制药工艺学元英进课后答案.doc

第一章 论绪
第二章 1-1：分析制药工艺在整个制药链中的地位与作用。
答：制药工艺学的工程性和实用性较强，加之药品种类繁多，生产工艺流程多样，过程复杂。即使进行通用药物的生产，也必须避开已有专利保护，要有自主知识产权的工艺。制药工艺作为把药物产品化的一种技术过程是现代医药行业的关键技术领域，在新药的产业化方面具有不可代替的作用；制药工艺学是研究药的生产过程的共性规律及其应用的一门学科，包括制配原理，工艺路线和质量控制，制药工艺是药物产业化的桥梁与瓶颈，对工艺的研究是加速产业化的一个重要方面。

1-2．提取制药、化学制药、生物技术制药的工艺特点是什么，应用的厂品范围是什么？
答：提取制药工艺的特点：以化工分离提取单元操作组合为主，直接从天然原料中用分离纯化等技术制配药物；应用的产品范围包括：氨基酸、维生素、酶、血液制品、激素糖类、脂类、生物碱。
化学制药工艺的特点:生产分子量较小的化学合成药物为主，连续多步化学合成反应，随即分离纯化过程；应用产品范围包括；全合成药物氯霉素，半合成药物多烯紫杉醇，头孢菌素C等。
生物技术制药工艺特点：生产生物技术制药、包括分子量较大的蛋白质、核酸等药物。化学难以合成的或高成本的小分子量药物。生物合成反应（反应器，一步）生成产物，随后生物分离纯化过程；应用的产品范围包括：重组蛋白质、单元隆抗体、多肽蛋白质、基因药物、核苷酸、多肽、抗生素等。

1-3化学制药产品一定申报化学制药吗？生物技术制药产品一定申报生物制药吗？为什么？举例说明。
答：化学制药产品和生物制药产品均不一定申报化学药物和生物制药制品：有些药物的生产工艺是由化学只要和生物技术制药相互链接有机组成的。如两步法生产维生素C，首先是化学合成工艺，之后是发酵工艺，最后是化学合成工艺；有些药物经过化学合成工艺，最后是生物发酵工艺，如氢化可的松。

1-4从重磅炸弹药物出发，分析未来制药工艺的趋势。
答：重磅炸弹药物是指年销售收入达到一定标注，对医药产业具有特殊贡献的一类药物。未来制药工艺的趋势：（1）主要药物的类型将会增加（2）研发投入加大（3）企业并购与重组讲促进未来只要工艺的统一化（4）重磅炸弹药药物数量增加，促进全球经济的发展。

1-5世界销售收入排前十位的制药是什么？它们属于哪类药物？采取的制药工艺是什么？
答：（1）抗溃疡药物（219亿美元），属于内分泌系统药物，采取化学制药工艺，（2）降低胆固醇和甘油三酯药物（217亿美元），属于生物合成药物，采取生物技术制药工艺.（3）抗抑郁药物（170亿美元）属于中枢神经系统药物，采用化学制药工艺（4）非甾体固醇抗风湿药物（113亿美元）属于生物制品，采用生物制药工艺（5）钙拮抗药物（99亿美元）属于化学合成药物，采用化学合成工艺（6）抗精神病药物（95亿美元）中枢神经系统药物，化学制药工艺（7）细胞生成素（80亿美元）血液和造血系统药物，化学制药工艺（8）口服抗糖尿病药物（80亿美元）生物制药，生物制药工艺（9）ACE抑制药（78亿美元）化学合成药物，化学制药工艺（10）头孢菌素及其组合（76亿美元）生物制品，提取制药工艺
1-6列举出现频率较高的制药工艺技术
答：生物制药技术发展迅速，出现频率较高，该工艺包括微生物发酵制药，酶工程技术制药，细胞培养技术制药

1-7化学药物，生物药物，中药今年来增长情况怎样？
答：随着现代科技技术改造和发展，世界正处于开发新药过程中，而化学药物，生物药物，中药今年来增长依然迅速，起着主导作用，尤其是生物药物为人类提供了更加有效作用在治疗疾病方法中占据重要作用

第二章 化学制药工艺路线的设计和选择
2-1 工艺路线设计有几种方法，各有什么特点？如何选择？
答：（1）类型反应法，类型反应法是指利用常见的典型有机化学反应与合成方法进行合成工艺路线设计的方法。类型反应法既包括各类化学结构的有机合成通法，又包括官能团的形成，转换或保护等合成反应。对于有明显结构特征和官能团的化合物，通常采用类型反应法进行合成工艺路线。
（2）分子对称法，药物分子中存在对称性时，往往可由两个相同的分子片段经化学合成反应制得，或在同一步反应中将分子的相同部分同时构建起来。该法简单，路线清晰，主要用于非甾体类激素的合成。
（3）追溯求源法，从药物分子的化学结构出发，将其化学合成过程一步步逆向推导，进行寻源的思考方法，研究药物分子化学结构，寻找出最后一个结合点，逆向切断链接消除重排和官能团形成与转化，如此反复追溯求源直到最简单的化合物，即期始原料为止，即期始原料应该是方便易的，价格合理的化学原料或天然化合物，最后是各步的合理排列与完整合成路线的确定。

