生化制药工艺技术基础
2第二章--生物制药工艺基础
第二节 微生物制药工艺技术基础
一、菌种的分离与筛选
1．含菌样品收集 2. 富集培养：“投其所好”，“取其所抗” 3. 菌种纯化：（1）平板划线法 （2）稀释平板法 4. 性能测定（菌种复筛）
（1）平板划线法
是将微生物样品在固体培养基表面多次作“由点到线”稀 释而达到分离的目的。固体培养基四区划法接种法步骤：
二、菌种的选育与保藏
1．自然选育
依据自发突变原理，通过不断分离、筛选，除去 衰变菌落，从中选择维持原有生产水平的菌株或高产 突变株，达到纯化、复壮、稳定生产目的。
单孢子菌悬液的制备→分离→单菌落培养→筛选
2．诱变育种
指有意识地将生物体暴露于物理的、化学的或生物的一种 或多种诱变因子，促使生物体发生突变，进而从突变体中 筛选具有优良性状的突变株的过程。
优点是生产规模大、蒸发温度低、速度快， 目的是除去挥发性溶剂，保持物料生物活性， 加速蒸发原理是使液体形成薄膜，增加气化表面
积。
世界上最大的具有80m2蒸发面 积的薄膜蒸发器。
实验室常用真空旋转蒸发仪。
薄膜蒸发器
2.干燥
使物质从固体或半固体状经除去存在的水分或它种 溶剂，从而获得干燥物品的过程。
第二章 生物制药工艺技术基础
Basis of biopharmaceutical technology
生化制药工艺技术基础 微生物制药工艺技术基础 生物技术制药工艺技术基础 生物制药中试放大工艺设计 生物药物的研究与新药申报
本章学习目标
掌握：生化活性物质的提取、分离和纯化； 微生物菌种选育和培养。
②pH；
③盐；
④表面活性剂。
四、生化活性物质浓缩与干燥
1.浓缩方法： 生化活性物质的热不稳定性 ①盐析，中性盐硫酸铵沉淀蛋白（酶）； ②有机溶剂沉淀，生物大分子溶液
生化药物制造工艺
修饰超氧化物歧化酶（SOD）
修饰天冬酰氨酶（Aspartase） 修饰人干扰素（IFN） 修饰血红蛋白（Hb） 修饰胰岛素
（二）生物技术药物（新生物制品） 1.DNA重组药物（DNA recombinant medicine）——基因工程与蛋白质工程药物 2. 基因药物
（三）合成或半合成生物药物
3
蛋白质药物在使用中出现的问题
C
理想浓度 实际浓度
1.迅速被体内酶降解
2.肾小球过滤清除 3.抗原－抗体反应
4.溶解度差导致沉淀
微生物
海洋生物
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微生物 利用微生物作为工具
1
2
微生物的代谢物
3
微生物菌体
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生物药物的资源
植 物 动 物
动物脏器血液、分泌物及其它代谢物
微生物
海洋生物
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海洋生物
海藻类：已知的海藻有1万多种 海洋动物类：腔肠动物类、节肢 动物类、软体动物类、鱼类、爬 行动 物类、海洋哺乳动物类 海洋微生物：
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分 类
氨基酸类药物 多肽类药物 蛋白质类药物 酶类药物 辅酶类药物 核苷酸与核酸类药物 多糖类药物 脂类药物 维生素类药物
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生化药物的特性 1．药理学特性：
1
药理活性高，针对性强
2
毒副作用少，营养价值高
3
生理副作用常有发生
免疫原反应，过敏反应
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生化药物的特性
2．理化特性：
1
有效物质含量低，杂质多，工艺 复杂，收率低，技术要求高
生化制药的工艺技术基础
生化制药的工艺技术基础生化制药是利用生物制造技术生产药品的过程。
其基础是生物学、化学和工程学等多学科交叉融合所形成的。
下面将介绍生化制药的一些工艺技术基础。
首先，生化制药中的一个重要工艺技术是发酵技术。
发酵是利用微生物的代谢产物来生产药物的过程。
在发酵过程中，通过选取合适的微生物菌株、提供适宜的培养基和控制培养条件，使微生物菌株生长繁殖并合成所需的药物。
