微生物发酵制药(上)
发酵制药知识点归纳总结
发酵制药知识点归纳总结一、发酵制药概述1. 发酵制药的定义：发酵制药是利用微生物、酶或细胞等生物体的代谢活动，生产生物制药品的一种方法。
2. 发酵制药的历史：发酵制药起源于古代，但现代发酵制药始于19世纪末20世纪初，随着生物工程和分子生物学的发展，发酵制药技术得到了新的发展。
二、发酵制药的生物体1. 微生物：包括细菌、真菌、酵母等，广泛应用于发酵制药中。
2. 酶：可由微生物或动植物中分离提取，用于生产特定的药物。
3. 细胞：包括细菌、酵母、哺乳动物细胞等，用于生产重组蛋白等生物制药品。
三、发酵制药的基本工艺1. 发酵基质：包括碳源、氮源、微量元素、 pH 调节剂等，在发酵过程中提供必要的营养物质。
2. 发酵设备：发酵罐、搅拌器、通气设备等，用于提供生物体生长所需的条件。
3. 发酵条件：包括温度、 pH、氧气供应、营养物质浓度等，对生物体的生长和代谢有重要影响。
四、发酵制药的产品1. 生物制药品：包括重组蛋白、抗体、疫苗等，由生物体代谢活动产生的药物。
2. 发酵中间体：包括抗生素、激素、酶等，常用于制药过程中的中间体合成。
五、发酵制药的应用1. 医学：生产治疗癌症、糖尿病、风湿性关节炎等疾病的生物制药品。
2. 工业：生产纤维素、乳酸、醋酸等工业产品，用于化工、食品等领域。
六、发酵制药的发展趋势1. 高效发酵技术：包括批次发酵、连续发酵、固定化发酵等技术，提高发酵产物的产量和纯度。
2. 基因工程：通过基因修饰、基因克隆等技术，设计高产菌株、高表达蛋白等。
3. 生物反应器的智能化和自动化：利用先进的控制技术，提高生产效率和质量。
以上是关于发酵制药的一些知识点归纳总结，希望对你有所帮助。
如果对发酵制药还有其他疑问，欢迎随时与我交流。
制药工艺学题库
简答题及论述题微生物发酵制药章节1微生物发酵过程分几个时期？各有什么特征？答：微生物发酵分三个时期，分别是菌体生长期，产物合成期和菌体自溶期。
菌体生长期的特点是在这一段时间内，菌体的数量快速增加维持到一定的数量保持不变。
产物合成期的特点是产物量逐渐增加，生产速率加快，直最大高峰合成能力维持在一定水平。
菌体自溶期的特点是菌体开始衰老，细胞开始自溶产物合成能力衰退，生产速率减慢。
2生产菌种选育方法有哪些？各有何优缺点？如何选择应用？生产菌种的选育方法主要有以下几种一，自然分离发现新菌种二，自然选育稳定生产菌种三，诱变育种改良菌种四，杂交育种创新菌种五基因工程技术改造菌种，六合成生物学定制菌种。
自然分离发现新菌种优点是价格便宜，易于处理，缺点是操作繁琐不易获得新菌种。
自然选育稳定生产菌种的特点是简单易行，可达到纯化菌种，防止退化生产水平和提高产量，但效率及增产幅度低。
诱变育种改良菌种的特点是速度快，收效大，方法相对简单，但缺乏定向性，要配合大规模的筛选工作。
杂交育种创新群种是具有定向性，但其技术难度高。
基因工程技术改造菌种生产能力大，产品质量高工艺控制方便，合成生物学定制育种特点是菌种生产能力高，药物的研发和高效生产量高。
3菌种保藏的原理是什么？有哪些主要方法？各有何优缺点?菌种的保存原理是其代谢处于不活跃状态，生长繁殖受抑制的休眠状态，保持原有特性，延长生命时限。
其主要保存方法有以下几种一，斜面低温保存二，液体石蜡密封保存三，砂土管保存，四冷冻干燥保存，五液氮保存。
其优缺点分别是斜面低温保存。
优点是操作简单，使用方便，缺点是保存时间短，不能经常移植。
液体石蜡密封保存优点是保存时间长。
砂土管保存优点是保存时间长。
缺点是本方法只适宜于形成孢子和芽孢的菌种，不适用只有菌丝的真菌和无芽孢的细菌保存。
冷冻干燥保存的优点是保持细胞完整性，保存时间长，但对动物细胞的保存效果不好。
液氮保存的特点是目前最可靠的一种长期保存方法，可用于细菌，酵母和体外培养动物细胞，也是长期保存主种子批的主要方法。
微生物发酵制药(上)
生产菌种的建立
诱变方案设计
出发菌种的选择：较高产，对诱变剂敏 感。 诱变剂的使用：交叉使用多种，合理组 合。中等剂量（80％致死率）。 选择压：施加一定的选择压，获得耐药菌 株。措施：添加抗生素，提高前体浓度， 增加产物浓度。
发酵制药
生产菌种的建立
诱变育种流程
出发菌种 单孢子悬液 诱变处理
高产菌株 复筛