2—2工艺路线评价的标准是什么？为什么？
答：原因：一个药物可以有多条合成路线，且各有特点，哪条路线可以发展成为适合于工业生产的工艺路线则必需通过深入细致的综合比较和论证，从中选择出最为合理的合成路线，并制定出具体的实验室工艺研究方案。
工艺路线的评价标准：1，化学合成途径简捷，即原辅材料转化为药物的路线简短;
2,所需的原辅材料品种少并且易得，并有足够数量的供应；
3,中间体容易提纯，质量符合要求，最好是多不反应连续操作；
4,反应在易于控制的条件下进行，如无毒，安全；
5,设备要求不苛刻； 6,“三废”少且易于治理；
7,操作简便，经分离，纯化易达到药用标准；
8，收率最佳，成本最低，经济效益好。

2-3,如何进行工艺路线的选择？
答:1,选择工艺路线时，首先要清楚每条合成路线是由不同的化学反应组成，因此要了解化学反应类型；
2,理想的药物合成工艺路线应具备合成步骤少，操作简便，设备要求低，各步收率较高等特点，了解反应步骤数和计算反应总收率是衡量不同合成路线效率的最直接方法；
3,选择工艺路线，首先应了解每一条合成路线所用的各种原辅材料的来源、规格和供应情况，必须对原辅材料进行全面了解，使原材料成本最低；
4,要及时更换辅助材料和改变步骤合成，将废物排放减少到最低限度，消除污染，保护环境。

第三章 化学制药的工艺研究
3-1,化学合成药物工艺研究的主要内容是什么？
答：化学合成药物工艺研究的主要内容有7个：配料比、溶剂、温度和压力、催化剂、反应时间及其监控、后处理、产品的纯化和检验。

3-2,分析影响反应的各种条件与工艺之间的关系是什么？哪些反应条件需要进行极限实验？为什么？
答：1,反应物的浓度和配料比，一般情况下，增加反应物浓度有助于加快反应速率、提高设备能力和减少溶剂用量，同时确定合适的配料比，也能使收率更高。
2,溶剂。溶剂主要作为化学反应的介质，反应溶剂性质和用量直接影响反应物的浓度、溶剂化作用、加料次序、反应温度和反应压力等。
3,反应温度和压力。化学反应伴随有能量的转换，在化学合成药物工艺研究中要注意考察反应温度和压力的变化，选择合适的搅拌器和搅拌速度。
4,催化剂。现代化学工业中，80％以上的反应涉及催化过程。化学合成药物的工艺路线中叶常见催化反应，如：酸碱催化、金属催化、相转移催化、生物酶催化等，利用催化剂来加速化学反应，缩短生产周期、提高产品的纯度和收率。催化剂，温度，配料比和加料速度等都必须进行极限实验。
原因：经过详细的工艺研究，可以找到最适宜的工艺条件，如配料比，温度，酸碱度，反应时间，溶剂等。它们往往不是单一的点，而是一个许可范围。有些尖顶型化学反应对工艺条件很严超过某一极限后，就会造成重大损失，甚至发生安全事故。在这种情况下，应该进行工艺条件的极限实验，有意识地安排一些破坏性实验。以便更完全的掌握该反应的规律，以确保生产安全提供必要的数据，所以需进行极限实验。

3-3 合成工序的确定一般在哪个阶段？对于整个生产过程具有什么重要意义？
答：药物的合成工艺路线通常可有若干个合成工序组成，每个合成工序包含若干个化学单元反应。对于这些化学单元反应进行实验室水平的工艺研究。目的在于优化和选择最佳的工艺条件同时为生产车间划分生产岗位做准备。

3-4单分子反应，双分子反应，一级反应，二级反应之间的关系？
答：在某基元反应过程中若只有一分子参与反应则称为单分子反应。多数的一级反应为单分子反应。当相同或不同的两分子碰撞时相互作用而产生的反应称为双子反应，即为二级反应。

3-5 比较重结晶的溶解要求与普通反应溶剂的异同点？
答:理想的重结晶溶剂应对杂质有良好的溶解性，对于待提纯的药物应具有所期望的溶解性。即室温下微溶，而在该溶剂的沸点时溶解度较大，其溶解度随温度变化曲线斜率大。无论是反应溶剂还是重结晶溶剂都要求溶剂具有不活泼性，即在化学反应或在重结晶条件下，溶剂应是稳定而惰性的。

