发酵工程技术制药.pptx
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1、发酵工程制药发酵工程制药第一节:微生物细胞工程发酵工程制药第一节:微生物细胞工程发酵工程制药生产原理生产原理第二节:利用微生物进行药物的生产实例第二节:利用微生物进行药物的生产实例第一页,共七十页。一、一、发酵生产过程发酵生产过程生产用菌种生产用菌种-原始材料原始材料-培养基培养基-程序程序-生产细那么生产细那么-以青霉素为例讲解以青霉素为例讲解第二页,共七十页。1青霉素青霉素penicillin所用菌种所用菌种-黄青霉菌黄青霉菌原始材料原始材料-氨基氨基已二酸、半胱氨酸、已二酸、半胱氨酸、缬氨酸。缬氨酸。发酵方法发酵方法-加前体物加前体物质的深层发酵法。质的深层发酵法。青霉素发现者弗莱明青霉
2、素发现者弗莱明第三页,共七十页。沙土管菌种沙土管菌种转移到固体琼脂斜面培养基上,转移到固体琼脂斜面培养基上,24培养培养5-6天,获得芽孢天,获得芽孢芽孢悬浮于无菌水中,进行摇瓶培养芽孢悬浮于无菌水中,进行摇瓶培养进入移种瓶培养进入移种瓶培养进种子罐,接种量为进种子罐,接种量为5%-10%进繁殖罐,进繁殖罐,28培养培养48-96小时小时进入发酵罐,开始生产。进入发酵罐,开始生产。鼓式过滤鼓式过滤第一次萃取器第一次萃取器纯化柱纯化柱第二次萃取器第二次萃取器第三次萃取器第三次萃取器真空结晶釜真空结晶釜瓷过滤器瓷过滤器结晶洗涤釜结晶洗涤釜真空枯燥器结束真空枯燥器结束程序程序第四页,共七十页。1使用
3、消沫剂,由于发酵过程中产生大量的使用消沫剂,由于发酵过程中产生大量的CO2,会产生,会产生大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处理。大量泡沫。可采用植物油、豆油、合成消沫剂进行消沫处理。2温度控制在温度控制在24-30、PH值控制在值控制在6.8-7.2。3应该注意控制残糖量、复原糖量、应该注意控制残糖量、复原糖量、PH值、氨、氮、溶解值、氨、氮、溶解氧量。氧量。4发酵过程中要注意通气搅拌,所通入的空气必须是无菌的。发酵过程中要注意通气搅拌,所通入的空气必须是无菌的。5发酵罐必须保持正压发酵罐必须保持正压20-30kPa,以防罐外不洁净的空,以防罐外不洁净的空气流入。气流入。6目前
4、国际上青霉素发酵的水平已经到达目前国际上青霉素发酵的水平已经到达8万多单位万多单位/ml,相当于,相当于50g/L。生产细那么生产细那么第五页,共七十页。二、二、灭菌技术灭菌技术灭菌操作是为了保证杂菌不进入工业发酵系统。一灭菌工程二灭菌方法三灭菌的矛盾之处四具体的灭菌技术第六页,共七十页。一灭菌工程一灭菌工程1、在投入生产之前,必须对设备、管道进行彻底清洗、和严格灭菌。2、对通入的培养基、通入的空气进行先行灭菌。第七页,共七十页。二灭菌方法二灭菌方法2、化学法1、加热法3、辐射法4、过滤法第八页,共七十页。三灭菌的矛盾之处三灭菌的矛盾之处对杀灭细菌的同时1、培养基中的营养成份也随之遭到分解和破
5、坏。2、杀死杂菌的同时也杀死了工程细菌。第九页,共七十页。四具体的灭菌技术四具体的灭菌技术可分为6种技术:1、间歇灭菌法、间歇灭菌法2、加热灭菌法、加热灭菌法3、连续灭菌法、连续灭菌法4、空气加热灭菌法、空气加热灭菌法5、空气过滤灭菌法、空气过滤灭菌法6、营养物质瞬时高温杀菌法、营养物质瞬时高温杀菌法第十页,共七十页。1:间歇灭菌法:间歇灭菌法又称为分批灭菌,是指将培养基放在发酵罐内,然后连罐加热到规定的灭菌温度。1灭菌方法2本卷须知3间歇灭菌法的优点第十一页,共七十页。1灭菌方法灭菌方法间歇灭菌的操作过程分为3个过程:加热-保温维持-冷却。这些不同的阶段,均能够起到灭菌的作用。然而,在灭菌过
