第六篇微生物在药学中应用.docx

第一节微生物发酵制药 一、微生物发酵的概念及分类 (一)微生物发酵的概念 所谓发酵( fermentation)原来是指在厌氧条件下酵母菌分解碳水化合物释放能量以及得到产物的过程。随着科学技术的进步，尤其是分子生物学的发展，赋予了发酵新的更广泛的内涵，即发酵是借助于生物细胞(含动、植物细胞和微生物)在有氧或无氧条件下进行生命活动来制备产物的所有过程。 微生物发酵就是利用微生物生命活动产生的酶对各种原料进行酶加工以获得所需 产品的过程。它已成为一门工程学科，其利用的细胞一般都经过人工改造，然后再通过 控制培养条件使其最大限度地生产目的产物。 （二）微生物发酵的类型 由于微生物代谢类型的多样化，不同的微生物对同一物质进行发酵或用同一种微生物在不同的条件下进行发酵，可以获得不同的产物。因此，发酵的类型也多种多样。常见的微生物发酵类型有几种工业生产中常将发酵类型结合使用，如液体深层发酵、需氧浅层发酵。 二、微生物发酵制药的基本流程 微生物的发酵技术一般分为上游技术、中游技术和下游技术二个阶段。上游技术是指发酵生产用菌种的选育；中游技术是指微生物在适宜条件下的培养过程，即发酵阶段;下游技术是指从发酵培养液中分离、提取、精制加工有关产品的过程，即提取阶段。 2.微生物发酵培养的方法 现代发酵工业上常用的培养方法有分批发酵法、连续发酵法、补料分批发酵法和固定化细胞发酵法。 3，发酵工艺控制 微生物发酵生产的水平最基本的是取决于生产菌种的性能，而 优良菌种还需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，使其处于最佳的产物合成状 态，才能取得优质高产的效果。 (l)无菌操作:发酵过程中发生杂菌污染影响产品生成量，因此，在移种、取样等过 程中应进行严格的无菌操作。 （2）营养物质:发酵中微生物所需要的营养必须充足。因此，应定时抽取发酵液对 其营养物质进行监测，及时添加或调整各种营养物质，确保微生物细胞的快速生长及代 谢活动。 （3）溶解氧:氧气的供给往往是需氧深层发酵能否成功的重要限制因素。氧在培养基中的溶解度极低，即使培养基是被空气饱和的，其中溶解氧依然很少。生产中大多是往发酵罐内通人无菌空气并加以搅拌，来维持溶解氧水平。 (4)通气和搅拌:通气的目的是为微生物细胞提供所需要的氧。搅拌除有利于增加“培养基中溶解氧的浓度，提高通气效果外，还有利于热交换，使培养液的温度，致;有利于营养物质和代谢物的分散均匀。 (5)温度:发酵过程中的温度可影响微生物的生长、产物的形成、发酵液的物理性质、生物合成的方向等，而最适发酵温度又因菌种、培养基成分和浓度、菌体生长阶段、培养条件的不同有所差异。在抗生素发酵中，选择最适发酵温度主要从两方面考虑，即微生物生长的最适温度和代谢产物合成的最适温度，因为这两个阶段所需温度往往不同，如青霉素产生菌生长的最适温度为30℃，而产生青霉索的最适温度是24.7℃:因此，实践中应结合考虑具体情况进行最适温度的选择控制。 (6)酸碱度:各种微生物都有自己生长与生物合成的最适酸碱度，有些生长繁殖阶段与产物形成阶段所需的最适ph是不一致的。如链霉菌生长最适pH为6.3~6.9，而链霉索形成的最适pH为6. 7~7. 3。发酵过程中培养基的酸碱度会随多种因素的影响而发生变化，因此在发酵过程中应定时测定，并以生理酸性物质(如硫酸钱等)或生理碱性物质（如氨水等）调节pH，以适应微生物生长和产物合成的需要。 (7)泡沫:通气、搅拌、微生物代谢等多方面因素均可造成泡沫的形成，这是发酵中的正常现象，但过多的泡沫会影响生产，如会占据空间而使发酵液减少、会增加杂菌污染机会、影响微生物的呼吸而使其代谢异常等。生产中常通过机械的强烈振动或加人消沫剂来除去泡沫。 （8）杂菌污染:非发酵用微生物进人发酵系统会影响发酵的正常进行。因此在发酵的进程中，要及时发现和消除杂菌污染。监测方法是在发酵的各个阶段定期从取液孔取出一定量的发酵液进行检杳，发现污染及时采取相应的处理措施。 (9)发酵终点的判断;发酵过程中通过定期取样，测定产物的含量、发酵液的酸碱度、含糖量和含氮量、菌体量及菌体形态的观察等，判断合适的放罐时机。一般放罐应在产物产量的高峰期，过早或过迟都会影响产物的产量。 〔二)下游加工过程—提取阶段 发酵液组成非常复杂，其中微生物细胞碎片、杂蛋白质、无机离子、代谢产物等杂质含量很高，发酵目的产物所占比例极少，大多低于10% ,各种抗生素的浓度不足1 %。提取阶段的主要任务就是采取适宜的方法技术，从发酵液中分离得到符合要求的发酵产品。 由于发酵生产的目的产物不同(如有的需要菌体、有的需要初级代谢产物、有的需要次级代谢产物)，对产品质量的要求也有所差异，因此获取产品的方法技术不尽相同，但