3-6 化学反应符合VantHoff经验规则具有哪些情况？
答：化学反应不符合VantHoff经验规则的又复杂反应，复杂反应又包括可逆反应，平行反应和联系反应等。VantHoff经验规则只适合一些简单反应，如单分子的基元反应，双分子反应和零级反应。

3-7冠醚类属于哪种催化剂，其最适合哪类反应？除此以外，还有哪种催化剂也具有类似的反应机理？
答:冠醚类属于非离子型相转移催化剂，冠醚具有特殊的络合性能，能与碱金属形成络合物，所有最适合络合反应；非环多醚类也具有类似的反应机理。

3-8 液—液相转移催化反应中，为什么溶剂不能与水互溶？
答：在液—液相转移催化系统中，即反应底物为液体时，原则上许多有机溶剂都可应用，但溶剂不与水互溶这一点非常重要，以确保离子不发生水合作用，即溶剂化。

3-9 什么是反应终点？有哪些常用的监控方法？各有什么优缺点？
答：反应终点就是主反应生产效率最大时，及时停止反应，防止其他副反应的进行；常用的方法有，薄层色谱，气相色谱和高效液相色谱等，监控速度慢，复杂，高效，也可用简易高效的化学或物理方法，如测定显色，沉淀，酸碱度，相对密度，折射率等。但效率不高。

3-10 制药工艺研究中，哪些内容必须符合GMP要求？
答：（1）制药程度 （2）药品的稳定性 （3）药品的生物有效性。
3-11 原辅料过渡实验的目的与内容是什么？
答：目的是排除原辅材料所含杂质的不良影响，以保证研究结果的正确性。内容是：当工艺路线确定后，再进一步考察工艺条件时，应尽量改用生产上足量供应的原辅材料进行过渡实验，考察某些工业规格的原辅材料所含杂质对反应收率和产品质量的影响，制定原辅材料的规格标准，规定各种杂质的最高允许限度。

3-12 哪些反应对设备材质有特殊要求？这些特殊要求是什么？如何满足？
答：多相反应，催化反应，间歇反应等对设备材质有特殊要求；这些特殊要求包括：加速反应，不易腐蚀材料。在实验研究阶段可在玻璃容器加入某种材料，对于腐蚀性的原辅材料需进行对设备材质腐蚀性实验，为中试放大的选择设备材质提供数据。

第四章 手性制药技术
4-1什么是手性药物，其构型与活性的特点是什么？
答：具有药理活性的手性化合物就是手性药物。
①两个对映体具有相同的药理作用。
②两个对映体中的一个有药理活性，另一个则无明显作用。
③两个对映体的药理作用不同，上市后用于不同的适应症。
④在消旋体中增加一种对映体的比例可调整临床疗效。
⑤两个对映体中的一个有治疗价值，另一个则有不良作用。

4-2如何判别手性药物的构型及其光学活性?
答：一对对映异构体等量混合，则混合物没有光学活性；如果不等量混合，则混合物具有光学活性。

43简述天然提取法制备手性药物的一般步骤。
答：①酶法分析 ②酶催化的还原反应 ③酶催化的氧化反映 ④酶催化的不对称合成反应 ⑤酶催化的转氨基化作用

4-4手性药物单一对映体的制备方法有哪几种？分析它们的的优缺点及其使用范围。
答：①手性源的不对称反应。手性源法合成光学活性物质需要一些光学纯的手性物质，它能使无手性或潜手性的化合物部分或全部转变成所需要的立体异构体，这种方法的有点是产品不经过拆分而且产率比较高;以易得的光学纯的物质（往往是天然产物）作原料，比较经济。这种方法的优缺点是较难获得很好的手性诱导，克服这一缺陷的方法是双不对称诱导法。

4-5化学拆分外消旋体药物有几种方法？分别举例加以阐述。
答：①酶法拆分 例如R-苯乙胺和S-苯乙胺的拆分
②选择性水解 使用马肝酯酶对布洛芬乙酯来拆分洛芬

4-6不对称化学合成在手性药物制备中原理及其应用。
答：不对称合成是利用反应剂将潜手性单元转化为手性单元，使得产生不等量的立体异构体的过程。不对称合成按照手性基团的影响方式和合成方法的发展，可以分一下几大类：手性源法、手性辅助剂法、手性试剂法、不对称催化合成法、双不对称诱导法等等。

4-7举例叙述生物酶法制备手性药物的原理及其应用。
答：酶催化的不对称合成反应
L-天冬氨酸的制备，它是重要的医药原料，甘氨酸对醛的合成反应可以在醛缩酶的催化下发生，生成的产物β-羟基-α-氨基酸可以作为原料，进一步转化为各种重要的中间体，如生成α-氨基酸、α-氨基二醇、α-羟基-β-氨基酸等。
原理：