发酵前期(fermentation prophase) 菌体生长期（cell growth phase） 发酵中期(fermentation metaphase) 产物合成（生产）期(product synthesis phase) 发酵后期(fermentation anaphase) 菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵制药
生产菌种的建立
1、生产菌的自然分离(2)
培养基： 选择适宜的培养基，营养和pH；添加抑制 剂。 分离方法： （1）稀释法：无菌水，生理盐水，缓冲液 （2）滤膜法：0.22 － 0.45 µm。细菌在膜上， 放线菌菌丝可穿透，进入培养基。 培养条件：温度。放线菌：25－30℃，32－ 37℃，45－50℃；7－14天至1月。
发酵制药
3、影响生长动力学的因素 （1）基质浓度对菌体生长的影响
生长与生产的关系
菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。 基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
dS rS= − dt
dS ⎛ 1 ⎞ qS = − ⎜ ⎟ dt ⎝ X ⎠
发酵制药
生长与生产的关系
限制性基质浓度与比生长速率的关系
发酵制药
发酵与制药
1、发酵概念
• 概念：通过微生物培养而获得产物的过程 • 种类：用产品说明，冠以产物名而成，如青霉素 发酵，维生素发酵 • 初级代谢产物：在初级代谢过程中形成的产物， 包括各种小分子前体、单体和多糖、蛋白质、脂 肪、核酸等。生长所必须的。几乎所有生物初级 代谢基本相同。氨基酸，核苷酸，有机酸 • 次级代谢产物：比较复杂的化合物，不是细胞生 长必需的，对生命活动有意义（抗逆境条件）。 抗生素，毒素，色素
微生物发酵技术在生物制药中的应用
微生物发酵技术在生物制药中的应用随着医疗技术的不断发展和科技的进步，生物制药品的生产和研究越来越受到人们的关注。
生物制药的制造离不开微生物发酵技术，这种技术在制药生产中发挥着不可替代的作用。
本文将讨论微生物发酵技术在生物制药中的应用，包括其原理、优点和缺点等相关内容。
一、微生物发酵技术原理微生物发酵技术是指利用微生物在发酵过程中代谢产生的物质，合成需要的生物制品。
因为微生物具有较高的生物催化活性、显著的代谢多样性和较高的酶活性，所以其应用在制药生产中具有得天独厚的优势。
微生物发酵技术的原理是将微生物菌种引入培养基，通过培养控制pH、温度、营养物等条件，使微生物在培养基中进行生长和代谢，并合成所需要的生物产品。
发酵过程中，可选择性地添加抗生素或其他化合物，选择适当的微生物菌株以提高产品的纯度和产率。
最终，通过分离纯化、结晶、干燥等工艺手段，得到纯度高、活性强的生物制品。
二、微生物发酵技术在生物制药中的应用广泛，例如青霉素、链霉素、利福平等世界著名的生物抗生素，疫苗，多肽类药物等多种治疗药品均采用了这种技术。
下面我们分析微生物发酵技术在生物制药应用中的优势和缺点。
优势：1. 生产成本低。
由于微生物发酵生产操作简单、条件控制容易、生产周期短，使得生产成本较低，有助于降低生产成本和广泛应用生物制药。
2. 生产管理简单。
微生物发酵生产流程相对简单，不需要大量人力和机械设备，使生产管理变得容易。
3. 生产规模可控。
随着技术的发展，微生物发酵技术生产规模也越来越庞大，可以满足不同规模的生产需求。
缺点：1. 真菌或细菌中会存在多种代谢产物，有些可能会降低产品效价，还可能有毒性或过敏性反应。
2. 微生物发酵繁殖过程中，可能会受到环境条件的影响，导致成分的波动和产品的不稳定。
3. 容器需设计成消毒状态，微生物接触患者血液等情况下的风险会增加。
三、微生物发酵技术的发展前景随着制药生产的不断发展和技术的不断成熟，微生物发酵技术也将不断完善。
微生物发酵技术在制药中的应用
微生物发酵技术在制药中的应用制药，是通过化学和生物学的方法进行药物制备、加工和生产的过程。
随着科技的不断进步，越来越多的新技术被应用到制药中，其中微生物发酵技术是一个非常重要的技术。
本文将从微生物发酵技术的基本原理、在制药中的应用以及其发展前景三个方面，探讨微生物发酵技术在制药中的应用。
一、微生物发酵技术的基本原理微生物发酵技术是指利用微生物代谢物质的过程中，通过控制条件使产生的物质在微生物体内积累和分泌出来，达到制作特定产品的目的。
