基于案例教学的生物制药工艺学课程改革与实践
摘 要：生物制药工艺学是生物工程专业实践应用的重要学科。案例教学法作为一种较为开放的教学模式，能有效地使生物制药工艺学理论知识与实践相结合，从而提高学生分析和解决问题的能力。
关键词：案例教学法 生物制药工艺学 教学方法
生物制药工艺学是生物工程专业学生的一门必修课，也是生物工程技术实践应用的重要分支。课程以生物化学、微生物学、生物工艺原理、下游提取分离技术、生物工程分析、基因工程和免疫学为基础， 研究生物药物生产原理、工业生产过程、制定生产工艺规程、制药生产过程优化，实现安全、经济、高效生产药物的一门学科[1]。
1 生物制药工艺学案例教学改革实施的必要性
生物制药工艺学内容主要涵括微生物药物、生化药物及生物制品三大类药物的制备工艺。在具体药物生产工艺的学习过程中就是将前期学习的理论知识应用于实际药物的生产，例青霉素的生产工艺，主要从菌种的活化、种子扩大培养、发酵的控制、发酵液的预处理、青霉素的提取纯化精制等方面来分析青霉素的生产工艺流程及工艺参数的控制。学生在以前的基础课中已经掌握了各种工艺控制方法、产物分离技术等理论，如果采用传统的讲述式教学方式，老师讲，学生只是听，一方面学生不重视，抓不住重点，觉得老师是重复以前的知识，枯燥无味，没有积极性;另一方面，学生不能将原来所学的基础理论，具体分析生物药物的生产工艺，理论指导实践，从而使教学效果大打折扣。
案例教学法最早于19世纪70年代由哈佛法学院在大学课程中开始使用。它以教学案例为基础，以学生在课堂内外对真实事件和情境的分析、思辨为重点，以提升学生应用理论创新性解决实际问题的能力为目标的教学方法[2]。该方法主要根据教学目标的需要，采取一些与教材内容相关的具体案例进行讲解及组织学生进行研讨，从实际案例中学习、理解、分析和掌握案例的一般规律、原则、方法及操作技能，从而使学生的感性认识上升到理性认识[3～4]。
在生物制药工艺学教学中，结合三大类药物的典型药物生产工艺，建立案例库，在该课程部分章节教学中应用案例教学模式。在新课讲授之前，从案例库中选择相关的典型案例交给学生，并提出问题，然后让学生分组进行资料搜集并讨论，授课时由学生占主体地位，把小组讨论的结果带到课堂上讲解分析，其他学生发表不同意见，最后由教师归纳分析总结并引出新课。从而实现由案例具体分析到新内容理论知识的讲解，使学生通过对具体药物在不同案例中具体生产问题进行深入的思考，培养学生分析和解决问题的能力。例如，在讲解“青霉素生产工艺”这一章节时，在教学中先通过讲解认识青霉素这种药物的结构特点，然后以案例库中各个工厂具体青霉素生产工艺为案例，组织学生对各种工艺进行研讨，要求学生从菌种、代谢控制、分离纯化方式以及收率、能耗、环保、安全及关键设备使用等方面对各厂工艺进行总结、分析比较，并从中自行设计最佳工艺。通过应用案例法教学方式，有效解决了生物制药工艺学课程内容枯燥、理论和实践缺少联系的弊端，从而提高了学生对知识的掌握和应用能力。
2 生物制药工艺学案例教学的课程改革的实施
2.1 精选教学案例
在保证案例选择典型性、时效性的前提下，根据生物制药工艺学中微生物药物、生化药物及生物制品三大类药物的典型药物生产，每类药物选择3～5种，例微生物药物从初级代谢和次级代谢产物两方面考虑，选择谷氨酸、青霉素、链霉素的发酵生产作为典型案例，通过结合生产实习、毕业实习及校友提供组建案例库，使每种药物各种生产工艺达到5～8个，在进行到此部分内容时与传统的讲授法相结合，在课程进行到适时开展案例教学，使学生好像亲身立足于企业实际中，运用所学到的知识，解决企业中存在的问题。
2.2 精心设计问题
根据案例库中的各种药物生产工艺准备问题。问题设计是案例教学方法中引领学生探究问题、开阔思维的关键因素。问题的设计要符合学生的认知程度和认知心理，具有对专业基础知识应用的指向性。因此，所设计问题主要根据学生的学习情况和学科知识的积累情况，每个工艺提出8～10个不同层次的问题，以利于课堂讲解中的引导和开阔学生的思路。
2.3 案例教学的实施
课外讨论小组以4人为一组，指定组长。将相关的案例、问题及要求查阅的参考资料范围提前一周交给组长。要求每个学生根据问题，查阅基础知识及最新研究资料，最后小组内进行分析、讨论、总结。在案例教学时，教师首先讲解这类药物的基本特点，然后引出这种药物的生产工艺，分别要求各组根据准备的案例，派一名代表进行具体企业案例的讲解，分析工艺控制点及存在的问题。同组其他同学可进行补充完善，各组之间可互相提问、争论。课堂讨论学生的积极性能够在很大程度上反映出教师案例选择的恰当性、教学引导的科学合理性，以及教师是否创造了良好的课堂讨论氛围。
教师最后做恰当的点评和总结。教师的总结应从全方位、多角度对学生的讲解、提出的问题及讨论分析进行总结，关注学生对具体案例中工艺的流程、工艺控制参数的分析是否全面、正确，以便学生从案例教学法的过程中学到正确处理和解决药物生产中存在的问题。其次，教师通过对具体中案例所包含的理论知识进行总结和归纳，进一步巩固学生对知识的记忆和理解。最后，教师在评价时应对有创新的观点应给予鼓励;同时指出还存在的不足，并适当提出一些自己的看法和意见。通过總结，让学生根据自己的问题在课后写出心得报告。
2.4 设计性实验的实施
根据课堂案例的分析，要求学生自行设计完成一种药物的最优生产工艺并进行具体实验的实施。使学生体验工艺中的每个环节操作，从而进一步对课堂案例进行分析总结实施，理论知识应用于实际，验证工艺的可行性。
2.5 考核方法的改进
生物制药工艺学是一门应用和实践性较强的课程，与工业生产实际联系也极为密切。因此，课程的考核不仅反映出学生对药物生产工艺知识的掌握，而且应反映学生应用知识解决问题的综合能力。考试成绩主要由平时成绩和期终试卷成绩组成，平时成绩根据学生案例分析准备情况、课堂表现、课后总结、试验实施等，所占的比重达50%，注重学生的创新思维能力，对表现突出的学生可适当提高分数奖励。期终试卷的命题注重题型多样化、难易相当，可增加分析讨论生产实例方面的题目，为创新能力较高的学生留下自由发挥空间。
3 生物制药工艺学案例教学改革成效
在近年来的教学实践过程中，通过对生物制药工艺学课程采用案例教学模式后，课堂效果有明显提高。这种“以学生为主、教师为辅”的教学模式極大的调动了学生的学习主观能动性和积极性，使学生的创新能力得到了提高。应用效果主要表现为以下几个方面。
3.1 激发了学生学习的动力
学生根据老师下达的案例和相关问题，利用图书资源、网络、讨论等多种方式，积极寻找答案、解决问题，使学生完全改变了以前被动接受知识的现状，主动参与学习并积极讨论，学习效果事半功倍。
3.2 教学效率大大提高
通过案例教学及设计性试验的实施，使教师把理论教学和实践教学结合起来。这种本地企业案例现场和试验的实施，让学生体会实实在在的实践经历，促使他们根据具体的工艺及工厂存在的实际问题，讨论分析并做出决策，这种讨论式教学方式明显地提高了教学效率。
3.3 增加了学生对专业应用及就业的兴趣
学生在前期只学习了基础理论，对专业的应用较为盲目，通过实际案例的分析及具体试验的实践活动，形象生动和真实的感性认识，增加对专业的信心，也为以后的就业奠定了基础。
4 结论
生物制药工艺学采用案例教学，将真实客观的案例与课堂的分析讨论结合，使学生成为课堂的主角，激发了学生学习的兴趣和主动能动性。而且通过不同实际案例的分析及试验实践，将理论知识应用于实践指导，提高了学生分析问题和解决问题的能力。
参考文献
[1] 沈广志，梁启超，邹桂华，等.提高制药工艺学实践教学效果的探索与实践[J]. 实验室科学，2012(5)：151-153.
[2] 郭忠兴.案例教学过程优化研究[J].中国大学教学，2010(1)：59-61.
[3] 刘双.“案例教学”若干问题的辨析[J].教学与管理，2003(6)：31-32.
[4] 张家军，靳玉乐.论案例教学的本质与特点[J].中国教育学刊，2004(1)：48-50.
