培养基内

代谢系统需要适应新的环境

合成必要的代谢酶

这个阶段称之为迟缓期

在迟缓期内 细菌的生长速率较低

接下来 细菌进入对数期

细菌适应了新的培养环境

菌体不断生长和繁殖

大量消耗氮源和碳源等培养基成分

在这个阶段细菌的生长速度最快 代谢旺盛

酶系统活跃 活细菌数与总细菌数大致接近

在接下来的稳定期内 活的细菌数量基本保持稳定

代谢产物逐渐增加 大量消耗氮源和碳源

不断合成代谢产物 代谢产物的累积达到最高峰

最后的衰亡期内 菌体开始老化

细菌死亡速度大于新生速度

产物合成能力降低 细胞开始自溶

发酵即将结束

生物发酵制药最核心的环节在稳定期

大家所熟知的次级代谢产物的生物合成

主要发生在这个阶段

与次级代谢产物关联非常密切的一个概念

是初级代谢产物

初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的

自身生长和繁殖所必需的物质

例如氨基酸 核苷酸 多糖 脂类 维生素等

相应的

次级代谢是帮助微生物抵抗逆境 分解毒素的

由次级代谢途径产生的一类代谢物

它们对微生物是非必需的

通常化学结构非常多样

如抗生素 生物碱 内酯 多肽等

简而言之 初级代谢产物是帮助微生物生存

而次级代谢产物帮微生物在环境中活得更好

我们在培养微生物的时候 为了提高生产效率

获得高纯度的次级代谢产物

希望发酵过程中只有我们希望的工程菌

而没有其他的微生物的干扰

因此 要开发出微生物纯培养技术

即在一个密闭的容器中

只有一种微生物的生长和繁殖

进行代谢活动

纯培养技术是微生物发酵制药中最核心的技术

为了实现纯培养 我们可以从这三个方面入手

第一个是保证菌种的纯度

一般是通过细菌纯化分离的方法来实现

第二个方面是要求密闭的培养系统

在接种菌种之前是无菌的

第三个方面是要求在培养过程中不会被杂菌污染

输入到培养系统内的培养基 空气是无菌的

整个培养系统完好无损 操作过程中无泄漏

总的说来 就是要求在发酵系统投料前是无菌的

投进的物料 包括菌种和培养基是无菌的

投料后的发酵过程都是无菌的

杂菌的污染是影响发酵结果的最重要的原因

杂菌不仅消耗营养物质 改变最适宜的发酵环境

甚至能够通过它的次级代谢产物抑制工程菌的生长

为了克服杂菌的污染

可以通过杀灭杂菌和阻挡杂菌这两种方法来实现

也由此发展起来灭菌技术和除菌技术

灭菌是指杀灭物料和设备中的微生物

达到无活性微生物存在的过程

能够杀灭微生物的化学物质很多

如高锰酸钾 双氧水 环氧乙烷等

一般可以用于器具和生产车间台面 地面等的消毒

物理方法中的高温和紫外线辐射

对于生物细胞的杀伤能力也很强

可以广泛的用于灭菌消毒

一般在115到140摄氏度

保持一段时间可以杀死各种微生物

达到灭菌的目的

这称之为干热灭菌

高压蒸汽灭菌也称为湿热灭菌

它的效果比干热灭菌更好

凭借高温高压水蒸气的良好的热穿透能力

并且高温水蒸气为制药工厂的常规消耗

高温蒸汽灭菌的适用范围更广

一般115摄氏度

灭菌30分钟即可达到良好的灭菌效果

非常适合培养基 发酵设备和管路的灭菌

从这张表我们可以看出

无论是干热灭菌还是湿热灭菌

温度越高 所需的灭菌时间越短

但是 有些培养基对热敏感

高温可能会使培养基中的有效成分失活

改变培养基的pH值

这种情况就需要使用高温快速灭菌法

在更高的温度下

微生物死亡的速率会快于营养物质分解速率

这样可以通过使用更高的温度

如130到140摄氏度 保持2到3分钟

即可培养基进行灭菌

既能保证良好的灭菌效果

也对营养物质的影响较小

除菌技术主要是通过过滤的方式除去微生物

主要用于发酵过程空气的过滤

也适用于少量的 热不稳定的培养基或添加剂的除菌

目前发展起来的膜过滤技术

采用过滤粒径小于0.3微米的硝酸纤维膜

聚四氟乙烯膜等来对空气进行过滤 再通入发酵系统

虽然空气的过滤的原理非常简单

但是 由于微生物发酵制药

需要满足发酵用无菌空气的质量标准

压强为0.2-0.4兆帕

每分钟每立方米的发酵液

通入标准状态下的空气流量

一般为0.1到2立方米(VVM)

