生物制藥工藝學(xué)（第3版）

第一篇　生物藥物發(fā)酵工藝

第一章　緒論/ 2

一、 生物制藥的發(fā)展歷程/ 2

二、 生物制藥工藝的改進與創(chuàng)新/ 3

三、 生物制藥產(chǎn)品的類別/ 4

四、 生物制藥的工藝過程/ 6

第二章　微生物代謝產(chǎn)物的生物合成與調(diào)控/ 9

第一節(jié)　微生物的代謝產(chǎn)物/ 9

一、 初級代謝產(chǎn)物及其特點/ 9

二、 次級代謝產(chǎn)物及其特點/10

三、 初級代謝產(chǎn)物與次級代謝產(chǎn)物的關(guān)系/ 13

第二節(jié)　次級代謝產(chǎn)物的構(gòu)建單位與合成途徑/15

一、 氨基酸及其衍生物/15

二、 糖及氨基糖/15

三、 聚酮體及其衍生物/17

四、 甲羥戊酸及其衍生物/18

五、 環(huán)多醇和氨基環(huán)多醇/19

六、 堿基及其衍生物/20

七、 莽草酸及其衍生物/21

八、 吩嗪酮/21

第三節(jié)　次級代謝產(chǎn)物的生物合成過程/23

一、 構(gòu)建單位的合成/23

二、 構(gòu)建單位的連接/23

三、 母核合成后的修飾/23

第四節(jié)　次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)控/24

一、 酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)/25

二、 反饋調(diào)節(jié)/25

三、 磷酸鹽調(diào)節(jié)/26

四、 碳分解產(chǎn)物調(diào)節(jié)/29

五、 氮分解產(chǎn)物調(diào)節(jié)/30

六、 菌體生長速率的調(diào)節(jié)/31

七、 化學(xué)調(diào)節(jié)因子的調(diào)節(jié)/32

八、 控制次級代謝產(chǎn)物生物合成的因素/ 33

第三章　菌種選育的理論與技術(shù)/35

第一節(jié)　概述/35

一、 菌種選育的目的/36

二、 菌種選育的基本理論/37

第二節(jié)　自然選育/41

一、 自然選育的一般過程/41

二、 自然選育的操作方法/41

第三節(jié)　誘變育種/42

一、 常用的誘變劑/42

二、 誘變處理過程/48

三、 突變菌株高產(chǎn)基因的表達(dá)/59

第四節(jié)　雜交育種/59

一、 細(xì)菌的雜交育種/60

二、 放線菌的雜交育種/61

三、 霉菌的雜交育種/62

第五節(jié)　原生質(zhì)體育種/63

一、 原生質(zhì)體的制備/64

二、 原生質(zhì)體的再生/65

三、 原生質(zhì)體融合育種/65

四、 原生質(zhì)體誘變育種/67

五、 原生質(zhì)體再生育種/67

第六節(jié)　核糖體工程育種/68

一、 核糖體工程的作用機制/68

二、 提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量/68

三、 產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物/69

第七節(jié)　分子育種/69

一、 提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量/69

二、 改善代謝產(chǎn)物組分含量/74

三、 改進代謝產(chǎn)物生產(chǎn)工藝/75

四、 產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物/77

第四章　菌種保藏/80

第一節(jié)　菌種保藏的目的和管理規(guī)程/80

一、 菌種保藏的目的/80

二、 菌種保藏的管理規(guī)程/80

三、 菌種的生物安全性分類/81

四、 菌種的防護級別/81

第二節(jié)　菌種保藏的原理、方法及注意事項/ /81

