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生物制药工程---微生物发酵罐在线视频

下一节:讲义

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生物制药工程---微生物发酵罐课程教案、知识点、字幕

驯服微生物 没有那么容易

我们了解了微生物的基本习性

培养的基本方法

那么 怎样才能让微生物更快更多的生产

我们所需要的产品呢

我们今天就来更加深入的了解控制微生物代谢的方法

我是本次课的主讲老师 周渭

为了使目标次级代谢产物发酵的产率更高 效率更高

我们可以从多个层面对发酵工艺进行调节

第一个层面 是从基因水平进行调控

即从基因层面改变生物的代谢途径

提高发酵产率和效率

自然选育 诱变育种和基因重组等方法

可以非定向或定向的改变微生物的代谢途径

获得稳定高产的菌种

第二个层面 是酶分子水平的调控

合成目标次级代谢产物的生物合成途径

往往多个酶参与

提高酶的活性可以提高次级代谢产物的产量

加入酶的诱导剂可以增加诱导性的关键酶的浓度

诱导剂一般为酶的底物

例如 β半乳糖苷酶受底物乳糖的诱导

而表达量增加

另外我们也可以加入酶的稳定剂或激活剂

例如钾离子 铵根离子 钠离子 锌离子等

对多种酶的活性都具有调节作用

第三个层面 是营养供需的调节

调节培养基中的营养成分的配比

我们希望在对数生长期

培养基的组分对微生物的生长和繁殖有利

而在稳定期的时候

培养基成分对于次级代谢产物的生物合成有利

因此 在进行发酵工艺摸索的时候

需要重点关注

培养基的组成和配比

对于微生物生长和次级代谢产物的生物合成的影响

在这里我们有必要了解一下培养基的组成

培养基的主要构成有碳源 氮源

无机盐 水 生长因子 发酵前体和促进剂等

碳源和氮源主要为微生物的生长

和繁殖提供能量和营养

无机盐离子可以调节微生物的生长

发酵前体是某些化合物

在被微生物摄取后被用于次级代谢产物的生物合成

例如苯乙酸是发酵青霉素的必要前体

苯乙酸的加入能够显著提高青霉素G的发酵产量

促进剂能够促进次级代谢产物的生成

例如氯化物有利于灰黄霉 金霉素的合成

这些就是部分微生物发酵制药中的前体

以及相应的发酵产物

第四个层面 培养条件的调控

是最主要的调控层面

温度 罐压 搅拌 通气量 黏度 pH值

菌体浓度等都是影响发酵的重要的外部因素

菌体的生长存在一个最适温度范围和最佳温度点

例如 金霉素链霉菌在30摄氏度以下合成金霉素较多

35摄氏度以上只生产四环素

由于发酵是一个产热的过程

大部分时候需要通过发酵罐的夹层内的冷却水

进行冷却降温

培养环境的酸碱度也是一个非常重要指标

随着培养基的消耗 代谢物的增多

会影响培养环境的酸碱度

例如 细菌使用葡萄糖作为碳源

代谢产生的丙酮酸的累积

可能会使培养基的pH值降低至3.6

根据菌体生长最适pH值和产物生产最适pH值

可以通过培养基配制 补料

或者外加酸碱等方式来调节发酵环境的酸碱度

溶解氧是细菌细胞呼吸的底物

不同的菌种对于溶解氧浓度的需求是不同的

有一个适宜的范围 并不是越高越好

菌体生长会耗氧 设备通过搅拌或着鼓泡可以供氧

供氧和耗氧维持溶解氧平衡

菌体在不同的生长阶段耗氧速率会有所差异

在发酵前期 菌体生长繁殖旺盛

呼吸强度大 耗氧量大

在发酵后期 菌体自溶 耗氧量会相应减少

供氧速率则与通气速率 搅拌速率等因素有关

由于培养过程中存在蛋白质类 糖类等发泡物质

在通气条件下 容易产生泡沫

泡沫过多会影响设备的填料系数

溢出则会影响管路 造成污染

因此需要进行调控

泡沫过多时 可以开启消泡桨

通过机械方式进行消泡

也可以通过往培养基内加入天然油脂

或聚醚类消泡物质来进行消泡

由此可见 微生物制药的发酵过程的控制

涉及的因素较多 有大量的参数需要监控

这些参数可以分为物理参数 化学参数

和生物参数三类

物理参数包括温度 压力 体积和流量

化学参数包括pH值 氧化还原电位 溶解氧

二氧化碳溶解浓度 尾气成分

培养基成分 产物浓度等

生物学参数包括菌体浓度

菌体形态 酶活性 胞内成分等

这些参数有些可以通过传感器直接获取

有些则需要定时采样再经过仪器分析

既然我们知道了微生物发酵需要怎样控制

那我们设想一下

能够满足以上功能的发酵系统应该是什么样子的呢

这是一个非常典型的微生物发酵罐

由不锈钢制造 容积为800L

大型的微生物发酵罐的容积可以高达数十立方米

我们可以看到

这个微生物发酵罐与化学反应器类似

但是阀门和结构更加丰富

这是微生物发酵罐的结构示意图

图中我们可以看到 温度 压力

pH值 溶解氧等传感器

电动机驱动的搅拌桨 其下方为空气喷布器

反应器周身分布培养液进口 出料口 蒸汽入口等

通过管道和相应的阀门与外界连接

在实际生产中 菌种并不是直接投入发酵罐

而是往往采用多级发酵方式

通过实验室制备孢子 摇瓶种子制备

多级种子罐发酵

当种子的数量和质量都满足要求后

才能分批或连续投入生产发酵罐中进行发酵

最后综合考虑产量和成本

确定在在发酵终点结束发酵

后续发酵液还将经过分离和纯化工序

收获目标发酵产物

我们今天学习了四个层面调控微生物发酵制药的方法

以及可以监测可以调节的关键参数

也进一步认识了发酵罐的结构功能和运转方式

以上就是本次课的重点内容

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---微生物发酵罐笔记与讨论

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