这是一种生化反应，其基本原理是微生物的代谢分为两个阶段：生长期和产物积累期。
在生长期，微生物繁殖迅速，并利用培养基中的营养物质进行代谢，产生能量和生长分子等。
而在产物积累期，微生物的增殖速率逐渐降低，此时代谢转化方向发生变化，合成一些新的代谢产物，并排出细胞外。
应用微生物发酵技术，制得的产品包括抗生素、基因工程药物、酶制剂、氨基酸、有机酸、醇类等，同时还可以生产消化系药物、缓释剂、控释剂、维生素等。
二、微生物发酵技术在制药中的应用非常广泛，下面就举几个具体的例子：（一）利用微生物发酵技术制造抗生素抗生素是一种由微生物产生的一类药物，是微生物发酵技术最早应用的领域之一。
抗生素可以有效地抵抗病原体，特别是某些细菌感染，对人类健康起到了至关重要的作用。
（二）基因工程药物的生产基因工程药物的设计和生产需要利用微生物发酵技术，涉及到的步骤有基因克隆及转染、表达优化、发酵、提纯和制剂等。
微生物发酵技术是基因工程药物能够量产的基石。
（三）氨基酸的生产氨基酸作为一种生物化学物质，具有多种用途。
在制药业中能够合成天然的和人工的氨基酸，是利用微生物发酵技术实现的。
（四）酶制剂的生产酶是一种生物催化剂，能够在温和条件下加速某些化学反应的进行。
与传统的化学催化剂相比，酶具有温和的反应条件、高效率、高特异性和易回收等优点。
利用微生物发酵技术可生产出多种酶制剂，包括生物体内酶、生物外酶和微生物发酵培养液中所含的酶等。
微生物发酵制药工艺
3发酵制药的基本过程
菌种选育
孢子制备
实验室、种子库
种子制备
发酵工段
发酵车间
发酵控制
提炼工段
成品工段
预处理
分离提取
浓缩纯化
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
2.2 微生物的生长特征
微生物发酵基本过程特征（批式）菌体生长与产物生成的特征，
三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
甲羟戊酸、糖类、不常见的氨基酸（如D－氨基酸、
β－氨基酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
次级代谢产物的生物合成的基本过程
❖
次级代谢产物的合成基本过程包括构建单位
的聚合—再修饰—装配。在此过程中，次级
代谢产物的累积受合成途径中某些酶活性的
限制，这些关键酶活性大小与产量正相关。
（1）前体聚合
❖
微生物合成生源后，通过缩合反应形成聚酮体、寡肽、聚乙
菌体生长期（cell
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（生产）期(product synthesis phase)
growth phase）
发酵后期(fermentation anaphase)
菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵前期特征
❖
❖
❖
❖
往往在静止期，加入诱导物，基因转录和产物表达，
所以产物生成速率和比速率分别为：
代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
生物制药利用生物体产生药物的方法
生物制药利用生物体产生药物的方法生物制药是指利用生物体（包括微生物、哺乳动物等）作为药物生产的工具，通过生物体内的生物反应合成和提取药物。
这种方法具有高效、环保、可再生等特点。
下面将介绍几种常见的生物制药方法。
1. 微生物发酵生产药物微生物发酵是最常用的生物制药方法之一。
通过培养发酵菌株并提供合适的培养条件，使其产生所需药物。
例如，青霉素的生产就是利用青霉菌进行大规模发酵。
这种方法的优点在于微生物可以快速繁殖，产量高，且生产成本较低。
2. 基因工程技术基因工程技术是指将外源基因导入到宿主生物体中，使其产生目标药物。
常见的方法是将目标基因插入到大肠杆菌等细菌的染色体中，通过细菌的复制和表达机制，合成目标蛋白，进而得到所需药物。
这种方法的优势在于可通过基因技术使生产目标蛋白更加高效，有利于降低生产成本。
3. 哺乳动物细胞培养对于一些复杂的蛋白质药物，如抗体药物，常采用哺乳动物细胞培养进行生产。
通过将目标基因导入到哺乳动物细胞中，使其表达所需的药物。