4-8解释下列个名词的含义。
（1）手性与潜手性
手性：指一个实物与其镜中的影像不能重合的性质。
潜手性：当一个非手性分子处于等同地位（对映性）的一对原子或基团，被另一个不同于原有的原子或基团取代后，转化成手性分子而显示了手性，此时就把原来的分子中进行取代的一个中心轴或面称为潜手性的。
（2）对映异构体与非对应异构体
对映异构体：一对互为镜像关系的分子称为对应异构体。
非对应异构体：具有两个或多个手性中心，并且分子相互为镜像的立体异构体称为非对应异构体。
（3）外消旋体与内消旋体
内消旋体：分子内具有两个或对歌手性中心而同时又有对称面时，实物与镜像重合，这样的化合物称为内消旋体。
外消旋体：两个对应异构体以1：1的比例组成的混合物，旋光性相互抵消，因此这种混合物没有旋光性，称为外消旋体。
（4）对映体过量与非对映体过量
对映体过量：指在两个对映体的混合物中，其中一个对映体相对于另一个而过量的百分数，表征对映体的光学纯度。
非对映体过量：指在两个非对映体的混合物中，其中一个非对映体相对于另一个而过量的百分数，表征非对映体的光学纯度。
4-9判断下列药物分子的构型（R和S表示）

4-10、判断下列化合物哪些具有光学活性，并用R,S标记。

4-11、以下两个药物分子是一对对映异构体吗？

不是对映异构体，不成镜像关系。

第五章 氯霉素生产工艺
5-1、氯霉素有几个手性中心，如何进行工艺路线的设计与选择？
答：氯霉素有两个相连的手性中心，在进行工艺路线的设计与选择时，需解决氯霉素立体构型问题。

5-2、工业上氯霉素采用哪几种合成路线？各单元步骤的原理是什么？关键操作控制是什么？
答:工业上氯霉素采用具有苯乙基结构的化合物原料的合成路线；
原理：⑴

⑵

5-3、对硝其－α－溴代苯乙酮的制备中水含量有何影响？为什么？
答：水分存在时与溴化氢反应，诱导其延长或基本不起反应，因此对硝基苯乙酮溴代反应时，水分存在不利于反应，必段严格控制溶剂的水份。

5-4、氯霉素生产工艺中，主要的副产物有哪些？邻硝基乙苯如何处理？
答：主要有邻硝基乙苯，L－（＋）－氨基－1，3－丙二醇，利用邻硝基乙苯生产除草剂——杀草铵，工艺路线如下：

第七章 半合成抗生素生产工艺
7－1、半合成头孢菌素主要结构改造的位置？化学酰化法和微生物酶酰化各有什么优缺点？
答：可何改造的部位有四个，即7－酰氨基部分，7－氢原子，环中的硫原子和3－位取代基；采用化学酰化法酰化具有专属性强，副反就少，反应条件温和，产品纯度高等优点。
7-2、7－ADCA有几条生产路线？有哪些不同？
答：有两条，用头孢菌素C为原料通过两种方法－酶水解法和化学裂解法得到7－ACA，然后再脱乙酰基，便可得到7－ADCA。
酶水解法难度大，应用有一定局限性。而化学裂解法虽然操作较为复杂，对生产设备要求高，但工艺较为稳定和成熟。
7-3、在半合成制备头孢菌素过程中，哪些步骤采用化学合成？哪些步骤采用生物合成？
答：在化学酰化路线中，7位的酰化和3位的取代采用化学合成。在酶化法生产路线中，酶进行水解，采用生物合成。
7-4、苯甘氨酰氯与7－ADCA综合法中加入对甲苯磺酸的作用？
答：加入对甲苯硝酸的作用是7－ADCA酯从反应系中分离出来。

7—5微生物酶酰化法生产头孢氨苄是否可以工业化？
答： 可以工业化，酶酰化法专属性强，副反应少，反应条件温和，产品纯度高，随着酶活力与工艺的改进，酶酰化法将进一步发展并逐步工业化。

第八章 甾体激素生产工艺
8-1 路线1与路线2有哪些不同？
答：路线2可以防止路线1使用的Ni,H2O2等易燃易爆的化学试剂，并且各步的收率均十分理想。
工艺路线1：由环氧黄体酮先上溴开环，氢解除溴，上碘置换得醋酸化合物S，再经梨头霉菌氧化直接引入C-11位上β-羟基得氢化可的松。
工艺路线2：由黑根霉菌先在C-11位上引入A-羟基后，经用铬酐，铬酸氧化（-1）位，a-羟基为酮基，再上溴开环，用Raney溴消除溴上碘置换得醋酸可的松，成缩氨脲保护C-11，C-20位上酮基，用钾硼氢还原C-11位上酮基使成为b-羟基；脱去C-11，C-20位上保护基和水解C-21位上乙酰基可得氢化可的松。

