生物制药工艺学(第3版/本科药学/配增值)

**篇　生物药物发酵工艺
**章　绪论/ 2
一、 生物制药的发展历程/ 2
二、 生物制药工艺的改进与创新/ 3
三、 生物制药产品的类别/ 4
四、 生物制药的工艺过程/ 6
第二章　微生物代谢产物的生物合成与调控/ 9
**节　微生物的代谢产物/ 9
一、 初级代谢产物及其特点/ 9
二、 次级代谢产物及其特点/10
三、 初级代谢产物与次级代谢产物的关系/ 13
第二节　次级代谢产物的构建单位与合成途径/15
一、 氨基酸及其衍生物/15
二、 糖及氨基糖/15
三、 聚酮体及其衍生物/17
四、 甲羟戊酸及其衍生物/18
五、 环多醇和氨基环多醇/19
六、 碱基及其衍生物/20
七、 莽草酸及其衍生物/21
八、 吩嗪酮/21
第三节　次级代谢产物的生物合成过程/23
一、 构建单位的合成/23
二、 构建单位的连接/23
三、 母核合成后的修饰/23
第四节　次级代谢产物生物合成的调控/24
一、 酶合成的诱导调节/25
二、 反馈调节/25
三、 磷酸盐调节/26
四、 碳分解产物调节/29
五、 氮分解产物调节/30
六、 菌体生长速率的调节/31
七、 化学调节因子的调节/32
八、 控制次级代谢产物生物合成的因素/ 33
第三章　菌种选育的理论与技术/35
**节　概述/35
一、 菌种选育的目的/36
二、 菌种选育的基本理论/37
第二节　自然选育/41
一、 自然选育的一般过程/41
二、 自然选育的操作方法/41
第三节　诱变育种/42
一、 常用的诱变剂/42
二、 诱变处理过程/48
三、 突变菌株高产基因的表达/59
第四节　杂交育种/59
一、 细菌的杂交育种/60
二、 放线菌的杂交育种/61
三、 霉菌的杂交育种/62
第五节　原生质体育种/63
一、 原生质体的制备/64
二、 原生质体的再生/65
三、 原生质体融合育种/65
四、 原生质体诱变育种/67
五、 原生质体再生育种/67
第六节　核糖体工程育种/68
一、 核糖体工程的作用机制/68
二、 提高代谢产物产量/68
三、 产生新的代谢产物/69
第七节　分子育种/69
一、 提高代谢产物产量/69
二、 改善代谢产物组分含量/74
三、 改进代谢产物生产工艺/75
四、 产生新的代谢产物/77
第四章　菌种保藏/80
**节　菌种保藏的目的和管理规程/80
一、 菌种保藏的目的/80
二、 菌种保藏的管理规程/80
三、 菌种的生物安全性分类/81
四、 菌种的防护级别/81
第二节　菌种保藏的原理、方法及注意事项/ /81
一、 菌种保藏的原理/82
二、 菌种保藏的方法/82
三、 菌种保藏的注意事项/86
第三节　国内外菌种保藏机构/87
第五章　培养基/89
**节　培养基的成分/89
一、 碳源/89
二、 氮源/91
三、 磷源和硫源/92
四、 无机离子/93
五、 生长因子/94
六、 前体/94
七、 诱导物/95
八、 促进剂和抑制剂/95
九、 水和氧气/96
第二节　培养基的种类/96
一、 合成培养基和复合培养基/96
二、 固体培养基和液体培养基/97
三、 孢子培养基、种子培养基、发酵培养基和补料培养基/97
第三节　培养基的设计、筛选与优化/ /98
一、 培养基的设计/98
二、 培养基的筛选与优化/99
第四节　影响培养基质量的因素/ 108
一、 原材料质量/ 108
二、 水质/ 109
三、 培养基的灭菌/ 110
四、 培养基的黏度/ 110
第六章　灭菌与除菌/ 111
**节　主要的灭菌与除菌方法及原理/ 111
一、 高温灭菌/ 111
二、 过滤除菌/ 112
三、 化学消毒和灭菌/ 113
四、 其他灭菌方法/ 113
第二节　培养基和发酵设备的灭菌/ 114
一、 培养基的灭菌方法/ 114
二、 培养基灭菌的影响因素/ 117
三、 发酵罐与发酵辅助设备/ 120
四、 发酵设备的灭菌方法/ 121
第三节　空气除菌/ 122
一、 空气过滤除菌的原理/ 122
二、 空气过滤器/ 125
三、 空气过滤除菌的工艺流程/ 126
第四节　无菌检查与染菌的处理/ 128
一、 无菌检查/ 128