一、 菌種保藏的原理/82

二、 菌種保藏的方法/82

三、 菌種保藏的注意事項/86

第三節(jié)　國內(nèi)外菌種保藏機構(gòu)/87

第五章　培養(yǎng)基/89

第一節(jié)　培養(yǎng)基的成分/89

一、 碳源/89

二、 氮源/91

三、 磷源和硫源/92

四、 無機離子/93

五、 生長因子/94

六、 前體/94

七、 誘導(dǎo)物/95

八、 促進劑和抑制劑/95

九、 水和氧氣/96

第二節(jié)　培養(yǎng)基的種類/96

一、 合成培養(yǎng)基和復(fù)合培養(yǎng)基/96

二、 固體培養(yǎng)基和液體培養(yǎng)基/97

三、 孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基和補料培養(yǎng)基/97

第三節(jié)　培養(yǎng)基的設(shè)計、篩選與優(yōu)化/ /98

一、 培養(yǎng)基的設(shè)計/98

二、 培養(yǎng)基的篩選與優(yōu)化/99

第四節(jié)　影響培養(yǎng)基質(zhì)量的因素/ 108

一、 原材料質(zhì)量/ 108

二、 水質(zhì)/ 109

三、 培養(yǎng)基的滅菌/ 110

四、 培養(yǎng)基的黏度/ 110

第六章　滅菌與除菌/ 111

第一節(jié)　主要的滅菌與除菌方法及原理/ 111

一、 高溫滅菌/ 111

二、 過濾除菌/ 112

三、 化學(xué)消毒和滅菌/ 113

四、 其他滅菌方法/ 113

第二節(jié)　培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌/ 114

一、 培養(yǎng)基的滅菌方法/ 114

二、 培養(yǎng)基滅菌的影響因素/ 117

三、 發(fā)酵罐與發(fā)酵輔助設(shè)備/ 120

四、 發(fā)酵設(shè)備的滅菌方法/ 121

第三節(jié)　空氣除菌/ 122

一、 空氣過濾除菌的原理/ 122

二、 空氣過濾器/ 125

三、 空氣過濾除菌的工藝流程/ 126

第四節(jié)　無菌檢查與染菌的處理/ 128

一、 無菌檢查/ 128

二、 染菌原因的分析/ 129

三、 防止染菌的要點/ 130

四、 污染雜菌的處理/ 130

五、 污染噬菌體的處理/ 131

第七章　生產(chǎn)種子的制備/ 133

第一節(jié)　生產(chǎn)種子應(yīng)具備的條件與制備過程/ 133

一、 生產(chǎn)種子應(yīng)具備的條件/ 133

二、 生產(chǎn)種子的制備過程/ 133

第二節(jié)　孢子的制備/ 134

一、 孢子的制備工藝/ 134

二、 孢子制備過程中的要點/ 135

第三節(jié)　種子的制備/ 136

一、 搖瓶種子的制備/ 136

二、 種子罐種子的制備/ 136

第四節(jié)　生產(chǎn)種子質(zhì)量控制與分析/ 137

一、 影響孢子質(zhì)量的因素與控制/ 137

二、 影響種子質(zhì)量的因素與控制/ 139

第五節(jié)　生產(chǎn)種子制備實例/ 141

第八章　發(fā)酵過程與控制/ 144

第一節(jié)　概述/ 144

一、 發(fā)酵過程的復(fù)雜性/ 144

二、 發(fā)酵過程控制的必要性/ 145

三、 發(fā)酵過程控制的模式/ 145

第二節(jié)　微生物的發(fā)酵類型/ 146

一、 按投料方式分類/ 146

二、 按與氧的關(guān)系分類/ 147

三、 按發(fā)酵動力學(xué)參數(shù)的關(guān)系分類/ 148

第三節(jié)　發(fā)酵過程的工藝參數(shù)控制/ 148

一、 物理參數(shù)/ 149

二、 化學(xué)參數(shù)/ 150

三、 生物參數(shù)/ 152

第四節(jié)　發(fā)酵過程中的代謝變化/ 153