8-2 在制备氢化可的松过程中，哪些步骤采用化学合成，哪些为生物法？
答：化学合成：（1）△5，16 —孕甾二烯—3B—20二酮—3—醋酸酯的制备
（2）16a—17a—环氧黄体酮的制备
(3) 17a—羟基黄体酮的制备
（4）△孕甾烯—17a，21—21二醇—3，,2—二酮醋酸酯的制备
生物法：最后一步（5）最终产物氢化可的松的制备

8—3制备氢化可的松哪步采用oppenaner氧化反应，机理是什么？
答 第二步制备环氧黄体酮时采用oppenaner氧化反应；机理：环氧化物上的醇羟基易被氧化为酮，具有很强的专一性。

8-4 制备制备17a—羟基黄体酮时，氢解除溴为什么要加入吡啶？
答：除尽溶液中的溴，反应液显酸性，而吡啶显碱性，中和。

8-5制备氢化可的松中可能产生“三废”是什么？
答：溴化氢，Ni ,H2O等易燃易爆化学试剂

第十章微生物发酵制药工艺
10-1微生物发酵的过程可分为几个时期，各有何特征？
答：分为三个时期：一：菌体生长期
菌体生长期也称为发酵前期，是指从接种菌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呵减速期，菌体的主要代谢是进行碳源，氮源等分解代谢，培养基质不断被消耗，浓度降低，而菌体不断地生长和繁殖，浓度增加，溶氧量不断下降，在菌体临界值时，溶解氧浓度降到最低。
二产物合成期
产物合成期也称为产物分泌期或发酵中期，主要进行代谢产物或目标产物的生物合成，产物量逐渐增加，生产速率加快，直至达最大高峰，随后合成能力衰退。呼吸强度无明显变化，菌体在增重，但不增加数目。
三 菌体自溶期
菌体自溶期也称发酵后期，菌体衰老，细胞开始自溶，氨基氮含量增加，PH上升，产物合成能力衰退，生产速率减慢。发酵必须结束，否则产物被破坏，同时菌体自溶给过滤和提取带来困难。

10-2 微生物生长，基质消耗和产物生成的动力学如何计算，分析其影响因素？
答：微生物生长动力学：单位时间内菌体浓度或质量X的变话，比生产速率u是生产速率的标准化，反映了菌体活力的大小 。
R=dx/dt u=dx/xdt
2 质消耗速率，qs比消耗速率。S基质浓度
3 物生成动力学
产物生成速率rp和速率qp分别为：
Rp+dp/dt=Yp.dx/dt=YpuX;qp=uYp
P为产物生成量；Yp为产物生成的得率系数。

10-3 微生物生长与生长之间的关系模型有集中？与过程控制的关系是什么？
答：有三种：
1、长与生产偶联型。
生长与是为你歌唱偶联型是微生物生长与产物生长直接关联，生长期与生产期是一致的。微生物生长、基质消耗、邻里公园利用和产物生成动力学曲线几乎平行，变化趋势同步，度有最大值，出现的时间接近，菌体生长期和产物形成不是分开的，产物往往是初级代谢的直接产物。
2、生长与生产班欧联型。
生长与生产偶联型介于偶联和非偶联模型之间，产物生成与基质消耗、能量利用之间存在间接关系。产物来自于能量代谢所用的基质，但是在次级代谢与初级代谢是分开的在菌体生长期产物内基本无产物生长，在生长的中后期长成大量的产物而进入产物形成期。
3、生长与生产非偶联型是指微生物生长期为独立的两个阶段，先形成基质消耗和菌体生长高峰，此时几乎没有或很少有产物生成;难后进入菌体生长静止期而产物大量生成，并出现产物高峰期，产物来自于中间代谢途径，而不是分解代谢过程，初级代谢与产物形成是完全分开的。

10-4 生产菌种选育方法有哪些？各有何优缺点？如何选择应用？
答：1、自然分离。 此法选育步骤复杂需用高精度的仪器。纯化不高。
2、自然选育。 简单易行，可达到纯化菌种，防止退化，稳定生产水平和提高产物量的目的，但效率低，增产幅度不会很大。
3、诱变育种。 诱变育种是人为为创造条件，使菌种发生变异，从中筛选优良个体，淘汰劣质个体，是当前菌种选育的一种主要方法。 其特点是速度大、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。
4、杂交育种。 杂交育种是两种不同基因型的菌种通过结合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选具有新个体状的菌株，带有丁香育种的性质。
5、基因工程技术育种
基因工程技术育种在传统抗生素、氨基酸、维生素发酵的育种中具有重要意义，采用基因工厂技术，过量表达或抑制表达某一个或一组基因，调控代谢过程，事先目标产物的高效表达。一般希望挖元基因整合到染色体中，以便稳定遗传。
6、基因组技术
基因组技术可改变以前的突变育种的时间长，改良速度慢等缺点，能在短时间内获得理想的结果，基因组的关键是在起始突变提的选择，遗传重组的效率，选择方法的灵敏性。