发酵技术是生化制药中最常用的生物制造技术之一。
其次，生物分离技术是生化制药中的另一个重要工艺技术。
生物分离是将生物体中的目标化合物从其他复杂的生理成分中分离出来的过程。
常用的生物分离技术包括离心、过滤、吸附、电渗析等。
这些技术可以选择性地分离和纯化药物，从而提高产品的纯度和质量。
此外，蛋白质工程也是生化制药中重要的工艺技术之一。
蛋白质工程是通过改变蛋白质的基因序列，使其在表达过程中具有特定的功能和性质。
例如，通过基因重组技术将目标基因导入到表达系统中，使其大规模表达的同时也提高了产品的稳定性和纯度。
最后，生物感应技术是生化制药中的另一种重要工艺技术。
生物感应是通过对生物体免疫系统的仿真来诊断和治疗疾病。
该技术通过检测和分析与特定疾病相关的生物标记物，并在其存在时进行特异性识别和定量。
生物感应技术可以用于疾病的早期诊断、疗效评估和药物筛选等。
总之，生化制药的工艺技术基础包括发酵技术、生物分离技术、蛋白质工程和生物感应技术等。
这些技术的研究和应用不仅可以提高药物的产量和质量，还可以为新药的研发和疾病的治疗提供有力的支持。
随着科技的不断进步，生化制药的工艺技术将会不断发展和完善，为人类的健康事业做出更大的贡献。
生物制药学——第二章 生物制药工艺学基础
一、生物材料与生化活性物质
（一）生物制药的生物材料来源
生物资源：主要有动物、植物、微生物的组织、器 官、细胞与代谢产物。
开发新途径： 动植物细胞培养、微生物发酵、 基因工程、细胞工程、酶工程等。
一、生物材料与生化活性物质
红霉素 杀念珠菌素 Bialaphos FK506
（约8700种）
放线菌产生的多种多样的次生代谢产物
Hygromycin B
Kanamycin B
Rifamycin SV
Cephamycin C
Erythromycin streptomycin
Spinosyn A
Abamectin
Validamycin A
人源性生化药物 动物生化药物 植物生化药物 微生物源生化药物 海洋生物生化药物
生化制药的六个阶段：
1.原料的选择和预处理 2.原料的粉碎 3.提取：
从原料中经溶剂分离有效成分，制成粗品的工艺过程。 4.纯化：
粗制品经盐析、有机溶剂沉淀、吸附、层析、 透析、超 离心 、膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺过程。 5.浓缩、干燥及保存 6.制剂：
生化成分：氨基酸、蛋白质、酶、激素、糖类、 脂类、维生素等。
新的有效生物药物逐年增加：天花粉蛋白、木瓜 蛋白酶、天麻多糖等。
5、微生物—细菌
常用细菌发酵法生产乳酸、醋酸、丙酮、丁醇。主 要发展领域有： （1）氨基酸：
利用微生物酶可转化对应的α酮酸或羟基酸产生 氨基酸。 （2）有机酸：柠檬酸、苹果酸、乳酸
生物材料来源
1、动物脏器 2、血液、分泌物和其他代谢产物 3、海洋生物 4、植物 5、微生物
生物制药工艺学第二章+生物制药工艺技术基资料教程
（4）其它保护措施（冷、热、酸、碱）
二、物质的性质与溶解度
（一）物质溶解度的一般规律
相似相溶
（二）水在生化物质提取中的作用
水是提取生化物质的常用溶剂。水分子的存在可使其它 生物分子之间的氢键减弱，而与水分子形成氢键，水 分子还能使溶质分子的离子键解离，这就是所谓的水 合作用。水合作用促使蛋白质、核酸、多糖等生物大 分子与水形成了水合分子或水合离子从而促使它们溶 解于水或水溶液中。
（3）超声波法 （4）反复冻融法 2.化学法 用稀酸、稀碱、浓盐、有机溶剂或表面活性剂处理细胞，
可破坏细胞结构释放出内容物。
3.生物法 （1）组织自溶法
利用组织中自身溶解酶的作用改变、破坏细胞结构， 释放出目的物称为组织自溶法。
(2) 酶解法 用外来酶处理生物材料，如用溶菌酶处理某些细菌， 蜗牛酶等
砂土管法—取普通黄沙，洗净过60目筛，晒干，另取普 通圆土研碎，过筛，晒干。两者以6:4混合。分装于安 醅瓶或小试管中，然后在60℃干热灭菌2小时，连续灭 菌三次后即可使用。装管时可吸取少许孢子悬浮液加 入，待干燥后抽真空封口或用棉花塞紧后蜡封，低温 保藏。
冷冻干燥法：将菌种悬浮于脱脂消毒牛奶中，快速冷冻， 真空干燥。
甘油冷冻保存法：将对数期菌体悬浮于新鲜培养基中， 加入15%消毒甘油，混匀速冻，冻存于－70~－80℃.