一、 初級代謝產(chǎn)物發(fā)酵/ 154

二、 次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵/ 154

三、 代謝曲線/ 156

第五節(jié)　菌體濃度的影響及其控制/ 156

一、 影響菌體濃度的因素/ 156

二、 菌體濃度對發(fā)酵產(chǎn)量的影響/ 157

三、 最適菌體濃度的確定與控制/ 157

第六節(jié)　營養(yǎng)基質(zhì)的影響及其控制/ 159

一、 碳源的影響與控制/ 159

二、 氮源的影響與控制/ 160

三、 磷酸鹽的影響與控制/ 161

第七節(jié)　溫度的影響及其控制/ 161

一、 溫度對發(fā)酵的影響/ 161

二、 影響發(fā)酵溫度變化的因素/ 162

三、 發(fā)酵溫度的控制/ 163

第八節(jié)　pH 的影響及其控制/ 164

一、 pH 對發(fā)酵的影響/ 164

二、 發(fā)酵液pH 的變化/ 165

三、 發(fā)酵液pH 的確定與控制/ 165

第九節(jié)　溶解氧的影響及控制/ 167

一、 發(fā)酵過程中氧的需求/ 168

二、 氧在溶液中的傳遞/ 171

三、 影響供氧的因素/ 172

四、 溶解氧濃度、攝氧率和液相體積

氧傳遞系數(shù)的測定/ 175

五、 溶解氧的控制/ 177

第十節(jié)　發(fā)酵過程的補料控制/ 180

一、 補料的作用/ 180

二、 補料的方式和控制/ 181

第十一節(jié)　泡沫的影響及其控制/ 182

一、 泡沫的性質(zhì)與類型/ 182

二、 泡沫對發(fā)酵的影響/ 182

三、 影響泡沫形成的因素/ 182

四、 泡沫的控制/ 183

五、 常用的消泡劑/ 184

六、 消泡劑的增效措施/ 185

第十二節(jié)　發(fā)酵終點的控制/ 185

一、 從有利于提高經(jīng)濟效益的角度考慮/ 185

二、 從有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量的角度考慮/ 185

第九章　基因工程菌發(fā)酵/ 187

第一節(jié)　基因工程菌概述/ 187

一、 基因工程菌的特點/ 187

二、 基因工程菌在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用/ 188

第二節(jié)　基因工程菌的構(gòu)建/ 188

一、 目的基因的獲取/ 188

二、 宿主的選擇/ 190

三、 載體的選擇/ 190

四、 構(gòu)建重組基因工程菌/ 191

五、 外源基因表達(dá)常見的問題/ 192

第三節(jié)　 基因工程菌的生長周期與發(fā)酵動力學(xué)/ 192

一、 基因工程菌的生長周期/ 193

二、 基因工程菌的發(fā)酵動力學(xué)/ 193

三、 基因工程菌的不穩(wěn)定性及其控制/ 194

第四節(jié)　基因工程菌的發(fā)酵過程控制/ 195

一、 基因工程菌發(fā)酵條件的控制/ 195

二、 基因工程菌的培養(yǎng)方式/ 197

三、 基因工程菌的高密度發(fā)酵技術(shù)/ 197

第五節(jié)　基因工程菌發(fā)酵過程的放大/ 199

一、 發(fā)酵過程的優(yōu)化/ 199

二、 發(fā)酵設(shè)備的選型/ 200

三、 發(fā)酵過程的放大/ 201

第六節(jié)　 合成生物學(xué)——工程菌發(fā)酵

技術(shù)發(fā)展新引擎/ 202

第十章　生物催化/ 204

第一節(jié)　生物催化概述/ 204

一、 生物催化發(fā)展史/ 204

二、 生物催化的特點/ 205

三、 生物催化的常用方法與反應(yīng)體系/ 207

第二節(jié)　 生物催化反應(yīng)類型及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 210