6、程中,保温杀菌的作用是主要的,冷却杀菌的作用最小。第十二页,共七十页。2本卷须知本卷须知应当防止过长的加热时间,否那么常常会破坏培养基中的营养物质。系统经过灭菌操作之后,必须到达不留1个杂菌,否那么,只要经过1昼夜的增殖,1个杂菌就会增加到272个杂菌,最后会导致整批发酵液的失败。第十三页,共七十页。3间歇灭菌法的优点间歇灭菌法的优点设备造价低廉。便于进行手动操作。第十四页,共七十页。2:加热灭菌法:加热灭菌法隧道灭菌箱设备第十五页,共七十页。3:连续灭菌法:连续灭菌法1定义定义2技术分类技术分类3连续灭菌法的优点连续灭菌法的优点4连续灭菌法的缺乏连续灭菌法的缺乏第十六页,共七十页。1定义定义
7、连续灭菌法是指灭菌的操作的加热、保温维持、冷却这三个过程,在同一时间内进行。因此,在连续灭菌系统中,需要分别设置加热设备、保温维持设备、冷却设备。第十七页,共七十页。2技术分类技术分类连续灭菌法可以分为2种:1加热、冷却缓慢交替进行方法。2迅速升温+闪急冷却方法-这种方法称为HTST方法,这对于保证营养物质极为有利。第十八页,共七十页。3连续灭菌法的优点连续灭菌法的优点1可减少培养剂中营养物质的损失、提高产物收率。2由于操作条件恒定,可以获得稳定的灭菌质量。3容易实现自控操作。4能够防止系统的反复加热和冷却,可提高热利用率。是目前很多制药厂经常采用的方法。第十九页,共七十页。4连续灭菌法的缺乏
8、连续灭菌法的缺乏1投资较大,2需要同时设置加热、冷却装置。第二十页,共七十页。4:空气加热灭菌法:空气加热灭菌法利用空气压缩时产生的高温,使得微生物体内的蛋白质变性,而到达杀菌目的,这种方法称为空气加热灭菌法。不同温度下的空气细菌存活时间:200/15.1s,250/5.1s,300/2.1s,350/1.05s。干热杀菌的流程通常是:先采用废热,将空气预热到60-70,然后进入压缩机压缩,并在200以上的温度维持一段时间。以便杀死杂菌,然后再进入发酵罐之中。第二十一页,共七十页。5:空气过滤灭菌法:空气过滤灭菌法是指让空气通过过滤介质,以阻截空气中所含的微生物,取得无菌空气的目的。空气过滤分
9、为2种:1绝对过滤2深层过滤陶瓷过滤机陶瓷过滤机第二十二页,共七十页。1绝对过滤绝对过滤如超滤膜过滤就属于绝对过滤是指所用滤膜的孔径小于空气中的固体颗粒。从而把颗粒截留。第二十三页,共七十页。2深层过滤深层过滤是凭借滤层内的曲折通道,而将颗粒截留的方法。它不要求滤膜的孔径小于空气中的固体颗粒。这是目前发酵工业常用的过滤除菌方法。深层过滤所用的过滤介质-棉花、活性碳、玻璃纤维、合成纤维、各种有机或无机的烧结材料烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料、蒙乃尔合金粉烧结板、超细玻璃纤维、超细玻璃纤维过滤纸,微孔聚合物聚乙烯醇PVA过滤板、PVA烧结板等已经在日本的发酵工业中广泛应用。第二十四页,共七十页。6:
10、营养物质瞬时高温杀菌法:营养物质瞬时高温杀菌法一般来说,当温度升高时,微生物死亡速率的增加营养物质遭到破坏的速率。因此,对于瞬时的高温,细菌常常被杀死,而营养物质那么破坏得不多。根据这一原理,可以采用营养物质瞬时高温杀菌法进行杀菌操作。第二十五页,共七十页。三、别离纯化技术三、别离纯化技术微生物的发酵产物是一种混合物,里面除了含有主要产物以外,还含有未能转化的基质和底物、剩余的原料、大量的水、微生物细胞、各种杂质。因此,必须对发酵产物进行别离和纯化。别离和纯化过程被称作“下游加工过程,需要经过以下这几个阶段:一固体物质的去除,二初步别离,三产品提纯,四产品的最终别离。第二十六页,共七十页。一固