（五）组织与细胞的破碎
组织与细胞的破碎方法有物理法、化学法与生物法。
1.物理法 （1）磨切法
工业上常用的有绞肉机，刨胰机，球磨机、磨粉机。 实验室常用的有匀浆机，研钵，高速组织捣碎机。
（2）压力法 有压榨法、高压法和减压法，渗透压法。
（1）pH 在萃取操作中正确选择pH值很重要。因为在水溶液中某些酸、 碱物质会解离，在萃取时改变了分配系数，直接影响提取效率。
制药工艺学复习资料
第一章生物药物概述1、我国药物的三大药源指的是化学药物、生物药物、中草药。
2、现代生物药物已形成四大类型，包括基因工程药物、基因药物、天然生物药物、医学生物制品。
一、药物、生物药物、生物制品、药物：用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功能、促进机体康复保健的物质，有4大类：预防药、治疗药、诊断药和康复保健药。
生物药物：是利用生物体、生物组织、细胞或其成分，综合应用生物与医学、生物化学与分子生物学、微生物学与免疫学、物理化学与工程学和药学的原理与方法进行加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗和康复保健的制品。
生物制品：是应用普通的或以基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程等生物技术获得的微生物、细胞与各种动物和人源的组织和液体等生物材料制备的，用于人类疾病预防、治疗和诊断的药品。
生化药物：指从生物体（动物、植物、和微生物中获得的天然存在的生化活性物质（或者合成、半合成的天然物质类似物）。
基因重组药物与基因药物有什么区别？基因重组药物：应用基因工程和蛋白质工程技术制造的重组活性多肽、蛋白质与其修饰物。
基因药物：以基因物质（RNA或DNA与其衍生物）作为治疗的物质基础，包括基因治疗用的重组目的DNA片段、重组疫苗、反义药物和核酶等。
生物药物有那些作用特点？药理学特性：1、活性强: 体内存在的天然活性物质。
2、治疗针对性强,基于生理生化机制。
3、毒副作用一般较少，营养价值高。
第二章生物制药工艺技术基础1、生化活性物质浓缩可采用的方法有盐析浓缩、有机溶剂沉淀浓缩、葡聚糖凝聚浓缩、聚乙二醇浓缩、超滤浓缩2、生化活性物质常用的干燥方法有喷雾干燥、冷冻干燥、、减压干燥等3、冷冻干燥是在低温、低压条件下，利用水的化学性能而进行的一种干燥方法。
4、固定化酶常采用的方法可分为吸附法、包埋法、共价结合法和交联法四大类1、由于目的蛋白质和杂蛋白分子量差别较大，拟根据分子量大小分离纯化并获得目的蛋白质，可采用（ C ）A、SDS凝胶电泳 B、盐析法 C、凝胶过滤 D、吸附层析2、分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（ A ） A、分离量大分辨率低的方法 B、分离量小分辨率低的方法C、分离量小分辨率高的方法D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定（重点）简述生物活性物质分离纯化的主要原理。
生化制药的基本工艺流程
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生物制药工艺基础知识
任务一 基因工程制药技术认知
1.基因工程概念
在分子水平上按照人们的设计方案将DNA片段（目的基因）插入载体DNA分子 （如病毒、质粒等），从而实现DNA分子体外重组，然后再将之导入特定的宿 主细胞进行扩增和表达，使宿主细胞获得新的遗传性状的技术。
基因工程=
重组DNA技术 分子克隆技术 基因的无性繁殖 基因操作 基因克隆技术
项目一 生物制药工艺基础知识
三、生物药物的原料来源
（一）人体组织来源的生物药物 （二）动物组织来源的生物药物 （三）微生物来源的生物药物 （四）植物来源的生物药物 （五）海洋生物来源的生物药物 （六）人工制备的生物原料
项目一 生物制药工艺基础知识
四、生物药物的特点
（一）药理学特性 1、治疗的针对性强、疗效高 2、营养价值高、毒副作用小 3、免疫性副作用常有发生