10-5菌种保藏的原理是什么？有哪些主要方法，各有何优缺点？
答：菌种的保存原理是使其代谢处于不活跃状态，即生长繁殖受抑制的休眠状态，可保持原有特性，延长生命时限。
保存方法：
① 斜面低温保存：该方法的有点是操作简单，试用方便，缺点是保存时间短，容易发生变异。
② 液体石蜡密封保存：石蜡封存，可减少水分蒸发并隔绝了氧气，增加了保存时间。
③ 砂土保存：该方法适宜形成孢子或芽孢的菌种，不适用于只有菌丝的真菌和无芽孢的细菌和酵母菌保存。砂土起保存载体的作用，硅胶、滤纸瓷珠等也可用于保存。
④ 了你懂干燥保存：该法能很好的保持细胞的完整性而不受波坏，冷冻干燥保存时间长，主要用于保存各种细菌、酵母、霉菌及个别病毒，对动物细胞的保存效果不好，不适于原虫的保存。
⑤ 液氮保存：该法是目前最可靠的一种长期保存方法，可用于细菌、酵母和体外培育动物细胞，也是长期保存种植的主要方法。

10-6微生物发酵培育养基组成成分有哪些，有何作用？
答：①碳源：碳源是构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质
②氮源：氮源是构成微生物细胞和代谢产物中氮素的营养物质。
③无机盐：无机盐包括大量元素和微量元素，是生理活性物质的组成成分或具有生理调节作用，一般低浓度起促进作用，高浓度其抑制作用。
④水：水是生物细胞的主要成分，营养传递的介质。良好道题，调节细胞生长的环境温度。
⑤生长因子：生长因子是指微生物生长不可或缺的微量有机物，包括氨基酸、维生素、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，无需添加，但对于营养缺陷型（氨基酸、核苷酸菌株），必须添加。
⑥ 前体与促进剂：前体明显提高产品产量和质量，一定条件下还能控制菌体合成代谢产物的方向，但具有独行。促进剂能促进产物生成，提高产量。
⑦ 消沫剂：消沫剂的作用是消除泡沫，防止逃液和染菌。

10-7如何研制生产用发酵培养基？
答：发酵培养基的配置应进行如下步骤：
㈠一般原则：①生物学原则②工艺原则③低成本原则④搞笑经济原则
㈡培养基的设计基本思路：
①确立起始培养基
②单因素实验，确定最适宜的培养基成分
③多因素实验，进行各组分之间浓度优化和最佳配比
④放大实验
⑤确定最终培养基
㈢理论计算与定量配制
微生物生长和生产可用一下列表达式表示：
碳源+氮源+其他营养物质→细胞+产物+CO2+H2O+生物热
如果能进行定量表达，就可计算得到一定细胞生物量所需最小的营养物质，如果已知生物量与产物之间的特殊表达关系，就可以计算获得一定产量的最小底物浓度。可参考微生物的化学组成，初步计算培养基配方。

10-8空气过滤灭菌的原理及其工艺过程是什么？分析影响灭菌效率的主要因素。
答：原理：空气通过过滤介质时，颗粒在离心场蝉声沉降，同时惯性碰撞蝉声摩擦黏附，颗粒的布朗运动使威力之间相互集聚成大颗粒，颗粒接触介质表面，直接被截留。气流速度越大，截留效果越好。
工艺过程：
① 提高空气的洁净度
② 出去空气中油和水
③ 获得无菌空气
主要因素：空气预处理，油水分离、空气过滤介质与设备。

10-9比较分析培养基的简写和连续灭菌工艺的优缺点及操作要点。
答：间歇灭菌的特点是不需要其他的附属设备，操作渐变，国内外常用。缺点是加热和冷却时间较长，营养成分有一定损失，罐利用低，为中小型生产企业采用、操作要点主要在灭菌过程的保温阶段。
连续灭菌的有点是采用高温快速灭菌工艺，营养成分破坏的少；热能利用合理，易于自动化控制。缺点是发酵罐利用率低，怎加了连续灭菌灭菌设备及操作环节，增加染菌概率；对压力要求高，不适合黏度大或形物含量高的培养基灭菌。