作者：王丽红 贺小贤
【摘要】生物制药工艺学是生物工程和生物技术本科专业的重要骨干课程。根据应用型本科院校人才培养质量的本质要求，在课程讲授内容安排、教学方式选择、实践教学比重调整、课外实习和岗位锻炼等课堂教学延伸方面进行了改革与实践。结果表明，学生学习兴趣浓厚、专业素质和动手能力大大增强，课程教学效果明显，学生和用人单位满意度均为100%，取得良好的效果。
【关键词】应用型本科院校 生物制药工艺学 课程改革 教学方式
生物制药工艺学是生物工程和生物技术本科专业的专业基础课[1]，是具有很强实践性的骨干课程，掌握好该课程的基本知识和实践操作是保证生物工程和生物技术专业本科生培养质量的重要环节。应用型本科院校一个突出的特点就是应用性，因此其课程设计也应该突出应用性[2]。有鉴于此，我们立足于我校地方性、应用型新建本科院校的特点，结合当地社会经济形势，对生物制药工艺学课程进行了改革实践，收到了较好的效果。
一、 重组课程讲授内容，丰富教学方式
1.选用经典教材、增加应用性知识内容
在选用国内经典教材传授相关基本理论知识的基础上[3，4]，结合学生前期已经学过的课程，删减与前期课程重复的内容，同时参考国内较为典型的高职高专学校突出实践教学的有效做法[5]，增加实训操作等方面的内容，使学生掌握生产一线急需的、前沿的基本知识和技能，了解社会需要什么样的人才？应该掌握哪些知识技能，怎样才能达到应用型人才培养的质量标准。因此，将课程按照知识技能的要求进行重组，如讲前沿进展时，增加近年来国际国内制药行业的动态变化，剖析成功和失败案例，从技术角度分析成功和失败的原因，如过去豫北地区红火的诸多红霉素制药生产企业，因为没有新产品研发，工艺控制较为落后，产品生产成本较高，受国际国内市场影响最终难以为继而纷纷倒闭。与此形成鲜明对比的是，西安杨森等制药企业因为选准高技术含量新产品、优化工艺控制而在同行业中异军突起。还有，在讲述工艺下游成品提取部分，添加新的、高效的提取方法，从环境友好型、生态可持续发展方面增加产品提取工艺应该考虑的因素。这样学生就很容易接受新的知识内容，增加了兴趣，学习效果良好。
2.采取多种教学手段、丰富教学方式
在传统教学和现代多媒体教学基础上，增加主题式教学[6-8]、讨论式教学[9，10]和一线专家讲座等方式，使学生通过本课程的学习，掌握扎实的生物制药工艺学理论知识。主题式教学中，将学生按照学期上课周数分成10个左右的小组，每个小组设置一名组长，其他人为组员，每个小组用两周的时间准备一个主题汇报，主题围绕教学大纲内容，关注当前研究的热点难点问题，做成多媒体（PPT）进行汇报，每组推举一人汇报，每个汇报10分钟，其他成员补充与主题相关的知识5分钟，老师引导学生进行讨论并点评5分钟，共计20分钟。这样能充分调动学生学习的积极性和主动性，经过几年的实践，这种方式很受学生欢迎，教学效果很好。讨论式教学中，根据大纲要求，选择几个有争议的热点问题，将学生分成正方和反方辩论小组，学生利用周末到图书馆或从网络上获取正向和反向观点和支撑该观点的文献，当课程进行到该知识点时，利用20分钟时间进行课堂现场辩论，正反双方提出各自的支持或反对的理由，充分讨论，深化认识，提高能力。每个学期聘请2～3位经验丰富的生产一线专家来学校讲学，重点介绍企业对学生素质和能力的要求，使学生明白什么是生产所需人才，应该掌握什么样的技能才能满足企业生产的要求等。多种教学手段和教学方式的运用，不仅调动了学生学习的积极性，而且使学生对当前热点、难点和有争议的问题有了更明晰的认识，提高了学生明辨是非的能力，为学生认识社会、踏入社会打下坚实的基础。
二、增加实践性教学环节，提高学生实践动手能力
1.适当压缩理论教学学时数、增加实践教学比重
基于前期课程内容和本课程特点，在修订教学大纲时，适当压缩（与前期课程重复）理论教学学时数，增加实践教学学时，在课程实验基础上增加生产模拟和外聘专家讲座等学时。目前，新大纲的理论讲授和实践学时从原来的8：2改成6：4，学生的学习积极性和动手能力明显提高。
2.豐富实践教学环节、提高学生生产实践能力
除了常规实验教学以外，结合教师承担的科研项目，让学生参与到生物制药工艺发酵等相关的科研课题中，并承担相应的任务，在完成科研课题的同时，锻炼学生查阅文献、动手操作、总结和分析实验结果的能力，使之具备基本的科研素质。生产模拟中，学生根据课程相关内容，分成8-10个小组，自己在线设计工艺参数，在实验室小型中试生产线上进行验证，不同小组间设计不同的工艺组合，根据结果筛选最佳工艺参数，并分析各个参数的影响和功效，锻炼了学生实际动手能力、发现问题和解决问题的能力，毕业后能够立即进入工作状态，大大缩短实习见习期，受到用人单位的好评。
三、延伸课程教学，培养社会急需高素质应用型人才
利用生产实习和假期勤工俭学，安排学生到企业顶岗实习、生产岗位锻炼，一线专家现场指导操作。生产实习中，学生按照岗位分成不同的小组，每个岗位锻炼一周以上，然后进行岗位轮换，争取每个学生一个生产周期下来经历一个完整的生产链条，熟悉整个生产流水线，掌握基本的操作技能，以达到培养社会急需应用型人才的目的。假期中，推荐学生到实习基地企业做勤工俭学，不仅为实习单位解决用工荒问题，更为主要的是学生熟悉实习单位的基本情况，到企业后立即进入岗位角色，用所学知识解决生产问题，专业对口，兴趣浓厚，这些实习单位与学校建立良好的关系，在学生生活、安全方面较有保障，不存在管理脱节，扯皮推诿事情，达到了双赢的效果。
四、结语
生物制药工艺学课程改革实施三年来，上这门课程的生物工程和生物技术毕业学生共计337人，临毕业前对学生进行该课程满意度调查，满意率为100%。三届学生报考硕士研究生考试中，选择生物制药方向的学生占报考研究生总人数的36.6%，该方向报考人员录取率为95%以上。学生到企业参加工作后，根据所毕业的三届学生满一年工作后，进行的企业满意度调查，2015年调查2014届毕业学生39人，2016年调查2015届毕业学生22人，企业对学生满意度均为100%。
参考文献：
[1]教育部高等学校生物技术、生物工程类专业教学指导委员会.生物技术专业本科教学质量国家标准（征求意见稿）.高校生物学教学研究（电子版），2014，4（4）：3-7.
[2]马建荣.论应用型本科人才培养目标下的课程教学设计——从学科逻辑向问题逻辑转化的视角.中国高教研究，2011，4：89-91.
[3]吴梧桐.生物制药工艺学（第三版）.北京：中国医药科技出版社，2013.
[4]何建勇.生物制药工艺学.北京：人民卫生出版社，2007.
[5]胡莉娟，李存法.生物制药工艺.重庆：重庆大学出版社，2016.
[6]袁顶国.主题式教学设计的内涵、外延与特征.课程·教材·教法，2006，26（12）：19-23.
[7]李淑君.主题式教学模式在应用型本科院校大学英语教学中的应用研究.广西师范大学，2015.
[8]吕朦，刘桂华.CBI理念下主题式教学模式拥有的实证研究.华北水利水电学院学报（社科版），2012，3：173-175.
[9]柳世玉.大学讨论式教学研究—管理的维度.哈尔滨师范大学，2011.
[10]孙彦波.讨论式教学法在大学课堂教学中的应用研究.华中科技大学，2008.
