生物制药工艺学－微生物药物制造工艺 Microbial Medicines

生物制药工艺学－微生物药物制造工艺 Microbial Medicines内容摘要：

生物制药工艺学－微生物药物制造工艺 Microbial Medicines 第十四章微生物药物制造工艺生物药物概述一 . 微生物在其生命活动过程中产生的生理活性物质及其衍生物 ， 包括抗生素，酶抑制剂，免疫调节剂等一类化学物质的总称，是人类控制感染等疾病，保障身体健康，以及用来防治动、植物病害的重要化疗药物。 2、发展抗生素 (:1942年， 生素是微生物在其代谢过程中所产生的、具有抑制它种微生物生长及活动甚至杀灭它种微生物性能的化学物质。 1947年1948年1950年1952年1953年1950至 80，我国译为抗菌素1980年后，抗肿瘤、抗寄生虫等抗生素的不断发现，超出对微生物作用范围，又改译为抗生素。 微生物来源的其他活性物质酶抑制剂 : 亮肽素 免疫抑制剂：环孢菌素 基 还原酶抑制剂 抗生素类药物 维生素类药物 氨基酸类药物 核酸类药物 酶与辅酶类药物 酶抑制剂 免疫调节剂 甾体类激素（ 抗生素类药物的分类C O O 物来源 分类：（ 1）放线菌产生：链霉素（ 2）真菌产生：青霉素（ 3）细菌产生：放线菌素（ 4）植物及动物产生：蒜素、黄连素根据抗生素的 化学结构 分类：（ 1） 孢菌素、硫霉素、亚胺培南 O O 2）氨基糖苷类抗生素链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素（ 3）大环内酯类抗生素红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素（ 4）四环类抗生素四环素、金霉素、土霉素（ 5）多肽类抗生素多粘菌素、放线菌素、杆菌肽（ 6）多烯类抗生素两性霉素、曲古霉素、制霉菌（ 7）蒽环类抗生素柔红霉素、阿霉素、正定霉素（ 8）苯羟基胺类抗生素氯霉素、甲砜氯霉素（ 9）环桥类抗生素利福霉素（ 10）其他抗生素磷霉素、创新霉素根据抗生素的 作用对象 分类：抗革兰氏阳性细菌：青霉素、红霉素抗革兰氏阴性细菌：主要有多粘菌素抗真菌：制霉菌素、灰黄霉素、两性霉素抗结核分枝杆菌：链霉素、新霉素、卡那霉素抗癌 : 放线菌素 D、博来霉素、阿霉素抗病毒： 四环类抗生素、艾霉素 ( 抗原虫的抗生素 巴龙霉素、抗滴虫霉素、蒜素根据抗生素的 作用机制 分类抑制细菌壁合成： 青霉素影响细胞膜功能： 多烯类抗生素抑制核酸合成： 如影响 裂霉素 抑制蛋白质合成： 四环素、氯霉素、链霉素抑制生物能作用： 如抑制电子转移的抗霉素(抑制氧化磷酸化作用的短杆菌肽S()和寡霉素 (。 根据抗生素的 作用机制 分类维生素 维生素氨基酸目前大部分氨基酸可用发酵法生产4 苷酸，肌苷，腺苷等5. 酶与辅酶类药物链激酶、 伐他汀三、酰基转移酶（ 脱氢酶（ 烯醇还原酶（ 酮基还原酶（ 酰基载体蛋白（ 功能域4、二节 抗生素制造工艺 氨基糖苷类抗生素 大环内酯类抗生素培养发酵： 发酵液预处理 固液分离胞内产物 细胞破碎 固液分离胞外产物 初步纯化精制初步纯化方法：沉淀、吸附、萃取、超滤精制方法：层析、电泳、结晶选择方法依据1、产品性质：化学组成、分子量、稳定性、溶解度、解离特性等2、主要杂质属性3、方法前后衔接要求4、产品质量要求一、 ）结构与性质a 青霉烷 * b 青霉烯 c 头孢烷 d 头孢烯 * 碳青霉烷 * g 碳青霉烯 * h 碳头孢烷 I 碳头孢烯j 氧青霉烷 * k 氧青霉烯 l 氧头孢烷 m 氧头孢烯 *天然产物 九十年代各国首次应用的抗细菌杭生素共 24种，其中有头孢菌素 14种，碳青霉烯 2种，青霉烯 1种， 一内酰胺酶抑制剂与其制剂 1种，氨基糖苷、大环内酯与安莎类抗生索各 2种。 新上市的合成抗菌药共 10种，包括喹诺酮类化合物 9种和二氢叶酸还原酶抑制剂 1种。 C H N of of - F 基有弱酸性： 影响溶解度 ）、青霉素的制备（ A）、理化性质：1、溶解性： 受 溶于有机溶剂，难溶于水盐：易溶于水，几乎不溶于有机溶剂2、酸碱性： 有机弱酸3、稳定性：温度、 合反应氨苄青霉素在水溶液中易形成聚合物，是氨苄青霉素过敏反应的主要过敏原之一。 6、过敏反应可能为青霉噻唑多肽和青霉噻唑蛋白（ B）、制备工艺1、 菌种最早的原始菌种是点青霉菌 (现用产黄青霉菌 (菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种。 