二、 染菌原因的分析/ 129
三、 防止染菌的要点/ 130
四、 污染杂菌的处理/ 130
五、 污染噬菌体的处理/ 131
第七章　生产种子的制备/ 133
**节　生产种子应具备的条件与制备过程/ 133
一、 生产种子应具备的条件/ 133
二、 生产种子的制备过程/ 133
第二节　孢子的制备/ 134
一、 孢子的制备工艺/ 134
二、 孢子制备过程中的要点/ 135
第三节　种子的制备/ 136
一、 摇瓶种子的制备/ 136
二、 种子罐种子的制备/ 136
第四节　生产种子质量控制与分析/ 137
一、 影响孢子质量的因素与控制/ 137
二、 影响种子质量的因素与控制/ 139
第五节　生产种子制备实例/ 141
第八章　发酵过程与控制/ 144
**节　概述/ 144
一、 发酵过程的复杂性/ 144
二、 发酵过程控制的必要性/ 145
三、 发酵过程控制的模式/ 145
第二节　微生物的发酵类型/ 146
一、 按投料方式分类/ 146
二、 按与氧的关系分类/ 147
三、 按发酵动力学参数的关系分类/ 148
第三节　发酵过程的工艺参数控制/ 148
一、 物理参数/ 149
二、 化学参数/ 150
三、 生物参数/ 152
第四节　发酵过程中的代谢变化/ 153
一、 初级代谢产物发酵/ 154
二、 次级代谢产物发酵/ 154
三、 代谢曲线/ 156
第五节　菌体浓度的影响及其控制/ 156
一、 影响菌体浓度的因素/ 156
二、 菌体浓度对发酵产量的影响/ 157
三、 *适菌体浓度的确定与控制/ 157
第六节　营养基质的影响及其控制/ 159
一、 碳源的影响与控制/ 159
二、 氮源的影响与控制/ 160
三、 磷酸盐的影响与控制/ 161
第七节　温度的影响及其控制/ 161
一、 温度对发酵的影响/ 161
二、 影响发酵温度变化的因素/ 162
三、 发酵温度的控制/ 163
第八节　pH 的影响及其控制/ 164
一、 pH 对发酵的影响/ 164
二、 发酵液pH 的变化/ 165
三、 发酵液pH 的确定与控制/ 165
第九节　溶解氧的影响及控制/ 167
一、 发酵过程中氧的需求/ 168
二、 氧在溶液中的传递/ 171
三、 影响供氧的因素/ 172
四、 溶解氧浓度、摄氧率和液相体积
氧传递系数的测定/ 175
五、 溶解氧的控制/ 177
第十节　发酵过程的补料控制/ 180
一、 补料的作用/ 180
二、 补料的方式和控制/ 181
第十一节　泡沫的影响及其控制/ 182
一、 泡沫的性质与类型/ 182
二、 泡沫对发酵的影响/ 182
三、 影响泡沫形成的因素/ 182
四、 泡沫的控制/ 183
五、 常用的消泡剂/ 184
六、 消泡剂的增效措施/ 185
第十二节　发酵终点的控制/ 185
一、 从有利于提高经济效益的角度考虑/ 185
二、 从有利于提高产品质量的角度考虑/ 185
第九章　基因工程菌发酵/ 187
**节　基因工程菌概述/ 187
一、 基因工程菌的特点/ 187
二、 基因工程菌在医药领域中的应用/ 188
第二节　基因工程菌的构建/ 188
一、 目的基因的获取/ 188
二、 宿主的选择/ 190
三、 载体的选择/ 190
四、 构建重组基因工程菌/ 191
五、 外源基因表达常见的问题/ 192
第三节　 基因工程菌的生长周期与发酵动力学/ 192
一、 基因工程菌的生长周期/ 193
二、 基因工程菌的发酵动力学/ 193
三、 基因工程菌的不稳定性及其控制/ 194
第四节　基因工程菌的发酵过程控制/ 195
一、 基因工程菌发酵条件的控制/ 195
二、 基因工程菌的培养方式/ 197
三、 基因工程菌的高密度发酵技术/ 197
第五节　基因工程菌发酵过程的放大/ 199
一、 发酵过程的优化/ 199
二、 发酵设备的选型/ 200
三、 发酵过程的放大/ 201
第六节　 合成生物学——工程菌发酵
技术发展新引擎/ 202
第十章　生物催化/ 204
**节　生物催化概述/ 204
一、 生物催化发展史/ 204
二、 生物催化的特点/ 205
三、 生物催化的常用方法与反应体系/ 207