相对湿度小于70%

温度比发酵温度高10到30摄氏度

无菌程度要求1000次使用周期中

只允许有1个细菌通过

因此 需要设计严谨的工艺流程

来保证通入发酵系统的空气符合标准

这是一种非常典型的除菌工艺流程

两级冷却加热除菌流程

空气从采风塔吸入后 通过前置过滤器

一般为无纺布

截留空气中粒径较大的灰尘

再经空气压缩器压缩后空气体积减小

温度上升至120到150摄氏度

热空气在空气储罐内保存一段时间

这样起到高温灭菌的作用

在经第一级冷却器冷却至30到35摄氏度后

大部分的水和油凝结为粒径较大的雾滴(>20μM)

可以用旋风分离器分离

之后在第二级冷却器能够进一步冷却至20-25摄氏度

析出较小的雾滴(>1μM)

适宜采用丝网分离器分离

空气再经过空气加热器

相对湿度降低至50%到60%

温度达到30到35摄氏度

最后经过一级或多级空气过滤器

对空气进行除菌

达到微生物发酵制药无菌空气的标准

我们了解了微生物生长的特征

学习了微生物发酵制药的核心技术为微生物纯培养

不同的实现设备 管路 培养基 空气的灭菌和除菌方法

为我们更加熟练的驯化微生物打下了基础

以上就是我们本次课的重要内容

谢谢大家 我们下次课再见

制药工程原理与设备课程列表:

绪论

-绪论

-绪论讲义

-绪论课后作业

第一章 原料药制备工程

-1.1 化学制药工程——化学制药工艺

--化学制药工程---化学制药工艺

--讲义

--课后作业

-1.2 化学制药工程——合成路线的优化

--化学制药工程---合成路线的优化

--讲义

--课后作业

-1.3 化学制药工程——单元反应的优化

--化学制药工程---单元反应的优化

--讲义

--课后作业

-1.4 化学制药工程——釜式反应器

--化学制药工程---釜式反应器

--讲义

--课后作业

-1.5 生物制药工程——生物制药的一般流程

--生物制药工程---生物制药的一般流程

--讲义

--课后作业

-1.6 生物制药工程——微生物发酵原理与控制

--生物制药工程---微生物发酵原理与控制

--讲义

--课后作业

-1.7 生物制药工程——微生物发酵罐

--生物制药工程---微生物发酵罐

--讲义

--课后作业

-1.8 生物制药工程——动植物细胞制药

--生物制药工程---动植物细胞制药

--讲义

--课后作业

-1.9 天然药物中药制药工程——中药提取工艺流程

--天然药物中药制药工程---中药提取工艺流程

--讲义

--课后作业

-1.10 天然药物中药制药工程——中药提取设备

--天然药物中药制药工程---中药提取设备

--讲义

--课后作业

第二章 制药分离工程

-2.1 萃取

--萃取

--讲义

--课后作业

-2.2 复杂萃取

--复杂萃取

--讲义

--课后作业

-2.3 过滤与离心

--过滤与离心

--讲义

--课后作业

-2.4 膜分离

--膜分离

--讲义

--2.4 课后作业

-2.5 蒸发

--蒸发

--讲义

--2.5 课后作业

-2.6 干燥

--干燥

--讲义

--2.6 课后作业

第三章 药物制剂工程

-3.1 基础概念

--基本概念

--讲义

--课后作业

-3.2 认识剂型

--认识剂型

--讲义

--3.2 课后作业

-3.3 粉碎和筛分

--粉碎和筛分

--讲义

--课后作业

-3.4 混合

--混合

--讲义

--课后作业

-3.5 制粒

--制粒

--讲义

--课后作业

-3.6 片剂的制备

--片剂的制备

--讲义

--课后作业

-3.7 胶囊剂的制备

--胶囊剂的制备

--讲义

--课后作业

-3.8 无菌制剂制备

--无菌制剂制备

--讲义

--课后作业

-3.9 制药用水

--制药用水

--讲义

--课后作业

第四章 制药车间设计

-4.1 车间设计基础——GMP及法规

--车间设计基础---GMP及法规

--讲义

--课后作业

-4.2 车间设计基础——洁净车间

--车间设计基础---洁净车间

--讲义

--课后作业

-4.3 车间设计基础——建筑及消防基础

--车间设计基础---建筑与消防基础

--讲义

--课后作业

-4.4 车间设计流程——设计任务书

--车间设计流程——设计任务书

--讲义

--课后作业

-4.5 车间设计流程——工艺流程设计

--车间设计流程——工艺流程设计

--讲义

--课后作业

-4.6 车间设计流程——物料衡算

--车间设计流程——物料衡算

--讲义

--课后作业

-4.7 车间设计流程——能量衡算

--车间设计流程——能量衡算

--讲义

--课后作业

-4.8 车间设计流程——设备选型

--车间设计流程——设备选型

--讲义

--课后作业

-4.9 车间设计流程——车间布局

--车间设计流程——车间布局

--讲义

--课后作业

-4.10 车间设计流程——管道布置

--车间设计流程——管道布置

--讲义

--课后作业

-4.11 车间设计流程——设计说明书编制

--车间设计流程——设计说明书编制

--讲义

--课后作业

生物制药工程---微生物发酵原理与控制笔记与讨论

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