作者简介：刘玉玲（1972-）女，安阳工学院，汉，河南省长垣县人，博士研究生，高级工程师，研究方向为细胞遗传学。
作者：刘玉玲 刘震
摘要：为了提高生物制药专业的教学质量，培养能满足当前医药工业发展需要的生物制药专门人才，我们引入先进的CDIO工程教育模式，探讨了基于此模式的专业核心课生物制药工艺学课程的理论教学体系，以提高课程教学质量和效果，培养学生的综合实践能力、创新能力和团队合作能力。
关键词：CDIO;生物制药工艺学;理论教学体系
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究经过四年的探索与研究，创立了CDIO工程教育模式，成立了以CDIO命名的国际合作组织。自2005年引入中国以来，在短短几年内，就对中国工程教育产生了深远的影响。
CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)和运行(operate)。它以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系。CDIO能力大纲和12条标准是实施CDIO工程教育模式两个最重要的指导性文件。与很多工程教育改革相比，CDIO是一个国际性、广泛、较全面和系统的工程教育改革模式。
生物制药工艺学是生物制药专业必修的一门专业理论课，是一门涉及生物学、医学、药学、生物技术、化学和工程学等学科基本原理的综合性应用技术科学。该课程重点讨论各类生物药物的来源、性质、结构、用途、制造原理、工艺过程与生产方法等，旨在着重培养学生具备从事生物药物研究、生产与开发的基本知识、基本理论和基本技能，同时也为应用现代生物技术研究、开发生物药物奠定了必备的基础。
对于制药工艺学、生物制药工艺学以及中药制药工艺学等相近课程，其教学改革已多有论述，但其重点仍在于实践、实习课程，强化CDIO实训体系。不可否认实训在CDIO体系中的重要作用，但CDIO模式培养的是，既具有扎实的理论基础，又能够分析解决问题，具有较强工程意识的工程师，因此如何在理论教学过程中融入工程理念，培养具有理论基础扎实，同时亦能分析、解决问题的制药专业工程师，是本文需要讨论的问题。
一、目前生物制药工艺学教学中存在的问题
我校生物制药专业于2010年开设，2011年正式招生，已有近5年的教学实践。在教学中仍以传统教学模式为主。另外，生物制药工艺学课程的内容包括了制药工艺基础、单元操作及微生物药物、生化药物及生物制品三大类药物的制备，其中某些工艺操作在前修课程中已有过介绍，另外一些工艺操作与其他专业课程有部分重叠。因此，内容重复容易引起学生的抵触情绪。用一份试卷定成绩的传统模式，学生虽然能在考试过程中给出正确答案，但是这并不意味着学生可以解决实际操作中遇到的问题。
二、教学内容调整
目前，由于大多数学校为体现学生四年本科学习的弹性，采用了学分制，对于以前的很多课程进行了课时压缩。生物制药工艺学课程作为生物制药专业的专业核心课程，其课时也被压缩至40～50学时。如何在较短的学时内使学生能够掌握本课程的中心思想，培养学生的工程理念，是急需解决的问题。因此，针对生物制药工艺学课程学时少的问题，我们对教学内容进行了相应的调整。
(一)教学目标的层次化
在引入CDIO工程教育理念后，生物制药工艺学的教学目标实质上被分解为两部分：一是技术目标，即学生需要掌握的单元操作技术、分离纯化原理、药品生产流程工艺等;二是CDIO目标，即培养学生的工程基础能力、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。
(二)教学内容的相应增减
我校作为农林院校，其生物制药专业设置具有自身特点，因此在课程教学内容方面需相应增加提取、分离纯化等单元操作的教学课时。在通常院校的教学大纲中，往往将前两种萃取法作为重点介绍内容，但对于天然药物的提取来说，超临界萃取法是目前应用较为成功、广泛的方法，国内多家科研院所配备了小试或中试装置，亦有多家制药公司建立了相关生产线，可作为CDIO的典型项目案例进行讲解，增加其教学比重。由此可见，根据CDIO的教育理念，结合农林院校的自身特点，可重新对教学内容进行优化，做到主次分明，重点突出。在改革中不断更新教学内容，增减相应的教学内容，达到较好的教学效果，使学生能更好地学习该门课程的理论知识。
三、教学方式改革
如前所述，传统的课堂教学方式并不适合当前条件下生物制药工艺学课程的学习。基于CDIO工程教育理念，我们尝试采用项目式教学方法，以导论的形式，花费一定课时将整个课程的整体形象呈现给学生，而后将生物制品的制备工艺分解为数个具有代表性的工艺项目，采用学生课前预习，课上分组讨论，研究工艺流程，分析可能存在的问题，并给出解决方案的方式进行。采用此种方式，既调动了学生学习的积极性，又贴近了生产实际，有利于学生分析问题、解决问题的能力培养。
四、课程考核方式改革
根据本课程特点结合CDIO的教学模式，仅凭期末理论考试成绩来判断教学效果以及学生的接受程度是不合适的。因此，我们考虑考核内容细分，采用多种方式考核，考核成绩按权重转化，最后得到学生的总成绩。首先，课程结束后每位学生均需通过课程答辩，答辩内容针对学生参与科研项目或某一选定产品进行制定，教师可以对学生掌握的内容及深度有比较充分的了解;其次，期末理论考试，出题内容针对本课程重要的知识点;再次，平时成绩，根据学生分组讨论的情况，教师在听取学生讨论意见的同时进行总结，判断学生的思维发散能力、创新意识、参与积极性以及团队协作意识，并给出相应的成绩。上述三个方面是根据CDIO教学大纲中要求学生培养的各方面能力进行总结得到的。其中，答辩成绩占30%，笔试成绩占50%，平时成绩占20%，避免了传统的理论考试不能深入考察学生掌握课程知识状况的缺点。
五、教师职业能力培养
在生物制药工艺学的理论教学体系中，教师扮演了非常重要的角色。基于CDIO的工程教育模式，对教师的工程意识以及教学能力提出了更高的要求。我校生物制药教研室的专业教师均为各重点高校药学相关专业毕业，专业能力毋庸置疑。但均存在工程意识缺失，难以在教学中给学生贯彻相应能力的培养，因此，可以从教师职业能力入手，培养其工程理念，这也是CDIO模式下生物制药工艺学理论教学的重要方面。同时，我校与中国药科大学、江南大学以及南京工业大学等在国内率先开设生物制药专业的兄弟院校建立了长久稳定的合作关系，吸取其在专业体系建设、学生能力培养等方面的先进经验，并组织教研室教师学习CDIO教学大纲以及标准，贯彻工程教育理念。我们还与山东鲁抗医药集团、常州三高生物、安徽亳州济人、广印堂制药等生物制药企业建立了校企合作关系，经常组织青年教师进厂参观实习锻炼，通过实地考察，帮助企业解决生产中的实际问题，并通过生产第一线的交流，获得第一手信息，为课堂理论教学打下良好的基础。
六、结语
社会经济的发展和全球化的进程给工程师的素质、能力提出了新的要求，而这些要求迫使工程教育做出了相应的改革。CDIO工程教育理念对现代工程教育所要达到的目标提出了系统和全面的大纲要求，并对理念的实施提出了全面的指引。我们应用CDIO国际工程教育的理念，结合农林院校的实际，对生物制药专业学生生物制药工艺学课程的理论教学探索了一套能够培养学生分析问题、解决问题的能力，发散、创新思维能力以及团队协作能力的课程教学和考核体系。我们将密切观察体系的实践过程，及时发现、研究、解决过程中的每一个问题，总结经验，切实保证改革的成功。
参考文献：
[1]顾佩华，包能胜，等.CDIO在中国(上)[J].高等工程教育研究，2012，(3)：24-40.
[2]吴梧桐.生物制药工艺学[M].第二版.北京：中国医药科技出版社，2006.
[3]陈屏，李泽鸿，等.浅谈我国高校制药工程专业本科教育面临的问题[J].高教研究，2012，(334)：182-183.
[4]姚运金，徐菲菲.基于CDIO理念下的化工原理课程项目探索[J].化工高等教育，2010，(3)：214-215.
[5]高向东，郑珩，等.生物制药工艺学精品课程建设研究与实践[J].中国高等医学教育，2011，(2)：70-71.
作者：郭峰 孙冬冬 刘海萍 杨恩东 汪维云
附件六：吉林大学珠海学院本科插班生招生考试大纲
吉林大学珠海学院2017年本科插班生招生入学考试
《 制药工程 》专业课程考试大纲
考试科目名称： 生物制药工艺学
一、考试的内容、要求和目的
1、考试内容：
第一章 生物药物概述
一、学习目的与要求
1、掌握生物药物概念、性质、特点与研究范围。
2、熟悉现代生物药物的分类和用途。
3、了解生物制药工业的历史、现状和发展前景。
二、考核知识点
1、识记：生物药物，基因工程药物，基因药物，生化药物，微生物药物，生物制品等的概念;生物药物的类别。
2、理解：生物药物的性质和作用特点;基因工程药物与基因药物的区别;生物药物的发展前景与方向。
3、应用：生物药物的应用范围;DNA重组药物的应用范围;生物药物的发展与药学发展的关系。
第二章 生物制药工艺技术基础
一、学习目的与要求
1、掌握生物活性物质的特点。
2、掌握生物活性物质制备的步骤及提取、浓缩与干燥方法。
3、了解中试放大工艺设计特点方法和内容。
二、考核知识点
1、识记：生物活性物质的存在特点;微生物纯培养，诱变育种，核酸疫苗等概念;
2、理解：各种方法的异同及诸多因素对生化物质溶解度的影响;以及提取的方法和工艺要点;基因工程制药的基本内容;微生物菌种保藏和防止菌种退化的方法;生物药物分
离纯化的原理。
3、应用：DNA重组体的几种主要表达系统和特点; 第三章 生物材料的预处理和液固分离
一、学习目的与要求
1、掌握常用细胞破碎的方法，各种方法的优缺点和适用范围。
2、熟悉生物材料预处理的目的，去除杂蛋白、多糖和金属离子的方法和原理。