第二节　 生物催化反应类型及其在药物合成中的应用/ 210
一、 氧化酶及其在药物合成中的应用/ 210
二、 还原酶及其在药物合成中的应用/ 217
三、 水解酶及其在药物合成中的应用/ 219
四、 氨基转移酶及其在药物合成中的应用/ 221
五、 醛缩酶及其在药物合成中的应用/ 223
六、 其他酶及其在药物合成中的应用/ 224
第三节　工业生物催化反应实例/ 224
一、 阿托伐他汀重要中间体的工业生物催化制备案例/ 224
二、 西格列汀重要中间体的工业生物催化制备案例/ 227
三、 小结与展望/ 228
第二篇　生物制药分离纯化工艺
第十一章　生物制药的分离纯化概论/ 232
**节　 生物制药中分离纯化的重要性与技术特点/ 232
一、 生物制药中分离纯化的重要性/ 232
二、 生物制药中分离纯化的技术特点/ 232
第二节　 生物制药分离纯化的一般工业过程与单元操作/ 235
一、 生物制药分离纯化的一般工业过程/ 235
二、 生物制药分离纯化的主要单元操作及原理/ 236
三、 生物制药分离纯化方法的选择依据/ 237
第三节　生物制药分离纯化的发展方向/ 239
一、 研究、开发、完善新型和经济高效的分离纯化技术/ 239
二、 各种单元操作的结合偶联/ 240
三、 新型介质的应用/ 240
四、 生物工程上游技术和下游技术结合/ 241
第十二章　液- 固分离技术/ 242
**节　概述/ 242
第二节　物料性质/ 242
一、 固体颗粒的性质/ 242
二、 液体的性质/ 244
三、 悬浮液的性质/ 244
第三节　过滤分离/ 245
一、 过滤的基本概念和分类/ 245
二、 滤饼过滤/ 246
第四节　离心分离/ 250
一、 离心分离的原理/ 250
二、 离心分离的操作和基本计算/ 251
三、 离心沉降设备/ 252
第五节　 液- 固分离技术在生物制药过程中的应用/ 255
一、 发酵液的过滤分离/ 255
二、 活性炭脱色后药液的过滤/ 255
三、 结晶体的过滤/ 离心分离/ 255
第十三章　膜分离法/ 257
**节　分类和定义/ 258
第二节　表征膜性能的参数/ 258
第三节　分离机制/ 260
第四节　 膜两侧溶液间的传递方程式——浓差极化- 凝胶层模型/ 262
第五节　膜分离影响因素及应用/ 263
一、 影响膜的因素/ 264
二、 膜分离装置/ 265
三、 超滤过程的操作方式/ 267
四、 膜的污染与清洗/ 268
五、 应用举例/ 269
第十四章　溶剂萃取法/ 272
**节　溶剂萃取法的理论基础/ 272
一、 萃取体系/ 273
二、 溶剂提取的分配定律/ 273
三、 表征溶剂提取的重要参数/ 275
四、 影响溶剂萃取的因素/ 276
第二节　工业上常用的萃取方法/ 277
一、 单级萃取/ 277
二、 多级错流萃取/ 278
三、 多级逆流萃取/ 279
第三节　乳化与破乳/ 280
一、 化学破乳法/ 281
二、 物理破乳法/ 282
三、 其他破乳方法/ 282
第四节　溶剂回收/ 283
第五节　溶剂萃取法的应用/ 283
一、 溶剂萃取法提取克拉维酸/ 283
二、 溶剂萃取法提取红霉素/ 284
三、 溶剂萃取法提取替考拉宁/ 284
四、 溶剂萃取法提取利福霉素S 和利福霉素SV/ 284
五、 溶剂萃取法提取麦考酚酸/ 284
第六节　新型溶剂萃取技术/ 285
一、 超临界流体萃取技术/ 285
二、 离子液体萃取技术/ 287
第十五章　双水相萃取法/ 290
**节　概述/ 290
一、 水溶性高聚物相系统/ 290
二、 双水相萃取的基本概念/ 291
三、 相图/ 292
第二节　双水相萃取理论/ 294
一、 布朗运动和界面张力引起的粒子分配/ 294
二、 分配系数与活度的关系/ 295
三、 相系统的道南电位/ 295
第三节　影响双水相萃取的因素/ 296
一、 成相高聚物浓度——界面张力/ 296
二、 成相高聚物的分子量/ 297
三、 电化学分配——盐类的影响/ 297
四、 生物亲和分配/ 298
五、 疏水效应/ 300
六、 温度及其他因素/ 300
第四节　双水相萃取技术的应用/ 300