这种方法能够确保药物的正确折叠和糖基化等重要的后修饰，从而增加药物的活性和稳定性。
4. 植物表达系统植物表达系统是一种新兴的生物制药方法。
通过将目标基因导入植物细胞中，通过植物的生长和代谢过程，合成目标药物。
植物表达系统具有许多优点，如生产成本低、易于扩大规模、无需复杂的设备等。
而且植物可以合成复杂的蛋白质，并且可以进行正确的修饰。
5. 动物体内制药某些药物，特别是针对罕见病的特效药物，可能需要通过动物体内制药来生产。
这种方法是将目标基因导入到动物的遗传物质中，使其在生长发育过程中产生所需药物，并通过动物的乳汁、血液或其他组织提取所需药物。
总结起来，生物制药利用生物体产生药物的方法包括微生物发酵、基因工程技术、哺乳动物细胞培养、植物表达系统和动物体内制药等。
这些方法在药物生产中发挥着重要的作用，为医药行业提供了更多有效、安全的药物选择。
未来随着生物技术的不断发展，生物制药的方法也会进一步创新和完善。
发酵工程制药工艺技术基础
杀菌：杀灭或清除病所有微生物的过程，杀灭率99.9999%以上。
灭菌（sterilization）：是指用物理或化学方法杀灭或清除物料或设备中 所有生命物质的技术或工艺过程，达到无活微生物存在的过程，微生 物杀灭率99.999999%以上。
01.11.2021
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生物制药工艺学—— 概 述
灭菌工艺
种类：按其组成的来源分为合成培养基和天然培养基；
按其状态可分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基； 按其用途可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。
影响培养基质量的因素：原料质量、水质、灭菌的影响
以及培养基的黏度。
01.11.2021
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生物制药工艺学—— 概 述
微生物的培养
➢ 微生物培养基——发酵培养基
放线菌主要产生各类抗生素，以链霉菌属最多。生产的抗生素主 要有氨基糖苷类、四环类、放线菌素类、大环内酯类和多烯大环内酯 类。
真菌的曲菌属产生桔霉素，青霉素菌属产生青霉素和灰黄霉素等， 头孢菌属产生头孢霉素等。
01.11.2021
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生物制药工艺学—— 概 述 微生物发酵制药
➢ 发酵制药的基本过程
发酵制药就是利用制药微生物，通过发酵培养，在一定条件下，生长繁殖，同 时在代谢过程中产生药物，然后，从发酵液中提取分离、纯化精制，获得药品。 菌株选育（mutation and selection breeding）、发酵(fermentation)和提炼 (isolation and purification)是发酵制药的三个主要工段。 工艺过程包括发酵和 分离纯化两个阶段。
➢ 常用灭菌方法与原理
化学灭菌是指用化学物质杀灭生物细胞的灭菌操作。其原理是使蛋白质 变性，酶失活，破坏细胞膜透性，细胞死亡。常用化学灭菌剂如高锰酸钾、 漂白粉、氯气，有机化合物如70％～75％乙醇、甲醛、戊二醛、环氧乙烷、 2％新洁尔灭、3%～5％石炭酸等。主要适合用于皮肤表面、器具、实验室 和工厂的无菌区域的台面、地面、墙壁及局部空间或某些器械的消毒。
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生物量
生长与生产的关系
温度
在适宜的生长温度范围内，细胞生长速率和比生长速 率与温度关系分别为： dX/dt = (μ - kd) X ; μ =A exp(-Eg/RT)
发酵制药
(3) pH值
生长与生产的关系
生物量
pH
pH 值 对 菌 体 生 长 速 率 的 影 响 与 温 度 的 影 响 类 似，在适宜的pH值范围，生长速率最大
发酵工段
种子制备 发酵控制
发酵车间
提炼工段
预处理 分离提取 浓缩纯化 成品检验 包装
提炼车间 包装车间 原系
2.2 微生物的生长与生产的关系
微生物发酵过程特征 微生物生长动力学 影响动力学的因素 动力学模型
发酵制药