3、了解液固分离的方法和设备。
二、考核知识点
1、识记：常用细胞破碎的方法;凝聚作用和絮凝作用;过滤和离心分离的概念。
2、理解：细胞破碎的方法和各自特点、适用范围。细胞培养液的预处理方法和原理;去除杂蛋白、多糖和金属离子的方法和原理;影响液固分离的因素。
3、应用：举例说明不同生物材料的细胞破碎方法;错流过滤的使用特点。 第四章 萃取法分离原理
一、学习目的与要求
1、掌握溶剂萃取的基本原理，萃取方式，破乳化方法。
2、掌握双水相萃取原理、影响因素及其应用。
3、掌握超临界萃取的原理，影响因素。
4、熟悉反胶束萃取原理及其在生化药物分离纯化中的应用。
5、了解萃取设备和溶媒回收方法。
6、了解超临界萃取方式及流程。
二、考核知识点
1、识记：溶剂萃取法，反萃取，萃取比(萃取因素)，分配比，萃取率，双水相萃取法，反胶束萃取，超临界萃取的概念;乳化和破乳化的概念;
2、理解：各种萃取方法的特点;影响溶剂萃取的因素;超临界萃取的原理和影响因素，超临界萃取剂的特点。
3、应用：举例说明不同萃取法的应用;破坏乳状液的方法;超临界萃取方式，萃取流程及应用。
第五章 固相析出分离法
一、学习目的与要求
1、掌握盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀法等固相析出分离法的基本原理、影响因素和优缺点。
2、熟悉结晶的方法，影响因素，以及提高晶体质量的方法。
3、了解成盐沉淀法、亲和沉淀法、高分子聚合物沉淀法的特点。
二、考核知识点
1、识记：盐析，有机溶剂沉淀，等电点沉淀法等的概念;Ks盐析，β盐析，盐析分布曲
线;晶核生成及晶体生长，结晶，透析结晶法;成盐沉淀，亲和沉淀，高分子聚合沉淀和表面活性剂沉淀的概念。
2、理解：各种固相析出分离法的基本原理，影响因素和特点;过饱和溶液的形成方法，提高晶体质量的方法;各种沉淀法的影响因素。
3、应用：盐析法在分离蛋白质中的应用;可影响晶体大小的因素及应用;多种沉淀法在生物药物特异性分离纯化中的综合应用。 第六章 吸附分离法
一、学习目的与要求
1、掌握吸附的基本原理、特点和各种因素对吸附的影响。
2、熟悉常用吸附剂的性质和使用要点。
3、熟悉大孔网状聚合物吸附剂的应用特点。
4、了解吸附法的相关实例。
二、考核知识点
1、识记：吸附的基本原理，特点和各种因素对吸附的影响;正吸附，负吸附，大网格高聚物吸附剂。
2、理解：吸附与洗脱条件的选择，吸附剂的选择;大孔网状聚合物吸附剂的应用特点;化学吸附与物理吸附的区别，影响吸附法效果的因素。
3、应用：常用吸附剂的性质和使用要点;大孔网状聚合物吸附剂的应用范围。 第七章 凝胶层析
一、学习目的与要求
1、掌握凝胶层析的理论和实验条件的选择。
2、熟悉凝胶层析的特点和应用范围。
3、了解常用凝胶的结构和性质。
二、考核知识点
1、识记：柱比，操作压，内水体积，外水体积，洗脱体积，类分离，分级分离，排阻系数，全渗入，全排阻，分离度等概念;常用凝胶的结构和性质。
2、理解：凝胶层析的原理、操作步骤;凝胶层析柱的选柱，装柱;凝胶层析的应用。影响凝胶层析效果的因素。
3、应用：凝胶层析的主要应用范围;利用凝胶层析测量蛋白质分子量的方法。常用凝胶的名称，特点和用途; 第八章 离子交换法
一、学习目的与要求
1、掌握离子交换的基本原理和提高离子交换选择性的方法，以及影响吸附、洗脱、交换速度、交换容量诸因素的作用。
2、熟悉离子交换的基本操作及离子交换焦色谱的基本原理。
3、了解离子交换剂的结构、分类、命名和主要性能的测定。
二、考核知识点
1、识记：离子交换法的定义，离子交换的选择性;交换容量，树脂再生，偶极离子排斥等概念;离子交换树脂的类型和基本结构;大孔树脂和均孔树脂;离子交换聚焦色谱的基本原理。
2、理解：影响离子交换选择性的因素和基本原理;影响离子交换速度的因素;离子交换树脂的命名原则;各种离子交换树脂的应用范围;酸性，碱性蛋白如何选用合适的离子交换纤维素;离子交换聚焦色谱的实验条件和操作。
3、应用：离子交换洗脱方式选择;离子交换纤维素的特点和洗脱方法;离子大孔树脂在生产中的实际应用。 第九章 亲和层析
一、学习目的与要求
1、掌握亲和层析的基本原理。
2、掌握亲和吸附剂的制备要点，包括载体及配基的选择和其它措施。
2、掌握亲和过滤、亲和萃取、亲和沉淀的有关概念。
3、了解亲和层析的用途、发展和主要化学反应。
二、考核知识点
1、识记：亲和层析的基本原理;亲和力，亲和吸附剂，配基，阻留值，正洗脱，负洗脱，金属螯合亲和层析，亲和错流过滤，亲和萃取及亲和反胶团萃取等概念;亲和过滤，亲和萃取，亲和沉淀等概念。
2、理解：亲和层析洗脱条件的控制及提高分辨率的方法;亲和吸附剂的制备要点及载体，配基的选择;影响亲和吸附力的因素，影响亲和吸附的条件;亲和过滤，亲和萃取，亲和沉淀的原理;亲和膜分离原理与特点。
3、应用：亲和层析的基本操作;克服非专一性吸附的方法。 第十章 离心技术
一、学习目的与要求
1、掌握超离心的工作原理，制备超离心和分析超离心的基本方法。
2、熟悉超离心有关概念和术语。
3、了解常用离心机的种类性能和用途。
二、考核知识点
1、识记：区带转子，角度转子，水平转子，速度区带离心法，差分离心，等密度梯度离心法等概念;离心机类型。
2、理解：离心技术基本原理;速度区带离心法，差分离心，等密度梯度离心的特点及用途;离心机的基本构造及转速。
3、应用：相对离心力的计算;常用离心机的特点和应用。
第十一章 膜分离技术
一、学习目的与要求
1、掌握各种膜分离技术的类型、特征及应用范围，膜极化的影响和消除。
2、熟悉常用滤膜及滤器的性质和用途，包括特殊滤膜对蛋白质与核酸的结合作用。
3、了解各种滤膜的制备及检测方法。
二、考核知识点
1、识记：超滤，不对称膜，截留值，截留分子量，各向异性膜，浓差极化现象等概念;超滤技术的优点;透析的原理。
2、理解：各种膜分离技术的原理和特点;透析操作方法;透析膜制备材料的特点。
3、应用：实验用超滤器的类型及原理;不同类型超滤膜或材料的应用;透析装置类型。 第十二章 生化药物制造工艺
一、学习目的与要求
1、熟悉氨基酸类药物、多肽和蛋白质类药物、核酸类药物、酶类药物、多糖类药物、脂类药物等生化药物的特点及一般制造方法。
2、了解各类生化药物的代表品种的性质、用途和质量控制。
3、了解各类生化药物的代表品种的分离纯化方法。
二、考核知识点
1、识记：生化药物，粘多糖，多糖一级结构;多肽类和蛋白质类药物的分类;多糖类药物的特点和制备方法;核酸类药物的概念及分类;脂类药物和维生素药物的种类。
2、理解：从生物材料中提取酶的主要过程和分离纯化过程中应注意的问题;多糖结构与多糖活性的关系;粘多糖的特点;多肽、蛋白质类药物的分离纯化方法。 第十三章 微生物药物制造工艺
一、学习目的与要求
1、熟悉氨基糖苷，大环内酯抗生素的结构特点、性质和一般制造方法。
2、了解微生物产生的生理活性物质如酶抑制剂、免疫抑制剂的生产工艺。
二、考核知识点
1、识记：氨基糖苷类抗生素，大环内酯类抗生素的结构特点及代表品种的理化性质;微生物药物的种类及特点;微生物药物，抗生素的概念。
2、理解：氨基糖苷类抗生素，大环内酯类抗生素的一般制造方法;微生物药物的分类。
3、应用：氨基糖苷类抗生素，大环内酯类抗生素制备工艺的一般流程;根据给定药物的性质，设计其分离纯化方法。 第十四章 生物制品制造工艺
一、学习目的与要求
1、掌握生物制品的概念、基本要求和制造原理。
2、熟悉生物制品的分类、制造技术和质量控制。
3、了解基因治疗的基本原理和常用载体。
二、考核知识点
1、识记：基因重组，疫苗，菌苗，重组药物，基因药物，合成肽疫苗，生物制品，DNA疫苗，亚单位疫苗，载体疫苗，细胞因子，包涵体等概念。
2、理解：生物制品的分类;DNA重组药物的特点;DNA重组药物的表达载体;基因治疗的基本原理;疫苗，菌苗和类毒素生产工艺的异同。
3、应用：生物制品的制造技术和质量控制;疫苗的检定标准;疫苗的一般制备方法。
2、考试的要求和目的
《生物制药工艺学》是制药工程专业的核心课程，涵盖生物化学、分子生物学、免疫学与现代药剂学等多门学科，是一门涉及生物学、医学、药学、生物技术、化学和工程学等学科基本原理的综合性应用技术科学。本课程定位于培养学生生物制药领域专业技能和应用能力。要求学生掌握生物药物研制及生产中的基础理论知识，把握行业发展动态，培养学生一定的生物药物工艺设计能力和生物药物研发能力。
考生应了解生物药物的来源及其原料药物生产的重要途径和工艺过程，掌握生物药物的一般提取、分离纯化原理与方法，了解各类生物药物(包括天然生化药物、微生物药物、生物制品和以基因工程药物为代表的生物技术药物)的结构、性质、用途和生产方法、生产工艺原理与过程，具备应用现代生物技术研究、开发生物药物的初步能力。
二、考试的形式和结构
1、考核形式：闭卷
2、考试时间：120分钟
3、试卷题型：名词解释、填空题、简答题、分析题
4、对考试辅助工具的要求：携带钢笔、圆珠笔或中性笔，铅笔。
三、教材及教学参考书
1、教材
《生物制药工艺学》(第二版)，吴梧桐主编，中国医药科技出版社，2008年。
2、教学参考书
《实用生物制药学》，吴梧桐主编，人民卫生出版社，2007年。 《现代生物制药工艺学》，齐香君主编，化学工业出版社，2010年。 《新编生物工艺学》(下册)，俞俊棠主编，华东理工大学出版社，2005年。 《生物药物分离纯化技术》，滕利荣主编，吉林科学技术出版社，2003。
一、缩略词：
1、 GMP：《药品生产质量管理规范》
16、CE：冠醚
2、 GSP：《药品经营质量管理规范：
17、COD：化学耗氧量
3、 GCP：《药品临床试验管理规范》