一、 双水相分配进行粒子浓缩/ 301
二、 双水相系统萃取胞内酶/ 302
三、 双水相酶法/ 302
四、 双水相萃取干扰素的工业规模实例/ 303
第五节　双水相萃取技术的发展/ 303
一、 廉价双水相系统的开发/ 303
二、 双水相亲和分配/ 304
三、 液体离子交换剂/ 304
第十六章　离子交换法/ 306
**节　离子交换树脂的基本概念/ 306
第二节　 离子交换树脂的分类、命名及理化性能/ 307
一、 分类/ 307
二、 命名/ 311
三、 理化性能/ 312
第三节　离子交换过程的理论基础/ 317
一、 离子交换平衡方程式/ 317
二、 离子交换速度/ 319
三、 离子交换过程的运动学/ 321
第四节　离子交换过程的选择性/ 323
一、 离子的水化半径（水合离子半径）/ / 324
二、 离子的化合价/ 324
三、 溶液的pH/ 325
四、 交联度、膨胀度、分子筛/ 325
五、 树脂和交换离子之间的辅助力/ 326
六、 有机溶剂的影响/ 327
第五节　大孔离子交换树脂/ 327
第六节　树脂和操作条件的选择及应用实例/ 329
一、 树脂和*适操作条件的选择/ 329
二、 应用实例/ 330
第七节　软水和无盐水制备/ 331
一、 软水制备/ 331
二、 无盐水制备/ 331
第八节　离子交换法分离蛋白质/ 334
一、 蛋白质的离子交换平衡及动力学/ 334
二、 适用于分离纯化蛋白质的离子交换剂/ 335
三、 应用实例/ 336
第十七章　吸附分离法/ 338
**节　吸附过程的理论基础/ 338
一、 基本概念/ 338
二、 吸附的类型/ 339
三、 吸附力的本质/ 340
四、 吸附等温线/ 341
五、 影响吸附过程的因素/ 341
第二节　大孔吸附树脂/ 342
一、 大孔吸附树脂的吸附机制/ 342
二、 大孔吸附树脂的类型和结构/ 343
三、 大孔吸附树脂法的分离过程/ 345
第三节　其他常用吸附剂/ 347
一、 硅胶/ 347
二、 活性炭/ 348
三、 氧化铝/ 348
第四节　吸附分离法的应用/ 349
一、 大孔吸附树脂法的应用/ 349
二、 硅胶吸附法的应用/ 352
三、 活性炭吸附法的应用/ 353
四、 氧化铝吸附法的应用/ 353
第十八章　沉淀分离法/ 355
**节　概述/ 355
第二节　盐析法/ 355
一、 基本原理/ 355
二、 影响因素/ 356
三、 基本操作/ 357
第三节　有机溶剂沉淀法/ 358
一、 基本原理/ 358
二、 影响因素/ 358
三、 有机溶剂的选择/ 359
第四节　其他沉淀法/ 360
一、 有机酸沉淀法/ 360
二、 选择性变性沉淀法/ 360
三、 高聚物沉淀法/ 361
第十九章　色谱分离法/ 363
**节　概述/ 363
第二节　凝胶色谱法/ 363
一、 基本原理及特点/ 364
二、 凝胶的特性与种类/ 365
三、 参数选择与操作过程/ 366
第三节　亲和色谱法/ 367
一、 基本原理及特点/ 367
二、 亲和介质/ 368
三、 操作及分类/ 369
第四节　疏水相互作用色谱法/ 372
一、 基本原理及特点/ 372
二、 疏水分离介质/ 373
三、 影响因素/ 374
四、 疏水相互作用色谱法操作/ 375
五、 疏水相互作用色谱法应用/ 375
第五节　其他色谱技术/ 376
一、 制备型超临界流体色谱法/ 376
二、 逆流色谱法/ 377
三、 置换色谱法/ 377
四、 径向色谱法/ 378
第二十章　结晶/ 380
**节　结晶过程及理论基础/ 380
一、 结晶过程是表面化学反应过程/ 380
二、 结晶过程/ 381
三、 影响结晶过程的因素/ 385
第二节　提高晶体质量的途径/ 386
一、 晶体大小/ 387
二、 晶体形状/ 389
三、 晶体纯度/ 390
第三节　结晶方法及应用/ 391
一、 蒸发法/ 391
二、 温度诱导法/ 392
三、 化学反应法/ 392
四、 溶析法/ 392
五、 等电点法/ 393
六、 共沸蒸馏法/ 394
七、 复合法/ 395
八、 重结晶/ 396
参考文献/ 398