一、 氧化酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 210

二、 還原酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 217

三、 水解酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 219

四、 氨基轉(zhuǎn)移酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 221

五、 醛縮酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 223

六、 其他酶及其在藥物合成中的應(yīng)用/ 224

第三節(jié)　工業(yè)生物催化反應(yīng)實例/ 224

一、 阿托伐他汀重要中間體的工業(yè)生物催化制備案例/ 224

二、 西格列汀重要中間體的工業(yè)生物催化制備案例/ 227

三、 小結(jié)與展望/ 228

第二篇　生物制藥分離純化工藝

第十一章　生物制藥的分離純化概論/ 232

第一節(jié)　 生物制藥中分離純化的重要性與技術(shù)特點/ 232

一、 生物制藥中分離純化的重要性/ 232

二、 生物制藥中分離純化的技術(shù)特點/ 232

第二節(jié)　 生物制藥分離純化的一般工業(yè)過程與單元操作/ 235

一、 生物制藥分離純化的一般工業(yè)過程/ 235

二、 生物制藥分離純化的主要單元操作及原理/ 236

三、 生物制藥分離純化方法的選擇依據(jù)/ 237

第三節(jié)　生物制藥分離純化的發(fā)展方向/ 239

一、 研究、開發(fā)、完善新型和經(jīng)濟高效的分離純化技術(shù)/ 239

二、 各種單元操作的結(jié)合偶聯(lián)/ 240

三、 新型介質(zhì)的應(yīng)用/ 240

四、 生物工程上游技術(shù)和下游技術(shù)結(jié)合/ 241

第十二章　液- 固分離技術(shù)/ 242

第一節(jié)　概述/ 242

第二節(jié)　物料性質(zhì)/ 242

一、 固體顆粒的性質(zhì)/ 242

二、 液體的性質(zhì)/ 244

三、 懸浮液的性質(zhì)/ 244

第三節(jié)　過濾分離/ 245

一、 過濾的基本概念和分類/ 245

二、 濾餅過濾/ 246

第四節(jié)　離心分離/ 250

一、 離心分離的原理/ 250

二、 離心分離的操作和基本計算/ 251

三、 離心沉降設(shè)備/ 252

第五節(jié)　 液- 固分離技術(shù)在生物制藥過程中的應(yīng)用/ 255

一、 發(fā)酵液的過濾分離/ 255

二、 活性炭脫色后藥液的過濾/ 255

三、 結(jié)晶體的過濾/ 離心分離/ 255

第十三章　膜分離法/ 257

第一節(jié)　分類和定義/ 258

第二節(jié)　表征膜性能的參數(shù)/ 258

第三節(jié)　分離機制/ 260

第四節(jié)　 膜兩側(cè)溶液間的傳遞方程式——濃差極化- 凝膠層模型/ 262

第五節(jié)　膜分離影響因素及應(yīng)用/ 263

一、 影響膜的因素/ 264

二、 膜分離裝置/ 265

三、 超濾過程的操作方式/ 267

四、 膜的污染與清洗/ 268

五、 應(yīng)用舉例/ 269

第十四章　溶劑萃取法/ 272

第一節(jié)　溶劑萃取法的理論基礎(chǔ)/ 272

一、 萃取體系/ 273

二、 溶劑提取的分配定律/ 273

三、 表征溶劑提取的重要參數(shù)/ 275

四、 影響溶劑萃取的因素/ 276

第二節(jié)　工業(yè)上常用的萃取方法/ 277

一、 單級萃取/ 277

二、 多級錯流萃取/ 278

三、 多級逆流萃取/ 279

第三節(jié)　乳化與破乳/ 280

一、 化學(xué)破乳法/ 281

二、 物理破乳法/ 282

三、 其他破乳方法/ 282

第四節(jié)　溶劑回收/ 283

第五節(jié)　溶劑萃取法的應(yīng)用/ 283

一、 溶劑萃取法提取克拉維酸/ 283

二、 溶劑萃取法提取紅霉素/ 284

三、 溶劑萃取法提取替考拉寧/ 284

四、 溶劑萃取法提取利福霉素S 和利福霉素SV/ 284

五、 溶劑萃取法提取麥考酚酸/ 284

第六節(jié)　新型溶劑萃取技術(shù)/ 285

一、 超臨界流體萃取技術(shù)/ 285

二、 離子液體萃取技術(shù)/ 287

第十五章　雙水相萃取法/ 290

第一節(jié)　概述/ 290

一、 水溶性高聚物相系統(tǒng)/ 290

二、 雙水相萃取的基本概念/ 291

三、 相圖/ 292

第二節(jié)　雙水相萃取理論/ 294

一、 布朗運動和界面張力引起的粒子分配/ 294

二、 分配系數(shù)與活度的關(guān)系/ 295

三、 相系統(tǒng)的道南電位/ 295

第三節(jié)　影響雙水相萃取的因素/ 296

一、 成相高聚物濃度——界面張力/ 296

二、 成相高聚物的分子量/ 297

三、 電化學(xué)分配——鹽類的影響/ 297