18、Cat：催化剂
4、 GLP：《药品非临床研究质量管理规范》
19、BOD：生化需氧量
5、 TOMAC：三辛基甲基氯化铵 20、NMP：N-溴-丁二酰亚胺
6、 TEBAC：乙基三苄基氯化铵
23、NADPH：还原型辅酶Ⅱ
7、 ASC：对乙酰氨基苯磺酰氯
24、NADH：还原型辅酶Ⅰ
8、 DMF：N,N-二甲基甲酰胺
25、EMME：乙氧亚甲基丙二酸二乙酯
9、 DMSO：二甲基亚砜
26、PTC：相转移催化剂
10、DEAE：葡萄糖凝胶
27、SMZ：磺胺甲基异噁唑(新诺明)
11、THF：四氢呋喃
28、6-APA：6-氨基青霉烷酸
12、TMP：甲氧苄氨嘧啶
29、7-ACA：7-氨基头孢霉烷酸
13、TPAB：四丙基溴化铵 30、PCG：聚乙二醇
14、TBAB：四正丁基溴化铵
31、5-MI：5-甲基异噁唑-3-甲酸酯
15、TBAI：四丁基碘化铵
32、3-MI：3-甲基异噁唑-5-甲酸酯
二、名词解释：
1、制药工艺学(化学制药工艺学)：研究化学合成药物的合成路线、工艺原理和工业生产程，
实现生产过程的最优化的一门科学。
2、化学合成药物：通过化学合成方法合成的药物成为化学合成药物。
3、全合成药物：由化学结构比较简单的化工原料经过一系列化学合成和物理处理过程制得的。
4、半合成药物：由已知具有一定基本结构的天然药物经过结构改造和物理处理过程制得的。
5、合成子：指逆向合成法拆开目标分子所得到的各个结构单元。
6、合成等价物：能够使合成子作用的试剂成为合成等价物。
7、溶剂化作用：每一个溶解的溶质其离子或分子被溶剂分子疏密不同地包围着，两者的作用
即为溶剂化作用。
8、催化剂：某一种物质在化学反应系统中能改变化学反应速率而本身在化学反应前后数量和
化学性质并无变化。
9、相转移催化剂：作用是由一相转移到另一相进行反应，实质上是促进一个可溶于有机溶剂
的底物和一个不溶于此溶剂的离子型试剂之间发生反应。
10、固定化酶：将酶固定于一个载体之上所形成的酶催化剂。
11、中试放大：药品工艺路线经论证确定后，一般需要经过一个将小型试验规模放大50~100
倍的中试放大，该阶段成为中试放大。
三、简答题：
1、合成药物的特点。
答：①产品质量要求特别严格 ②生产过程要求高 ③药品供应时间性强 ④品种多、更新快
⑤生产工艺复杂，原辅料繁多 ⑥产量不大 ⑦采用间歇生产方式 ⑧“三废”成分复杂
2、理想的药物合成工艺路线应满足的条件
答：①合成路线简捷，即原料合成药物的路线要短
②所需的原辅材料少且易得，并有足够的供应
③中间体容易以较纯的方式分离出来，符合质量标准
④可在易于控制的条件下进行制备，如安全无毒
⑤设备条件要求不苛刻
⑥“三废”少且易于处理
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，经济效益最好
3、异构体与药物生物活性的关系
答：①光学异构体具有相同的生物活性(少见)，如布洛芬
②异构体不同的生物活性(最常见) 奎宁(左)：抗疟
奎尼丁(右)：抗心律失常
③其中一种异构体有效，另一种无效，如氯霉素
④其中一种异构体有效，另一种无效且有不良反应，如：左旋咪唑，右旋咪唑(致呕吐)
4、简述何为平顶型，何为尖顶型，哪种反应更适合于工业生产，说明其原因。
答：
平顶型更适合工业化生产，因为收率与条件的关系图可得出：最佳条件范围较宽，这样可以大大降低工人的工作强度。若两种情况的收率相差比较悬殊，这时为效益考虑，要选择尖顶型，如此是条件不好控制，可通过机械化和自动化来实现。
5、说明溶剂能够改变反应速度的原理，并说明什么情况下极性溶剂可增加反应速度，什么情况下减慢反应速度。
答：原理：指每一个溶解的分子或离子被一层溶剂分子疏密程度不同的包围着，如果发生溶剂化效应，导致的直接结果是本身位能下降。
图1：溶剂化反应，活化能降低，如果反应过渡状态(活化络合物)比反应物更容易发生溶剂化，那么随着反应物或活化络合物位能下降△H，故反应速率加快(E2=E1-△H)
图2：溶剂化反应，活化能增加，如果反应物更容易发生溶剂化，则反应物的位能降低△H，相当于活化能升高△H，于是反应速率降低(E2=E1+△H)
6、理想重结晶溶剂应具备哪些特征?试述选择重结晶溶剂的基本规律是什么?
答：特征：①对杂质有良好的溶解性
②对待结晶的药物有所期待的溶解性
③结晶速度适当，捷径大小要适宜
④待洁净的药物溶解度应随温度变化比较大
⑤所用的溶剂不应产生溶剂化合物(即溶剂有一定得惰性)
基本规律：①带有易形成氢键的官能团(-OH，-NH2，-COOH,-CONH2)的化合物，要选用
水，醇等质子性溶剂
②若分子当中含有较大的亲油基，可选用烃类非极性溶剂
③不能选用沸点比待结晶物质的熔点还高的溶剂
④工业上还必须考虑重结晶的溶剂的回收和套用问题
7、简述中性和碱性条件下相转移催化剂的催化原理。
答：①中性条件下
②碱性条件下
a：酸性较强的反应物
b：酸性较弱的反应物
8、简述中试放大研究的任务、目的和意义及研究内容
答：研究内容：①工艺路线和单元反应方法的最后确定
②设备材质与型式的选择
③搅拌器型式与搅拌器速率的考察
④反应条件的进一步研究
⑤工艺流程的操作方法的确定
⑥进行物料衡算
⑦安全生产与“三废”防治措施的研究
⑧原辅材料、中间体的物理性质和化工常数的测定
⑨原辅材料、中间体质量标准的制订
10消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期等计算
目的：验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，及研究选定的工业化生产设备、
结构、材质、安装和车间布置等，为正式生产提供数据以及物料质量和消耗等
任务：以便进一步研究在一定规模的装置设备中各步化学反应条件变化的规律，并解决小型
试验所不能解决或未发现的问题。
9、 简述防治“三废”的原则，及防治“三废”的主要措施有哪些?
答：原则：①从合成路线着眼选择少废或者无废的生产工艺
②改造污染严重的工艺路线，尽量消除或减少“三废”的排放量
③必须排放的“三废”应先进行综合利用、化害为利
④无害化处理
措施：①研究少污染或无污染的生产工艺
a、更换原辅材料
b、改进操作方法
c、调整不合理配料比
d、采用新技术
e、改革工艺路线或变更各个反应先后次序
②循环使用合理套用
③回收利用和综合利用
④加强设备管理
10、简述化学制药厂“三废”的特点
答：①综合利用率低，数量少，成分复杂
②种类多、变动性大
③间歇排放
④化学耗氧量高，pH值偏低
11、三种外消旋体的异同点
答：不同点：外消旋混合物是同种异构体作用力大于异种中间作用力，而外消旋化合物是同
种异构体作用力小于异种之间的作用力，外消旋固体溶液两者间作用力相似。
外销选混合物有其独特的物性特点：50%混合物熔点最低且溶解度最高，而另
两种无比特性，外消旋化合物从计量学角度看，属于完全新的化合物。
相同点：都不具光学活性，将其拆分后，可分离出具有旋光性的左右旋体，都是由等量
的左旋体和右旋体组成的物质。
12、外消旋体的形成及区分
答：左旋(—)外消旋混合物：同种异构体间的作用力>异种之间作用力等量外消旋化合物：同种异构体间的作用力<异种间作用力混合外消旋固体溶液：同种异构体间的作用力~异种之间作用力
右旋(+)
外消旋混合物(A) 纯对映体熔点(A)饱和溶液纯晶体不溶
外消旋化合物(B) 纯对映体熔点(B)饱和溶液纯晶体溶解且具有旋光性 外消旋固体溶液(C)纯对映体熔点(C)饱和溶液纯晶体不溶
制药工艺学--课程设计
主要内容：
1、药物的主要性质：名称、结构、理化性质;
2、药物的主要药理作用、适应症;
3、药物的发展状况和生产状况;
4、合成路线的选择和优化;
5、生产工艺流程图：流程方框图、流程设备图;
6、生产工艺指标(工艺参数);
7、生产车间设计;
8、生产工艺规程;
9、三废处理;
10、其他说明等。
题目：
1、贝诺酯的生产
2、氟哌酸的生产
3、维生素E的生产
4、盐酸普鲁卡因的生产
5、阿霉素的生产
6、黄连素的生产
7、紫杉醇的生产
8、长春碱的生产
9、氯霉素的生产
10、头孢曲松的生产
11、阿德福韦酯的生产
12、盐酸雷尼替丁的生产
13、氟伐他丁的生产
生物工艺学期末复习资料
生物工艺学知识点总结
第一章
绪论
1、生物工艺学(biotechnology)：
又称为生物技术，它是应用自然科学及工程学原理，依靠生物作用剂(biological
agents)的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。
特点：多学科和多技术的结合;生物作用剂(生物催化剂)的参与;应用大量高、精、尖设备;建立工业生产过程或进行社会服务，。
生物工艺学包含的四大块内容：原料预处理和培养基的制备、菌种的选育及代谢调节、生物反应过程的工艺控制、下游加工。
2、生物催化剂是游离的或固定化的细胞或酶的总称。
生物催化剂特点：
优点：①常温、常压下反应
②反应速率大
③催化作用专一
④价格低廉
缺点：稳定性差
控制条件严格
易变异(细胞)
生物反应过程实质是利用生物催化剂以从事生物技术产品的生产过程(process
engineering)。
3、生物技术研究的主要内容：
基因工程(DNA重组技术，gene
engineering)
、细胞工程(cell
engineering)、酶工程(enzyme
engineering)、发酵工程(fermentation
engineering)、蛋白质工程(protein
engineering)、
第二章
菌种的来源
1、工业生产常用的微生物
细菌、酵母菌、霉菌、放线菌、担子菌、藻类。
2.