生长与生产的关系
1、微生物发酵基本过程特征（批 式） 菌体生长与产物生成的特征，三个阶段
生长与生产的关系
dP rp = = αμ X + β X dt
时间
产物：氨基酸的发酵，一部 分组成型表达的蛋白质药物
q p = αμ + β
发酵制药
生长与生产的关系
III型：生长与产物生成非偶联型, non-coupling model dP rp = = βX dt 生长期与生产期在独立的两个
阶段 先形成物质消耗和生长高峰 后菌体静止期，产物大量生 成，出现产物高峰。 抗生素等次级代谢产物 诱导型基因工程菌的生产
发酵制药
生产菌种的建立
2、菌种选育——诱变育种（2）
定义：人为创造条件（诱变剂处理），使菌 种发生变异，筛选优良个体，淘汰劣质个 体。 物理类：紫外线，快中子，激光，太空射 线。 化学类：碱基类似物，嵌合剂，亚硝酸。 生物类：噬菌体，转座子。 特点：快速，简单，效益大。 缺点：无定向性。
发酵制药
（1）体细胞重组殖育种
概念： 准性生殖 范围：放线菌，半知菌纲的真菌 过程 两条 菌丝 相互 结合 异核 体 二倍 体 重组单 倍体
产黄青霉：提高青霉素产量 灰黄链霉菌：灰黄霉素产量
对氟苯丙氨酸
发酵制药
生产菌种的建立
（2）接合育种
概念 范围：细菌、放线菌 过程： 两种细胞 混合培养 基因片段进 入另一细胞 重组单 倍体
发酵前期(fermentation prophase) 菌体生长期（cell growth phase） 发酵中期(fermentation metaphase) 产物合成（生产）期(product synthesis phase) 发酵后期(fermentation anaphase) 菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵制药
生产菌种的建立
1、生产菌的自然分离(2)
培养基： 选择适宜的培养基，营养和pH；添加抑制 剂。 分离方法： （1）稀释法：无菌水，生理盐水，缓冲液 （2）滤膜法：0.22 － 0.45 µm。细菌在膜上， 放线菌菌丝可穿透，进入培养基。 培养条件：温度。放线菌：25－30℃，32－ 37℃，45－50℃；7－14天至1月。
Monod方程：
μ =μmax S/(Ks + S)
S很低，浓度与比生长
速率成正比。
S很高，菌体以最大比
生长速率进行生长。
比 生 长 速 率 Ks
μmax/2
基质浓度
μmax：各种基质对菌体的生长效率，不同基质之间比较。 Ks：菌体对基质亲和力，Ks越小，亲和力越大，利用越好。
发酵制药
(2) 温度
单菌落初筛 稳定性 特性 放大 中试
稀释涂板
投入生产
发酵制药
生产菌种的建立
2、菌种选育——杂交育种（3）
概念： 两个不同基因型的菌株，通过结合或原生质体 融合，使遗传物质发生重新组合，从中分离筛 选出具有优良性状的新菌株。 特点：有一定的定向性。 种类： 体细胞重组 接合 原生质体融合
发酵制药
生产菌种的建立
发酵制药
生长与生产的关系
4、生长与生产关系的模型
• Gaden把生长与生产分为三种： • I型：生长与生产偶联型 • II型：生长与生产半偶联型 • III型：生长与生产非偶联型
发酵制药 coupling model
菌体生长与产物生成直接关联， 生长期与生产期是一致 菌体生长、基质消耗、能源利用 和产物生成动力学曲线几乎平 行，变化趋势同步，最大值出现 的时间接近. 产物：初级代谢的直接产物，如 有机酸，乳酸、醋酸等。
发酵制药
生产菌种的建立
2、菌种选育——组合生物合成（5）
概念： 将控制不同产物的生物合成基因进行有矢组 合，形成新的基因模块，从而合成新化合 物。 是基因工程育种的一种
发酵制药
生产菌种的建立
3、菌种保藏
原因：菌种经过多次传代，会发生遗传变异，导致退 化，从而丧失生产能力甚至菌株死亡。 目的：保持菌种原有优良特性，延长生命时限，长期 存活、不退化。 原理：使菌种代谢处于不活跃状态，即生长繁殖受抑 制的休眠状态。 措施：物理和化学方法（温度：低温；水分：干燥； 氧气：缺氧；营养；缺乏）
发酵制药
生长与生产的关系
发酵前期特征