国内青霉素生产厂大都采用绿色丝状菌。 2、发酵工艺流程丝状菌发酵工艺流程 孢子培养 孢子培养 种子培养 砂土管 斜面母瓶 大米孢子 种子罐 繁殖罐 25 ,6 7 天 25 ,6 7 天 25 ,40 45h,1:2.0(v/v/ 种子培养 发 酵 冷至 15 发酵罐 放 罐 至提炼部门 25 ,13 15h,1:1.5(v/v/ 26 ,6 7 天 ,1:1.0(v/v/ 3、发酵工艺要点 种子：砂土孢子接入斜面上 ， 25 培养 6 7天 ， 制成悬液 ， 接入大米茄子瓶内 ， 经 25 培养 6 7天 ，制成大米孢子 ， 真空干燥。 生产时按接种量移入种子罐 ， 25 培养 40 45小时 ， 菌丝浓度达 40%以上 ， 移入繁殖罐内。 经 25 培养 13 15小时，菌丝体积 40%以上，残糖在 右，无菌检查合格便可作为种子，按30%接种量移入发酵罐。 培养基 碳源： 提供能量如 乳糖、蔗糖、葡萄糖、淀粉、天然油脂 等。 乳糖能被产生菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，故为最佳碳源，但价格高，普遍使用有困难。 天然油脂如玉米油、豆油也能被缓慢利用作为有效的碳源，但不可能大规模使用。 目前生产上用的碳源是 葡萄糖母液和工业用葡萄糖。 氮源： 提供蛋白合成原料玉米浆。 现因国内玉米浆产量少 ，经调整配方以花生饼粉代替 ， 生产水平也可达到技术指标。 目前生产上用的氮源是 花生饼粉 、 麸质 、 粉玉米胚芽粉及尿素 等。 前体作为苄青霉素生物合成的前体有 苯乙酸 、 苯乙酰胺 等。 它们一部分能直接结合到青霉素分子中。 这些前体对青霉菌都有一定的毒性 ， 加入量不能大于 加入硫代硫酸钠能减少它们的毒性。 无机盐 硫和磷 :硫浓度降低时青霉素产量减少 3倍 ，磷浓度降低时青霉素产量减少 1倍。 钙 、 镁和钾： 青霉素的生物合成中合适的阳离子比例以钾 30%、 钙 20%、 镁 41%为宜。 如镁离子少 ， 钾离子多时 ， 菌丝细胞将培养基中氮源转化成各种氨基酸的能力强。 钙离子影响细胞的生长和培养基的 铁离子：铁易渗入菌丝内 ， 它对青霉素发酵有毒害作用。 发酵液中铁含量 6微克 /毫升时无影响； 60微克 /毫升时降低产量 30%；300微克 /毫升时降低产量 90%。 3、培养条件控制产黄青霉菌分三个不同代谢时期。 菌丝生长繁殖期 : 青霉素分泌期 : 菌丝生长趋势减弱 ， 间隙添加葡萄糖作碳源和间隙加入花生饼粉 、尿素作氮源 ， 并间隙加入前体 ， 此期间球状菌 丝状菌 青霉素分泌旺盛。 菌丝自溶期 :控制要点：1） 加糖控制：一般残糖降至 右 、 2） 补料及添加前体：丝状菌发酵于接种后 8 12小时 ， 发酵液中残余苯乙酰胺浓度为 3） 要通过加葡萄糖控制 温度控制：青霉菌生长最适温度高于青霉素分泌的最适温度。 种子罐培养丝状菌要求 25 ，发酵罐培养丝状菌要求 26 ，前期罐温高于后期。 5） 通气与搅拌 深层培养需通入一定量空气 ， 并不停地搅拌以保证溶氧的浓度。 试验证明 ， 中 、 后期减慢转速对球状菌的生理生化代谢有利 ， 它能提高发酵单位 ， 并能节约能源。 6） 泡沫与消沫 用化学合成消沫剂 “泡敌 ” 等4、提炼工艺流程工业钾盐生产工艺流程炼工艺要点1） 发酵液预处理和过滤放罐后 ， 首先要 冷却目前采用鼓式过滤及板框过滤 ， 加助滤剂。 酸化时 5)， 再加些絮凝剂如十五烷基溴化吡啶 ( , 过滤。 随着高效高速萃取离心机的出现，如德国，可革去过滤工序，比用板框过滤除去菌丝后再提取的收率高出 2 3%。 2） 影响青霉素提取的主要因素青霉素提取效果除了已选定适当的有机溶媒 ，破乳化剂和离心分离设备外 ， 还与下列主要因素有关 :般从滤液萃取到醋酸丁酯时 ， 而从丁酯反萃取到水相时 ， 温度 要求提取在低温 (10 以下 )条件下进行较为有利。 在设备上要考虑用冷盐水进行冷却 ，以降低温度 ， 特别是酸化岗位 ， 温度要求更低些。 时间 酸化时速度应快些。 碱化时速度可放慢些 ， 因青霉素在中性下半衰期要长些 ， 破坏要缓和些 ， 故以能分离得清为原则。 萃取方式和浓缩比萃取剂和萃取方式选择目前生产上采用二级逆流萃取方式。 浓缩比的选择也很重要 ， 因为丁酯的用量与收。