工业生产对微生物菌种的要求
培养基成分简单、廉价、来源广。
生长迅速、发酵周期较短，抗杂菌和噬菌体能力强。
目的产物产量高，产物类似物的产量低，且目的产物最好能分泌到胞外，利于产物分离。
对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感。
对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。
菌种遗传性能稳定，不易变异和退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
3、分离微生物新种的过程大体可分为采样、增殖、纯化和性能测定。
含微生物材料的预处理方法：物理方法(加热);化学方法(pH);诱饵法。
诱饵技术：将固体基质加到待检的土壤或水中，待其菌落长成后再铺平板。
分离的效率影响因素
：
1)培养基的养分;
2)pH;
3)加入的选择性抑制剂。
4、高产培养基成分的选择准则：
制备一系列的培养基，其中有各种类型的养分成为生长限制因素(C、N、P、O);
使用一聚合或复合形式的生长限制养分;
避免使用容易同化的碳(葡萄糖)或氮(NH4+)，它们可能引起分解代谢物阻遏;
确定含有所需的辅因子(Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+)
加入缓冲溶液以减小pH变化。
5、代谢控制发酵(Metabolic
Control
fermentation)：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。
6、菌种的衰退表观现象有哪些?
目的产物的产量下降
营养物质代谢和生长繁殖能力下降
发酵周期延长
抗不良环境的性能减弱
7、菌种的衰退的原因
菌种保藏不当
提供不了当的条件或不利的条件
经诱变得到的新菌株发生回复突变
8、菌种的复壮方法：
纯种分离
通过寄主体进行复壮
淘汰已衰退的个体
9、菌种的保藏的原理
根据菌种的生理生化特点，人工创造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成分在最低水平，缺氧状态，干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。
10、菌种的保藏方法：
A
斜面冰箱保藏法
B
沙土管保藏法
C
石蜡油封存法
D
真空冷冻干燥保藏法
E
液氮超低温保藏法
11与生物工程相关性较大的国内主要菌种保藏机构包括：
工业微生物菌种保臧管理中心、农业微生物菌种保藏管理中心、普通微生物菌种保臧管理中心、抗生素菌种保藏管理中心
11
从自然环境中分离微生物菌种的的工艺过程
12.
生物工程专业相关的主要数据库有哪些?
维普中文科技期刊数据库、中国期刊全文数据库、万方系列数据库、science
online、springer
link等。
第三章
菌种选育
1、常用菌种选育方法
(1)自然选育:是指在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变(spontaneous
mutation)而进行菌种筛选的过程。
特点：自发突变的频率较低，变异程度不大。所以该法培育新菌种的过程十分缓慢。
应用：自然选育在工业生产中可以达到纯化菌种，防止菌种衰退，稳定生产，提高产量的目的。
(2)诱变育种:是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，促进其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选少数符合育种目的的突变株，以供生产实践或科学研究使用。诱变育种的理论基础是基因突变。
诱变育种的典型流程
常用诱变剂：物理诱变剂、化学诱变剂(碱基类似物、与碱基反应的物质、在DNA分子中插入或缺失一个或几个碱基物质)、生物诱变剂
(3)分子育种(DNA重组、基因工程)：用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来，在离体条件下切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后导入某一受体细胞中，让外来的遗传物质在其中进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。
(4)杂交育种(Hybridization)：
常规杂交育种(Hybridization)：一般是指人为利用真核微生物的有性生殖或准性生殖或原核微生物的接合、F因子转移、转导和转化等过程，促使两个具有不同遗传性状的菌株发生基因重组，以获得性能优良的生产菌株。
原生质体融合技术：通过人工方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程，亦称为“细胞融合”(cell
fusion)。
原生质体融合的基本过程：原生质体形成、原生质体融合、原生质体的再生。
3.抗噬菌体菌株的检出方法：
平板点滴法、单层琼脂法、双层琼脂法。
4、工程菌的不稳定性表现
质粒的不稳定(质粒的丢失、重组质粒的DNA片段脱落)、表达产物的不稳定
第三章
微生物的代谢调节
1、微生物代谢调节方式
概念：微生物在生长过程中机体内的复杂代谢过程是相互协调和高度有序的，并对外界环境的改变能够迅速做出反应,其原则是经济合理地利用和合成所需的各种物质和能量,使细胞处于平衡生长状态。微生物代谢分为初级代谢和次级代谢。
代谢流向的调控分为代谢物的合成和代谢物的降解;通过快速启动蛋白质的合成和有关的代谢途径，平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化。
代谢速度的调控分为酶量(粗调)(酶合成的诱导和酶合成的阻遏)和酶活(细调)(酶活性的激活、酶活性的抑制)
反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢;影响催化一系列反应的多个酶
反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快。只对是一系列反应中的第一个酶起作用
2、微生物初级代谢调节包括酶活调节、酶合成调节、遗传控制
(1)酶活性的调节(细调)：一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。酶活调节的影响因素包括：底物和产物的性质和浓度、压力、pH、离子强度、辅助因子以及其他酶的存在等等。特点是反应快速。
酶活性的调节包括：酶活性的激活和酶活性的抑制(反馈抑制)
(2)酶合成的调节：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速度的调节机制。这类调节在基因转录水平上进行，对代谢活动的调节是间接的、缓慢的
(3)酶合成的阻遏：在某代谢途径中，当末端产物过量时，微生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成，从而彻底地控制代谢，减少末端产物生成，这种现象称为酶合成的阻遏。
末端代谢产物阻遏:由于某代谢途径末端产物的过量积累而引起酶合成的(反馈)阻遏。
分解代谢物阻遏：当细胞内同时存在两种可利用底物(碳源或氮源)时，利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成。
这种阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果，而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的，所以称为分解代谢物阻遏(过去被称为葡萄糖效应)。
3、改变细胞膜通透性的方法
A限制培养基中生物素浓度在1～5mg/L，控制细胞膜中脂质的合成;
B
加入青霉素，抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联;
C
加入表面活性剂如吐温80或阳离子表面活性剂(如聚氧化乙酰硬脂酰胺)，将脂类从细胞壁中溶解出来，使细胞壁疏松，通透性增加;
D
控制Mn2+、Zn2+的浓度，干扰细胞膜或细胞壁的形成;
E
可以通过诱变育种的方法，筛选细胞透性突变株。
5、人工控制微生物代谢的两种手段：
(1)生物合成途径的遗传控制
(2)发酵条件的控制
6.
生物素对谷氨酸合成的影响
(1)生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之前，增加生物素有利于丙酮酸的羧化产生草酰乙酸，进而有利于谷氨酸的合成;
(2)生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂的主要成分，因此生物素可间接地影响细胞膜的透性。
第四章
微生物次级代谢与调节
1、次级代谢产物：某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质，它们一般是在菌生长终止后合成的。其生物合成至少有一部分是与核内和核外的遗传物质有关，同时也与这类遗传信息产生的酶所控制的代谢途径有关。微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等。
2、初级与次级代谢途径相互连接
次级代谢物通常是由初级代谢中间体经修饰后形成的
修饰初级代谢中间体的三种生化过程
生物氧化与还原、生物甲基化、生物卤化
3、前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物，它能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化有些还具有促进产物合成的作用。
中间体是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质，他们均被进一步代谢，最终获得该途径的终产物。
4、次级代谢物生物合成的原理
①一旦前体被合成，在适当条件下它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径。
②在某些情况下单体结构单位被聚合，形成聚合物。这些特有的生物合成中间体产物需做后几步的结构修饰，修饰的程度取决于产生菌的生理条件。有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的。
第五章
发酵培养基
1、培养基通常指人工配制的供微生物生长、繁殖、代谢和合成所需产物的营养物质和原料，同时，培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必需的环境条件
培养基提供微生物生长繁殖和产物合成所需的碳源、氮源、无机盐、生长因子、水和氧气等
2、工业发酵培养基的要求
：
①培养基能够满足产物最经济地合成
②发酵后所形成的副产物尽可能的少
③培养基的原料应因地制宜，价格低廉;且性能稳定，资源丰富，便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产上的供应。
④所用培养基应能满足总体工艺的要求，如不应影响通气、提取、纯化及废物处理等。
3、工业上常用的碳源：葡萄糖、乳糖、淀粉、蔗糖
工业上常用的氮源：无机氮源：氨水，铵盐，硝酸盐等。有机氮源：玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、棉籽粉、鱼粉、酵母浸出液等。生理酸性物质，如硫酸铵。生理碱性物质，如硝酸钠。
提供生长因子的农副产品原料：
1)
玉米浆
2)
麸皮水解液
3)
糖蜜
4)
酵母：可用酵母膏、酵母浸出液或直接用酵母粉。
产物促进剂是指那些非细胞生长所必需的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
4、发酵培养基的设计和优化方法
正交试验设计、均匀设计、响应面分析
正交试验设计：利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验，通过对这部分试验结果的分析,了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。
正交实验数据分析，见教材P112-114例题，表4-16，同时确定因素的主次顺序、各因素的优水平、各因素水平的最优组合。小数点后保留一位。
响应面分析方法：适宜于解决非线性数据处理的相关问题，它囊括了试验设计、
建模、检验模型的合适性、
寻求最佳组合条件等众多试验和统计技术;通过对过程的回归拟合和响应曲面、等高线的绘制、可方便地求出相应于各因素水平的响应值。在各因素水平的响应值的基础上，可以找出预测的响应最优值以及相应的实验条件。
完整响应面分析方法实验设计通常包括：(1)Plackett—Burman实验设计
，(2)最陡爬坡实验，(3)中心组合实验设计三个过程。
第六章
发酵培养基灭菌和空气净化
在发酵工业生产中，为了保证纯种培养，在生产菌种接种培养前，要对培养基、空气系统、消泡剂、流加物料、设备、管道等进行灭菌，还要对生产环境进行消毒，防止杂菌和噬菌体的大量繁殖。
常用的灭菌方法有：干热灭菌法、火焰灭菌法、电磁波射线灭菌法、
湿热灭菌法(主要是高压蒸汽灭菌)、化学药剂灭菌法、过滤除菌法等
1.