10-10比较各种发酵操作方式的异同点，如何选择应用？
答：（1）分批式操作：分批式操作又称间歇示操作，是指把菌体和培养液一次装入发酵罐，在最佳条件下进行发酵培养。有点是操作简单期短，污染机会少，产品质量容易控制。
（2）流加式操作：流加式操作又称补料-分批式操作，是指在分批式操作起初上，连续不断补充新培养基，但不取出培养液，该方法的有点是解除了底物抑制，产物的反馈抑制和葡萄糖效应，可用于理论研究。
（3）半连续性操作 半连续性操作又称反复分批式操作或换液培养，是指菌体和培养液一起装入发酵罐，在菌体成长过程中，每隔一定时间，去除部分发酵培养物，同时在一定时间内补充同等数量的新培养基；半连续性操作是抗生素生产的主要方式，缺点是失去了部分生长旺盛的菌体和一些前体，发生非生产菌突变。
（4）连续性操作 连续性操作是指菌体与培养液一起装入发酵罐，在菌体培养过程中，不断补充新培养基，同时取出包括培养液和菌体在内的发酵液，发酵体积和菌体浓度等不变，使菌体处于恒定状态，促进了菌体的生长和产物的积累。它的优点是所需设备和投资少；提高产率和效率，产量稳定性优越，缺点是杂菌污染机会增多，菌体易发生变异和退化，有毒代谢产物积累等。

10-11 发酵过程污染的原因及其控制途径有哪些？
答：原因：主要有种子污染，设备机器附件渗漏，培养基灭菌不彻底，空气带菌，技术管理不善等几方面。
控制途径：（1）培养基灭菌不彻底的控制途径：保证灭菌所需的蒸汽压力，用量和时间，开温时间不宜太快，要适当，灭菌时进气和排气阀们开启要缓慢。
（2）空气带菌的控制途径：通过定期检查管件，跟换过滤介质和加强检修来解决。
（3）设备及其附件渗漏的控制途径：要建立并执行完善的管理制度，操作制度与规程，加强技术设备管理，定期检修和维护发酵设备及各个环节，杜绝杂菌污染。
（4）噬菌体的污染及控制途径：对于污染噬菌体的发酵液，不能随意排放，必须彻底高压灭菌后，在排放，同时对生产进行消毒，定期对生产区域环境进行化学消毒，改善环境卫生，严谨排放活菌体。

10-12 发酵过程中温度和搅拌有何影响，如何控制？
答：发酵温度对菌体生长的影响存在一个最适温度范围和最佳温度点，温度对呼吸代谢强度，物质代谢方向，产物合成速率等等影响是不一致的，温度还影响产物的稳定性。搅拌时影响温度的一个因素，搅拌可以达到散热的效果，平衡温度。
发酵温度的控制：发酵温度采取反馈开关控制策略，当发酵温度低于设定值时，冷水阀关闭，蒸汽或热水阀打开。当发酵温度高于设定值时，蒸汽或热水阀关闭，冷水阀打开。

10-13发酵过程中PH和溶解氧有何影响，控制策略有哪些？为什么？
答：发酵PH的影响及其控制：PH对微生物生长的影响很明显，PH不当，将严重影响菌体生长和产物合成。由于细胞膜的选择透过性，培养环境中PH的变化虽然不会引起细胞内同等的变化，但必然引起细胞内PH的同方向变化。
PH的控制：（1）培养基方案考虑；（2）酸碱调节；（3）补料流加；（4）提高通气量
溶解氧的影响与控制：氧是细胞呼吸的底物，氧浓度的变化对细胞影响很大也反映了设备的性能
溶解氧控制：（1）增加氧推动力；（2）控制搅拌；（3）增加传氧中间介质；（4）控制菌体浓度；（5）综合控制

10-14 分析发酵中泡沫形成的原因及其对发酵的影响，提出消沫措施和方式
答：在发酵过程中，由于培养基中存在蛋白质类，糖类等发泡性物质，在通气条件下，容易形成泡沫。微生物代谢过程也会产生一些物质，引起发泡。除了培养基成分外，其他发泡的因素包括通气搅拌强度，灭菌条件等，快速搅拌会引起很多泡沫，灭菌体积太大或不彻底也容易引起发泡。发泡对发酵带来诸多不利，减少装料量，降低氧传递。过多泡沫造成大量逃液，从排气管线逃出增加了污染的概率，甚至使搅拌无法进行，泡沫使菌体呼吸受阻，代谢异常或自溶。
泡沫控制：（1）机械消沫；（2）化学消沫；（3）分散剂

10-15 微生物发酵制药的基本过程是什么？各阶段的主要任务是什么?
答：（1）身材菌种选育与保存阶段 采用各种选育技术，获得高产，性能稳定，容易培养的优良菌种，并进行有效的妥善保藏，为生产提供源泉。
（2）发酵阶段 发酵阶段包括生产菌活化，种子制备，发酵培养，是生物加工过程控制
（3）分离纯化阶段 分离纯化阶段包括发酵液预处理与过滤，分离提取，精制，成品检验，包装出厂检验，是生物分离过程控制。