③ 在障碍物、凹坑和死角处,应局部提高爆炸危险区域等级。 ④ 利用堤或墙等障碍物,限制比空气重的爆炸性气体混合物的扩散,可缩小 爆炸危险区域的范围。
2. 爆炸性粉尘环境 对于爆炸性粉尘环境,其危险区域的范围应按爆炸性粉尘的量、爆炸极限和通 风条件确定。 ⅢA 级:可燃性飞絮,如棉花纤维、麻纤维、丝纤维、毛纤维、木质纤维、人 造纤维等。 ⅢB级:非导电性可燃粉尘,如聚乙烯、苯酚树脂、小麦、玉米、砂糖、染料、 可可、木质、米糠、硫黄等粉尘。 ⅢC级:可燃性导电粉尘,石墨、炭黑、焦炭、煤、铁、锌、钛等粉尘。
定义：能够将外源DNA载入宿主细胞进行复制、整合或表达的工具称为载体。 本质是DNA，分为克隆载体和表达载体。 （1）基因克隆载体 适用于外源基因在受体细胞中复制扩增。
➢ 质粒 ➢ 噬菌体 ➢ 柯斯质粒 ➢ 人工染色体等
任务一 基因工程制药技术认知
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第五节 分 离 纯 化
四、膜分离法 1．超滤
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第五节 分 离 纯 化
四、膜分离法
1．超滤 参数：膜（纤维素硝酸酯或醋酸酯、芳香
酰胺纤维等）；水的流速；相对分子质量的截 止值(截留分子量)。
超滤设备：管式、多层板式、卷式和中空 纤维型等。国外发展较快的是一种内压式中空 纤维型。
五、离子交换法（离子交换层析 ） 1、基本原理
离子交换树脂 ：载体、功能团、平衡离子 载体：树脂（苯乙烯型、丙烯酸型、酚醛型）、
纤维素、葡聚糖凝胶。 功能团：磺酸根、磷酸根、羧基；季胺盐、伯 仲叔胺基；CM、DEAE等。 平衡离子：氢离子、钠离子、氢氧根离子、
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第五节 分 离 纯 化
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第五节 分 离 纯 化
四、膜分离法
3．微孔滤膜
由高分子材料制成的薄膜过滤介质，可以 过滤一般介质不能截留的细菌和微粒。膜的 微孔径在0．2一l0µm之间。过滤器有板式和 管式两种。广泛应用于滤除微粒和微生物， 如滤除大输液和水针剂中的污染微粒；还有 热敏性药物的除菌，如胰岛素、C0A、ATP、 血清蛋白、丙种球蛋白、激素等。
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四、膜分离法
4．超精密过滤 以聚乙烯醇为主体的中空多孔滤膜，分级
性能在超滤膜与微孔滤膜之间，为0．01— 0．2µm。用于水的精制(脱除铁质、菌和微 粒)、循环水的净化、除悬浮固体离子以及 糖液、酶液的精制等。
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三、等电点沉淀法 等电点：
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三、等电点沉淀法
利用蛋白质在等电点时溶解度最低，而各 种蛋白质又具有不同的等电点的特性进行分 离的工艺过程，称等电点沉淀法。由于各种 蛋白质在等电点时，仍有一定的溶解度而沉 淀不完全，多数蛋白质的等电点又都十分接 近，所以单独使用效果不理想，分辨力差， 多用于提取后除杂蛋白，实际生产中常与有 机溶剂沉淀法、盐析法联合使用。
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第五节 分 离 纯 化
四、膜分离法
膜分离技术包括超滤、反渗透析、电渗析、微 孔过滤、气体渗析和超精密过滤等，其中超滤、 反渗透析、微孔过滤和超精密过滤在医药领域 中的应用较为常见。
1．超滤
在液压（氮气或真空）驱动下，分离粒子的 范围，一般为0．001一0．01µm（溶剂和小分 子透过），适用于酶和蛋白质类生化药物的分 离、浓缩、脱盐、提纯、除菌、除病毒和热原 等。
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四、膜分离法
2.反渗透 溶剂从溶液浓度高的一侧传递到浓度低的一