微生物热阻：微生物在某一特定条件下(主要是温度和加热方式)下的致死时间。
2.对数残留定律中各符号的意义。
3.
理论灭菌时间的计算
3.1间歇实罐灭菌时间的计算
3.2连续灭菌的灭菌时间计算：
4.
灭菌温度的选择：随着温度升高，灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数。即当灭菌温度升高时，微生物杀灭速度提高，培养基营养成分破坏的速度减慢。
高温瞬时灭菌法可以减少培养基营养成分的破坏的原理：
随着温度升高，灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分的分解速率常数的增加倍数。即当灭菌温度升高时，微生物杀灭速度增加较快，而培养基营养成分破坏的速度增加较慢。因此，采用较高的温度，较短的灭菌时间，可以减少培养基营养成分的破坏。
5.
影响培养基灭菌的因素
：所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间，培养基成分、pH值、培养基中颗粒、泡沫等对培养基灭菌也有影响。
6.无菌空气：指通过除菌处理使空气中含菌量降低至一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。
7.
介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。是大多数发酵厂广泛采用的方法。按除菌机制可分为：
绝对(表面)过滤和深层介质过滤。
介质过滤除菌的机理：空气流通过这种介质过滤层时，借助惯性碰撞、拦截滞流、静电吸附、扩散等作用，将其尘埃和微生物截留在介质层内，达到过滤除菌目的。
第七章
种子的扩大培养
1、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。
这些纯种培养物称为种子
2、种子扩大培养的目的与要求
(1)种子扩培的目的
①接种量的需要
②
菌种的驯化
③缩短发酵时间、保证生产水平
(2)种子的要求
①菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，延迟期短
②
生理性状稳定③菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求④无杂菌污染⑤保持稳定的生产能力。
3、种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数，取决于菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度、所采用发酵罐的容积。
种子罐级数受发酵规模、菌体生长特性、接种量的影响。级数大，难控制、易染菌、易变异，管理困难，一般2～4级。
4、种子制备分两个阶段：实验室种子制备阶段
生产车间种子制备阶段
好氧微生物菌种扩培常用设备：超净工作台、震荡培养箱、种子罐等。
5、种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
通常接种量：细菌1-5%，酵母菌5-10%，霉菌7-15%，有时20-25%
青霉素生产的种子制备过程：
安瓿管→斜面孢子→大米孢子→一级种子→二级种子→发酵
第八章
发酵工艺控制
1、微生物发酵的生产水平取决于生产菌种本身的性能和合适的环境条件。
2、发酵过程的代谢变化
从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化(培养基和培养条件)和产物形成速率这三者之间的关系。在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为①
生长关联型
和②
非生长关联型。
3、发酵方式
(1)补料-分批发酵：指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。
优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。
低基质浓度的优点：①
可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾;②
克服养分的不足，避免发酵过早结束。
(2)半连续发酵：是指在补料-分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。
优点：①
可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾;②
克服养分的不足，避免发酵过早结束;③缓解有害代谢产物的积累。
(3)连续发酵：指培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养，菌的生长就受到所提供基质的限制，培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。
与传统的分批发酵相比，连续培养有以下优点：
①
维持低基质浓度：可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾;
②
避免培养基积累有毒代谢物;
③
可以提高设备利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间;
④
便于自动控制。
4、发酵控制参数
按性质分类：物理参数、化学参数、生物参数
按检测手段分类：①直接参数：⑴在线检测参数
⑵
离线检测参数
②间接参数
5、发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵=Q生物+
Q搅拌-
Q蒸发-
Q显-
Q辐射
生物热(biological
heat)是菌体生长过程中直接释放到体外的热能，使发酵液温度升高。
搅拌热(agitation
heat)是搅拌器引起的液体之间和液体与设备之间的摩擦所产生的热量。
6.
pH值对发酵的影响
(1)影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢;
(2)影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物的吸收和代谢产物的排泄;影响培养基中某些组分的解离，进而微生物对这些成分的吸收;
(3)pH值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。
7、引起发酵液pH值异常波动的因素
pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件
pH下降：
①
培养基中碳、氮比例不当。碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加上溶氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降;
②
消泡剂加得过多;
③
生理酸性物质的存在，铵被利用，pH下降。
pH上升：
①
培养基中碳、氮比例不当。氮源过多，氨基氮释放，使pH上升;
②
生理碱性物质存在;
③
中间补料氨水或尿素等碱性物质加入过多。
8、临界氧浓度(critical
value
of
dissolved
oxygen
concentration)
：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如对产物形成而言便称为产物合成的临界氧浓度。
呼吸强度又称氧比消耗速率，是指单位质量的干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以
Q
O2表示，单位为mmolO2/(g干菌体·h)。
耗氧速率又称摄氧率，是指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为mmol
O2/(L·h)。
9、引起溶氧异常下降，可能有下列几种原因：
①
污染好气性杂菌，大量的溶氧被消耗掉，可能使溶氧在较短时间内下降到零附近，如果杂菌本身耗氧能力不强，溶氧变化就可能不明显;
②
菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧下降;
③
某些设备或工艺控制发生故障或变化，也可能引起溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌速度变慢，影响供氧能力，使溶氧降低。
10、泡沫的形成及其对发酵的影响
在大多数微生物发酵过程中，通气、搅拌以及代谢气体的逸出，再加上培养基中糖、蛋白质、代谢物等表面活性剂的存在，培养液中就形成了泡沫。
形成的泡沫有两种类型：
一种是发酵液液面上的泡沫，气相所占的比例特别大，与液体有较明显的界限，如发酵前期的泡沫;
另一种是发酵液中的泡沫，又称流态泡沫(fluid
foam)，分散在发酵液中，比较稳定，与液体之间无明显的界限
大量的泡沫引起的负作用：
发酵罐的装料系数减少、氧传递系统减小;
增加了菌群的非均一性;
造成大量逃液，增加染菌机会;
严重时通气搅拌无法进行，菌体呼吸受到阻碍，导致代谢异常或菌体自溶;
消泡剂的添加将给提取工序带来困难。
泡沫的消除
调整培养基中的成分(如少加或缓加易起泡的原料)或改变某些物理化学参数(如pH值、温度、通气和搅拌)或者改变发酵工艺(如采用分次投料)来控制，以减少泡沫形成的机会。
采用菌种选育的方法，筛选不产生流态泡沫的菌种，来消除起泡的内在因素。
采用机械消泡或消泡剂来消除已形成的泡沫。
常用的消泡剂有4大类：
天然油脂类、脂肪酸和酯类、聚醚类、硅酮类
11、造成染菌的主要原因
设备渗漏
空气带菌
种子带菌
灭菌不彻底
技术管理不善
第九章
生物反应动力学
1.微生物反应动力学
研究各种环境因素与微生物代谢活动之间相互作用随时间而变化的规律。
具体研究内容：微生物生长过程中质量的平衡;发酵过程中菌体的生长速率、基质消耗速率和产物生成速率的相互关系
;环境因素对这三种速率的影响。
2.
分批发酵工艺中缩短和消除延迟期的方法有：
增加接种量、采用最适种龄、选用繁殖速度快的菌种以及尽量保持接种前后所处的培养基介质和条件一致。
3.
Monod方程的参数求解：
µmS
KS+S
µ=
S:限制性基质浓度mol/m3;KS:饱和常数mol/m3
例：在一定条件下培养大肠杆菌，得如下数据：
S(mg/l)
6
33
64
153
221
μ(h-1)
0.06
0.24
0.43
0.66
0.70
利用MONOD方程作图如下，求在该培养条件下，求大肠杆菌的μmax，KS和td?
解：据图可知，：
1/µmax=0.95;KS/µmax=90;根据
可以求得：
μmax=1.1
(h-1);
KS=99mg/L，
td=ln2/μmax=0.63h
4.
连续培养动力学
稀释率：单位时间内加入的培养基体积占发酵罐内培养基体积的分率
5.
细胞的物料平衡
单级连续培养的细胞物料平衡方程如下：
根据单级连续培养的细胞物料平衡方程，按照比生长速率μ和稀释率D的大小关系，讨论培养罐内细胞浓度和营养物质浓度的变化情况。
答：
μ
>
D:
则
dX/dt
>0，培养罐内细胞浓度不断增加，营养物质浓度随之减少
μ
<
D：则dX/dt
<0，罐内细胞浓度不断减少，最后导致X趋近0.
μ
=
D：则dX/dt
=0，细胞浓度不随时间而变化，即培养达到稳定状态。
6.
限制性基质的物料平衡
临界稀释率(DC):
发生洗出时的稀释率。
操作的稀释率不是可以随意改变的，而有一个限度。超过此稀释率时连续培养就无法进行，临界稀释率取决于加料中的限制性基质浓度，即细胞在此培养基中能达到的最大比生长速率。DC=
μmS
/(KS+S)
第十章 下游加工过程概论
1、下游技术(工程)
(downstream
processing)：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。
2.