10-16 如何确定发酵终点？如何实现发酵过程的最优化控制？
答：发酵重点是结束发酵的时间，控制发酵终点的一般原则是高产量，低成本，可计算相关的参数，如发酵率，单位发酵液体积，单位发酵时间内的产量，发酵转化率或得率，单位发酵底物生产的生产量，发酵系数，单位发酵罐体积，单位发酵周期内的产量。
最优化控制：（1）经济因素；（2）下游工序；（3）其他因素

第十一章 抗生素发酵生产工艺
11-1，目前抗生素生产工艺有几种？从技术革新角度，探讨未来抗生素生产工艺发展方向。
答：目前抗生素生产工艺有3条途径。第一条途径是微生物发酵生产工艺，即生物合成途径。目前大多数抗生素品种采用发酵生产工艺，其特点是成本较低，周期较长。第二条途径是化学全合成生产工艺，结构相对简单得抗生素可采用此途径，如氯霉素和磷霉素。第三条途径是半合成生产工艺，利用化学方法修饰改良生物合成的抗生素扩大抗生素，提高疗效和降低毒副作用等，获得新抗生素。

11-2，抗生素发酵生产工艺的共性技术需求是什么？有什么特点？
答：发酵过程普遍流加一种碳源,氮源，如葡萄糖和硫酸铵，ph值通过流加氨水进行调节，很多抗生素在发酵中后期流入前体，对提高产量非常有益。抗生素发酵绝大多数为好氧培养，必须连续通入大量无菌空气。全过程大功率搅拌。发酵液得预处手里，一般加絮凝剂沉淀蛋白，过滤去除菌丝体发酵滤液的提取常用溶剂萃取法，离子交换树脂法，沉淀法，吸附法等提纯浓缩，然后结晶干燥得纯品。

11-3，青霉素发酵工艺的建立对抗生素工业有什么意义？
答：青霉素是发现最早，最卓越的一种B-内酰胺类抗生素，它是抗生素工业的首要产品，青霉素是各种半合成抗生素的原料。青霉素的缺点是对酸不稳定，不能口服，排泄快，对革兰阴性菌无效。青霉素经过扩环后，形成头孢菌素母核，成为半合成头孢菌素的原料。

11-4，如何根据青霉素生产菌特性进行发酵过程控制？
答：青霉素在深层培养条件下，经历7个不同的时期，每个时期有其菌体形态特性，在规定时间取样，通过显镜检查这些形态变化，用于工程控制。
第一期， 分生孢子萌发，形成芽管，原生质未分化，具有小泡。
第二期， 菌丝繁殖，原生质体具有嗜碱性，类脂肪小颗粒。
第三期， 形成脂肪包含体，积累储蓄物，没有空洞，嗜碱性很强。
第四期， 脂肪包含体形成小滴并减少，中小空泡，原生质体嗜碱性减弱，开始产生抗生素。
第五期， 形成大空泡，有中性染色大颗粒，菌丝呈桶状。脂肪包含体消失，青霉素产量提高。
第六期， 出现个别自溶细胞，细胞内无颗粒，仍然桶状，释放游离氨，ph上升。
第七期， 菌丝完全自溶，仅有空细胞壁。
一到四期为菌丝生长期，三期的菌体适宜为种子。四到五期为生产期，生产能力最强，通过工艺措施，延长此期，获得高产。在第六期到来之前发束发酵。

11-5，青霉素发酵生产工艺过程是什么？发酵控制原理及其关键控制点是什么？
答：发酵工艺过程，1.生产孢子的制备。2.种子罐培养工艺。3.发酵罐培养工艺
控制原理，发酵过程需连续流加葡萄糖，硫酸铵以及前提物质苯乙酸盐，补糖率是最关键的控制指标，不同时期分段控制。在青霉素的生产中，及时调节各个因素减少对产量的影响，如培养基，补充碳源，氮源，无机盐流加控制，添加前体等；控制适宜的温度和ph，菌体浓度。最后要注意消沫，影响呼吸代谢。

11-6，比较分析链霉素，红霉素，四环素发酵工艺控制的异同及其原理。
答：链霉素的发酵工艺过程；1.生产菌种特性 2.种子制备 3.发酵培养
链霉素高度好氧，对温度敏感，链霉菌菌丝过长的最适ph为6.5-7.0,链霉素的发酵周期约7-8d，必须补料葡萄糖，硫酸铵和氨水，提高发酵产量。
红霉素；1.红霉素生产菌体 2.种子制备 3.发酵培养
红霉素生产菌对温度敏感，最适ph为6.7-6.9，发酵周期约150-160h，必须中间补料。还原糖控制在1.2﹪-1.6﹪，每隔6h加入葡萄糖。及时补充氮源。
四环素；1.生产菌体 2.种子制备 3.发酵培养工艺
温度对四环素的生产产量影响和改变生物合成途径的影响较大，菌体生长最适ph为6.2-6.8，而四环素合成最适ph为5.8-6.0，发酵过程对溶解氧敏感，应该采取措施，增加溶解氧水平。

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