11、体物质的去除一固体物质的去除1、目的、目的2、常用的方法有、常用的方法有3、常用的设备、常用的设备4、固体物质的前期预处理技术、固体物质的前期预处理技术第二十七页,共七十页。1、目的、目的1别离出完整的细胞。2将细胞进行溶菌处理,提取细胞内的生物产品。3除去细胞有残留碎片。4除去没有转化的不溶性基质。5一局部细胞返回到反响器内,进行再循环操作。第二十八页,共七十页。2、常用的方法、常用的方法1过滤法-分批过滤、连续真空过滤、错流流动过滤。错流流动过滤法-使液体平等于过滤膜的外表进行流动,这样能够不断地移去在滤膜外表积累的细胞物质,从而获得近似于恒定的过滤速率。2离心别离法-垂直式离心、水平式离
12、心。3沉降法-与一般的自由沉降不同,工业生产过程的沉降都属于干扰式沉降。第二十九页,共七十页。3、常用的设备、常用的设备1过滤设备-板框过滤机、回转真空过滤机2离心设备-转篮式离心过滤机三足式离心过滤机、刮刀卸料式离心过滤机、沉降式离心过滤机、喷雾离心过滤机、间断排料式离心过滤机、倾析式离心过滤机。3沉降设备-管式离心沉降机。第三十页,共七十页。4、固体物质的前期预处理技术、固体物质的前期预处理技术由于生物反响液的粘度很大,直接别离往往比较困难,因此,常常对其进行预先的前期处理,来提高别离效果。常见的预处理技术有:1使细胞老化凝聚成团,2加热,3改变PH值,4添加化学物质促进凝聚,如参加高分子
13、电解质、氯化钙、胶态粘士。第三十一页,共七十页。二初步别离二初步别离进一步把已经别离的溶液浓缩,提高目的产物浓度的方法,称为初步别离。初步别离的具体方法可以分为:1、蒸发2、萃取3、沉淀4、膜别离第三十二页,共七十页。1、蒸发、蒸发蒸发是通过加热,使溶液中的水经过汽化除去要提高溶质浓度、为溶质的析出创造条件的一种操作方法。各种代谢物,如氨基酸、抗生素、酶都可以进行蒸发操作。由于生物产品大多数是热敏性物质,所以物料在蒸发器内的停留时间必须尽可能短,同时,还应该昼防止局部液体过热。第三十三页,共七十页。LG系列离心式刮板薄膜蒸发器示意图系列离心式刮板薄膜蒸发器示意图蒸发设备1连续流动膜式蒸发器,2
14、长管膜式蒸发器,3强制膜式蒸发器,4离心膜蒸发器。第三十四页,共七十页。2、萃取、萃取萃取是通过物质在2种溶液之间不同的溶解度,来实现别离的操作方法。萃取的分类1有机溶剂萃取2双水相萃取第三十五页,共七十页。1有机溶剂萃取有机溶剂萃取许多抗生素都能够溶解在有机溶剂之中,如乙酸乙酯、乙酸丁酯、因此,通过萃取,可使得抗生素从水相进入有机相之中,从而实现别离。由于抗生素在有机溶剂之中极不稳定,因此,在保证萃取效率的前提条件下,必须尽量缩短操作时间。有机溶剂萃取设备可使用Podbielniak离心萃取机。第三十六页,共七十页。SFT-150超临界萃取反响仪超临界萃取反响仪利用萃取法来提取抗生素,具有质
15、量好、收率高、速度快的优点。双水相萃取法,目前用于进行酶、和蛋白质的提取工艺。第三十七页,共七十页。2双水相萃取双水相萃取使用2种互不相溶的高聚物,如聚乙二醇PEG、葡聚糖,分别将它们溶于水中形成双水相,利用目的产物在双水相中不同的分配系数而实现别离的方法,称为双水相萃取。萃取之后的目的产物可以通过超滤法进行提纯。双水相萃取材料-1PEG-葡聚糖萃取系统,2PEG磷酸钾萃取系统。第三十八页,共七十页。3、沉淀、沉淀蛋白质在溶液中具有“等电点的特性,而且其等电点与溶液PH值有关,PH值大,蛋白质呈负电,PH值小,蛋白质呈正电,当PH=pI等电点时,蛋白质不带电荷。蛋白质在PI时的溶解度最小。这是
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- 发酵 工程技术 制药
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