• 从接种至菌体达到一定临界浓度的时间，包括延滞 期、对数生长期和减速期。 • 代谢特征：碳源、氮源等基质不断消耗，减少 • 生长特征：菌体不断地生长和繁殖，生物量增加。 • 溶氧变化：不断下降，菌体临界值时，浓度最低。 • pH变化：先升后降－先氨基酸作为碳源，释放出 氨，而后氨被利用。先降后升－先用糖作为碳源， 释放出丙酮酸等有机酸，后又被利用。
发酵制药
3、影响生长动力学的因素 （1）基质浓度对菌体生长的影响
生长与生产的关系
菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。 基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
dS rS= − dt
dS ⎛ 1 ⎞ qS = − ⎜ ⎟ dt ⎝ X ⎠
发酵制药
生长与生产的关系
限制性基质浓度与比生长速率的关系
发酵制药
生产菌种的建立
原理与操作过程
突变：产生多样性。随机突变，诱变 重组：产生新功能。同源重组，非同源重组 选择和筛选：表面展示，活性检测 野生型随机突变1－2循环，积累有益突变。 多轮循环，组合有益突变，消除有害突变。
发酵制药 基因组shuffling
生产菌种的建立
随机突变获得单个性状优良的菌株 多个菌株的原生质体混合、融合、再生，形成第 一个融合库（F1） 再次重复循环融合，得到融合库F2、F3、F4 筛选鉴定
发酵制药
发酵与制药
2、发酵制药
• 概念 • 利用制药微生物的生长繁殖，通过发 酵，代谢合成药物，然后从中分离提 取、精制纯化，获得药品的过程 • WWI：对抗细菌性感染药物的需求，使发 酵技术奇迹般应用成功。
发酵制药
菌种选育
发酵与制药
实验室、种子库 孢子制备
3 发 酵 制 药 的 基 本 过 程
第二章 微生物发酵制药工艺
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 微生物发酵与制药 微生物生长与生产的关系 制药微生物生产菌种建立 培养基制备 灭菌工艺 发酵培养技术 发酵工艺过程的控制 抗生素的生产工艺
发酵制药
发酵与制药
2.1 微生物发酵与制药
发酵 发酵制药 发酵制药的基本过程
发酵制药
发酵与制药
1、发酵概念
• 概念：通过微生物培养而获得产物的过程 • 种类：用产品说明，冠以产物名而成，如青霉素 发酵，维生素发酵 • 初级代谢产物：在初级代谢过程中形成的产物， 包括各种小分子前体、单体和多糖、蛋白质、脂 肪、核酸等。生长所必须的。几乎所有生物初级 代谢基本相同。氨基酸，核苷酸，有机酸 • 次级代谢产物：比较复杂的化合物，不是细胞生 长必需的，对生命活动有意义（抗逆境条件）。 抗生素，毒素，色素
生产菌种的建立
诱变方案设计
出发菌种的选择：较高产，对诱变剂敏 感。 诱变剂的使用：交叉使用多种，合理组 合。中等剂量（80％致死率）。 选择压：施加一定的选择压，获得耐药菌 株。措施：添加抗生素，提高前体浓度， 增加产物浓度。
发酵制药
生产菌种的建立
诱变育种流程
出发菌种 单孢子悬液 诱变处理
高产菌株 复筛
dX r= dt
比生长速率μ：单位菌体浓度的生长速率 生长速率的标准化，菌体活力大小
dX ⎛ 1 ⎞ μ= ⎜ ⎟ dt ⎝ X ⎠
发酵制药
生长与生产的关系
菌体生物量与时间的关系是S形曲线。 分为五个阶段
减速期 dX/dt =μmax X dX/dt =μ X dX/dt = (μ - kd) X = 0 dX/dt = - kd X 延滞期 指数生长期 衰亡期 静止期
发酵制药
生长与生产的关系
发酵中期特征
• 以次级代谢产物或目标产物的生物合成为主的一 段时间。 • 菌体生长恒定就进入产物合成阶段 • 呼吸强度：无明显变化，不增加菌体数目 • 产物量：逐渐增加，生产速率加快，直至最大高 峰，随后合成能力衰退。 • 对外界变化敏感：容易影响代谢过程，从而影响 整个发酵进程。
时间
q
p
= β
发酵制药 小结
微生物发酵过程特征：前、中、后期 微生物生长动力学：生长速率与比生长速率 影响动力学的因素：基质浓度（基质消耗、 Monod方程）、温度、pH 动力学模型:偶联、非偶联、半偶联，生长 与生产之间的关联
发酵制药
思考题
（1）微生物发酵过程可分为几个时期，各有何 特征？ （2）描述微生物生长动力学过程，分析其影响 因素。 （3）分析微生物生长与生产之间的关联模型。
菌株1
生产菌种的建立
菌株2
去细胞壁
原生质体1 b.原生质体融 合： c.细胞壁再生