侧，称反渗透。
分离介质：高分子透过性薄膜 ；
设备：与滤相仿
应用：美国Millipore设计的反渗透装置，已 有100多套，生产符合美国药典的纯水或注射 用水，还用于氨基酸、激素的浓缩等
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对设备和条件要求低，安全，应用范围广泛。在高 浓度盐存在下，蛋白质不易发生变化，一般可在室温下 进行操作。 分辨率低， Ks法多用于提取液的前期分离 工作。
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一、盐析法
3.常用的中性盐和加入方式
常用中性盐有硫酸铵、硫酸镁、硫酸纳、 氯化钠、磷酸钠等。硫酸铵的盐析能力强， 饱和溶液浓度大，溶解度受温度影响小，一 般不会使蛋白质变性，缺点是缓冲能力差， pH常在4．5—5．5之间。但价廉易得，分段 分离效果也比其他盐类好。
二 、物理法
1．反复冻融法 ； 2．冷热交替法 ； 3．超声波处理法；4．加压破碎法 。
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第三节 原料的粉碎
三 、生化和化学方法 1．自溶法 2．溶菌酶处理法 3. 表面活性剂处理法
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第四节 提 取
分固-液、液-液提取 提取条件的选择：溶剂、PH值、温度 影响提取的因素：被提取物质溶解度的大小、
溶解度差异而分离的方法，称有机溶剂沉淀法。 乙醇和丙酮是最常用的有机溶剂。
有机溶剂沉淀法比盐析法分辨力强，沉淀也 好过滤，但对有些生物活性物质能引起失活和 变性。应用时还应注意防止溶剂挥发和火灾等。
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有机溶剂沉淀时应注意的问题 1 控制工艺过程的温度； 2 防止溶剂局部浓度过高； 3 及时处理沉淀物； 4 pH值的选择; 5 比盐析法条件严格;
第一节 概 述
天然生物材料制备生化药物的过程大体为：
①原料的选样和预处理；②原料的粉碎；③ 提取，即从原料中经溶剂分离有效成分，制成 粗品的工艺过程；④纯化，即粗制品经盐析、 有机溶剂沉淀、吸附、层析、透析、超离心、 膜分离、结晶等步骤进行精制的工艺过程；⑤ 干燥及保存；⑥制剂，即原料药经精细加工制 成片剂、针剂、冻干剂等供临床应用的各种剂 型。
加入方式：分步固体盐或饱和溶液
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一、盐析法 4.盐析时应注意的问题 (1) 盐饱和度的影响；(2) pH的选择； （3）蛋白质浓度的影响；（4）温度的影响； （5）盐析沉淀物的脱盐；
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二、有机溶剂沉淀法 利用不同蛋白质在不同浓度的有机溶剂中的
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第二节原料选择和预处理
原料选择的基本原则 ①要选择有效成分含量高的新鲜材料； ②来源丰富易得； ③制造工艺简单易行； ④成本比较低； ⑤经济效果要好。
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第三节 原料的粉碎
一、 机械法
粉碎少量原料时，可使用高速组织捣碎机 (10000r／min)、匀浆器、研钵等。工业生产上 一般常用的粉碎设备有电磨机、球磨机、万能 粉碎机，绞肉机、击碎机等。
扩散作用的影响、分配作用的影响 超临界流体萃取：
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主要应用的方法有盐析法、有机溶剂沉淀法、pI沉淀 法、膜分离法、层析法、凝胶过滤法、离子交换法等。
一、盐析法
1.盐析及方法 利用不同蛋白质在高浓度的盐溶液中，溶解度不同程
度的降低来进行分离纯化的方法。有Ks法和β法。 2.特点