四、 生物親和分配/ 298

五、 疏水效應(yīng)/ 300

六、 溫度及其他因素/ 300

第四節(jié)　雙水相萃取技術(shù)的應(yīng)用/ 300

一、 雙水相分配進行粒子濃縮/ 301

二、 雙水相系統(tǒng)萃取胞內(nèi)酶/ 302

三、 雙水相酶法/ 302

四、 雙水相萃取干擾素的工業(yè)規(guī)模實例/ 303

第五節(jié)　雙水相萃取技術(shù)的發(fā)展/ 303

一、 廉價雙水相系統(tǒng)的開發(fā)/ 303

二、 雙水相親和分配/ 304

三、 液體離子交換劑/ 304

第十六章　離子交換法/ 306

第一節(jié)　離子交換樹脂的基本概念/ 306

第二節(jié)　 離子交換樹脂的分類、命名及理化性能/ 307

一、 分類/ 307

二、 命名/ 311

三、 理化性能/ 312

第三節(jié)　離子交換過程的理論基礎(chǔ)/ 317

一、 離子交換平衡方程式/ 317

二、 離子交換速度/ 319

三、 離子交換過程的運動學(xué)/ 321

第四節(jié)　離子交換過程的選擇性/ 323

一、 離子的水化半徑（水合離子半徑）/ / 324

二、 離子的化合價/ 324

三、 溶液的pH/ 325

四、 交聯(lián)度、膨脹度、分子篩/ 325

五、 樹脂和交換離子之間的輔助力/ 326

六、 有機溶劑的影響/ 327

第五節(jié)　大孔離子交換樹脂/ 327

第六節(jié)　樹脂和操作條件的選擇及應(yīng)用實例/ 329

一、 樹脂和最適操作條件的選擇/ 329

二、 應(yīng)用實例/ 330

第七節(jié)　軟水和無鹽水制備/ 331

一、 軟水制備/ 331

二、 無鹽水制備/ 331

第八節(jié)　離子交換法分離蛋白質(zhì)/ 334

一、 蛋白質(zhì)的離子交換平衡及動力學(xué)/ 334

二、 適用于分離純化蛋白質(zhì)的離子交換劑/ 335

三、 應(yīng)用實例/ 336

第十七章　吸附分離法/ 338

第一節(jié)　吸附過程的理論基礎(chǔ)/ 338

一、 基本概念/ 338

二、 吸附的類型/ 339

三、 吸附力的本質(zhì)/ 340

四、 吸附等溫線/ 341

五、 影響吸附過程的因素/ 341

第二節(jié)　大孔吸附樹脂/ 342

一、 大孔吸附樹脂的吸附機制/ 342

二、 大孔吸附樹脂的類型和結(jié)構(gòu)/ 343

三、 大孔吸附樹脂法的分離過程/ 345

第三節(jié)　其他常用吸附劑/ 347

一、 硅膠/ 347

二、 活性炭/ 348

三、 氧化鋁/ 348

第四節(jié)　吸附分離法的應(yīng)用/ 349

一、 大孔吸附樹脂法的應(yīng)用/ 349

二、 硅膠吸附法的應(yīng)用/ 352

三、 活性炭吸附法的應(yīng)用/ 353

四、 氧化鋁吸附法的應(yīng)用/ 353

第十八章　沉淀分離法/ 355

第一節(jié)　概述/ 355

第二節(jié)　鹽析法/ 355

一、 基本原理/ 355

二、 影響因素/ 356

三、 基本操作/ 357

第三節(jié)　有機溶劑沉淀法/ 358

一、 基本原理/ 358

二、 影響因素/ 358

三、 有機溶劑的選擇/ 359

第四節(jié)　其他沉淀法/ 360

一、 有機酸沉淀法/ 360

二、 選擇性變性沉淀法/ 360

三、 高聚物沉淀法/ 361

第十九章　色譜分離法/ 363

第一節(jié)　概述/ 363

第二節(jié)　凝膠色譜法/ 363

一、 基本原理及特點/ 364

二、 凝膠的特性與種類/ 365

三、 參數(shù)選擇與操作過程/ 366

第三節(jié)　親和色譜法/ 367

一、 基本原理及特點/ 367

二、 親和介質(zhì)/ 368

三、 操作及分類/ 369

第四節(jié)　疏水相互作用色譜法/ 372

一、 基本原理及特點/ 372

二、 疏水分離介質(zhì)/ 373

三、 影響因素/ 374

四、 疏水相互作用色譜法操作/ 375

五、 疏水相互作用色譜法應(yīng)用/ 375

第五節(jié)　其他色譜技術(shù)/ 376

一、 制備型超臨界流體色譜法/ 376

二、 逆流色譜法/ 377

三、 置換色譜法/ 377

四、 徑向色譜法/ 378

第二十章　結(jié)晶/ 380

第一節(jié)　結(jié)晶過程及理論基礎(chǔ)/ 380

一、 結(jié)晶過程是表面化學(xué)反應(yīng)過程/ 380

二、 結(jié)晶過程/ 381

三、 影響結(jié)晶過程的因素/ 385

第二節(jié)　提高晶體質(zhì)量的途徑/ 386

一、 晶體大小/ 387

二、 晶體形狀/ 389

三、 晶體純度/ 390

第三節(jié)　結(jié)晶方法及應(yīng)用/ 391

一、 蒸發(fā)法/ 391

二、 溫度誘導(dǎo)法/ 392

三、 化學(xué)反應(yīng)法/ 392

四、 溶析法/ 392

五、 等電點法/ 393

六、 共沸蒸餾法/ 394

七、 復(fù)合法/ 395

八、 重結(jié)晶/ 396

參考文獻/ 398