发酵液的特点
1)含水多，产物含量低;
2)含菌体蛋白;
3)溶有原来培养基成分;
4)相当多的副产物和色素;
5)易被杂菌污染或使产物进一步分解;
6)易起泡，粘性物质多。
3、整个下游加工过程应遵循下列四个原则
1)
时间短;2)
温度低,
(选择在生物物质的温度范围内);3)
pH适中;4)
严格清洗消毒(包括厂房、设备及管路，注意死角)。
4、一般下游加工过程可分为4个阶段
1)培养液(发酵液)的预处理和固液分离;2)初步纯化(提取);3)高度纯化(精制);4)成品加工。
5、下游加工过程的一般流程
第十二章
发酵液的预处理和固液分离方法
1、改善发酵液过滤特性的物理化学方法：
调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。
2、凝聚——指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象;常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝
Al2(SO4)3•18H2O(明矾);氯化铝
AlCl3•6H2O;三氯化铁
FeCl3;硫酸亚铁
FeSO4·7H2O
;石灰;ZnSO4;MgCO3
絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。工业上使用的絮凝剂可分为三类：
1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物;
2)无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等;
3)天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂有机合成的聚丙烯酰胺(polyacrylamide)类衍生物
3、杂蛋白的去除方法有沉淀法、变性法
、吸附法
4、固液分离的方法：重力沉降、浮选、旋液分离、介质过滤、离心。
5、根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
第十三章
细胞破碎
1、细胞破碎的阻力：
细菌破碎的主要阻力:肽聚糖的网状结构，网状结构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固;
酵母细胞壁破碎的阻力:主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度;
霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构，其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高。
2、常用破碎方法
机械法：珠磨法(固体剪切作用)、高压匀浆法(液体剪切作用)、超声破碎法(液体剪切作用)、X-press法(固体剪切作用)。
非机械法：酶溶法(酶分解作用)、化学渗透法(改变细胞膜的渗透性)、渗透压法(渗透压剧烈改变)、冻结融化法(反复冻结-融化)、干燥法(改变细胞膜渗透性)
3、破碎率的测定方法
1)直接测定法
2)目的产物测定法
3)导电率测定法
第十四章
沉
淀
法(Precipitation)
1、固相析出技术：通过加入某种试剂或改变溶液条件，使生化产物溶解度降低，以固体形式(沉淀和晶体)从溶液中沉降析出的分离纯化技术。
结晶法：在固相析出过程中，析出物为晶体称为结晶法。
沉淀法：在固相析出过程中，析出物为无定形固体称为沉淀法。常用的沉淀法：盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法等。
2、盐析(Salt
induced
precipitation)：在高浓度的中性盐存在下，蛋白质(酶)等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低，产生沉淀的过程。原因如下：
1)无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢;
2)中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀;
Ks盐析法：在一定pH和温度下，改变体系离子强度进行盐析的方法;
β盐析法：在一定离子强度下，改变pH和温度进行盐析;
常用的盐析用盐：
硫酸铵、硫酸钠，磷酸盐，柠檬酸盐。
3、有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。
原理：
(1)降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。
(2)有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚。
常用的有机溶剂沉析剂：
乙醇：沉析作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析;
丙酮：沉析作用更强，用量省，但毒性大，应用范围不广;
4、等电点沉淀：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。
原理：蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点时，分子表面净电荷为0，双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。
第十五章
膜
过
滤
法
1、膜过滤法指以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的方法。基本原理是筛孔分离过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留。包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)四种过程。
在工业上用得最广的膜材料是醋酸纤维素和聚砜。
浓差极化：当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，使膜面浓度增大，并高于主体中浓度，这种浓度差导致溶质自膜面反扩散至主体中，这种现象称为浓差极化。在超滤中，为减少浓差极化，通常采用错流操作。
膜的污染：膜在使用中，尽管操作条件保持不变，但通量仍逐渐降低的现象。
污染原因：膜与料液中某一溶质的相互作用;吸附在膜上的溶质和其它溶质的相互作用。
膜污染的消除：污染必须通过清洗的办法才能消除。经清洗后如纯水通量达到或接近原来水平，则认为污染已消除。
减轻膜污染的方法
1)预处理
2)改变膜的表面性质
市售的超滤器大致有四种型式：管式、中空纤维式、螺旋卷绕式和平板式。
2.
将下列表示相同意义的词连线
separation
factor
分离因子
membrane
separation膜分离
ion-exchange
离子交换
Biotechnology生物技术
Metabolic
Control
fermentation
代谢控制发酵
Downstream
Processing
下游工程
Chromatographic
Resolution色谱分离
Biocatalyst，生物催化剂
Orthogonal
experimental
design
正交实验设计
response
surface
analysis响应面分析方法
Inducible
enzyme
诱导酶
末端代谢产物阻遏(End-product
repression)
分解代谢产物阻遏(Catabolite
repression)
代谢工程(metabolic
engineering)
临界氧浓度(critical
value
of
dissolved
oxygen
concentration)
补料分批培养(feed-batch
culture，
FBC)
细
胞
破
碎
Cell
Disruption
高压匀浆法(High-pressure
homogenization
盐析(Salt
induced
precipitation)
微滤(Microfiltration，MF)
超
滤
(ultrafiltration，UF
)
反渗透(Reverse
osmosis，RO)
纳滤(nanofiltration,NF)
正相色谱(Normal
Phase
Chromatography，NPC)，
反相色谱(Reversed
Phase
Chromatography，RPC)，
第十六章
溶剂萃取和浸取
1、溶剂萃取
利用一种溶质组分(如产物)在两个互不混溶的液相(如水相和有机溶剂相)中竟争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。
2、“相似相溶”原理分子之间可以有两方面的相似：一是分子结构相似，如分子的组成、官能团、形态结构的相似;二是能量(相互作用力)相似，如相互作用力有极性的和非极性之分，两种物质如相互作用力相近，则能互相溶解。与水“相似”的物质易溶于水，与油“相似”的物质易溶于油就是相似相溶原理的表现。
3、分配定律和分离因数
(1
)分配定律：在一定温度一定压力的条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在两相中的活度之比为一常数。如果是稀溶液，活度可用浓度代替，则达到平衡时溶质在两相中的浓度之比为一常数。称之为分配系数K，
(2)分离因数
3、乳化和去乳化
乳化：一种液体(分散相)分散在另一种不相混溶的液体(连续相)中的现象。乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液：一种是水包油型(O/W)，另一种为油包水型(W
/
O)。
生产过程出现的乳浊液是水包油型(O/W)，还是油包水型(W
/
O)，主要由表面活性剂的性质决定。
4、双水相萃取：在一定条件下，水相也可以形成两相(即双水相系统)甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。
常用聚合物双水相系统：聚乙二醇-葡聚糖、聚乙二醇-无机盐系统
双水相萃取的优点：
1)使固液分离和纯化两个步骤同时进行，一步完成;
2)适合热敏物质的提取，主要是胞内酶;
3)亲水性聚合物加入水中，形成两相，在这两相中，水分都占大比例(85～95%)，这样生物活性蛋白质在两相中不会失活，且以一定比例分配于两相中。
第十七章
离
子
交
换
法
1、离子交换原理及分类
离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材料。是一类带有官能团的网状结构的高分子化合物，其结构有三部分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的官能团和官能团所带的相反电荷的可交换离子。骨架上的活性离子在水溶液中发生离解，可在较大的范围内自由移动，扩散到溶液中，同时，在溶液中的同类型离子也能从溶液中扩散到骨架的网格或孔内。当这两种离子浓度差较大时，就产生一种交换的推动力，使它们之间产生交换作用，利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。
树脂按活性离子分类，活性离子是阳离子(和阳离子发生交换)就称为阳离子交换树脂;如果是阴离子，则称为阴离子交换树脂。
2、树脂的命名
根据离子交换树脂官能团的性质，将其分为强酸(0)、弱酸(1)
、强碱(2)
、弱碱(3)
、螯合(4)
、两性(5)及氧化还原(6)等7类。
3、离子交换树脂的理化性能指标
1)外观;2)交联度;3)化学稳定性;4)机械强度;5)交换量
4、影响离子交换树脂选择性的因素
1)离子价数
离子交换树脂总是优先选择高价离子，而低价离子被吸附时则较弱。
阳离子被吸附的顺序为：Fe3+
>Al3+
>Ca2+
>Mg2+
>Na+
，
阴离子顺序为：柠檬酸根>硫酸根>硝酸根
2)溶液浓度的影响
树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中比较大，而在浓溶液中选择性较小。
3)离子的水化半径
水化半径较小的离子优先吸附。
4)有机溶剂的影响
有机溶剂会使树脂对有机离子的选择性降低，而容易吸附无机离子，可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质。
5)树脂与交换离子间的辅助力
凡能与树脂间形成辅助力，如氢键、范德华力等辅助力的离子，树脂对其吸附力就大;反之，能破坏这些辅助力的溶液就能容易地将离子从树脂上洗脱下来。
5、离子交换树脂的工作过程：
1)树脂预处理：新树脂装入柱后，先用去离子水浸泡12h左右，使树脂充分吸水膨胀，再用2-3倍树脂体积的10%左右食盐水浸泡4h以上。用水洗净残留的NaCl，再根据树脂类型和使用所需要的型号分别用酸和碱处理，最后调pH值至所需范围。
2)上柱交换交换方式：采用顺流和逆流进行
3)洗脱：用亲和力更强的同性离子取代树脂上吸附的目的产物。
4)树脂的再生：先用清水洗涤，然后用再生剂再生，最后用清水洗至所需pH值。
6.
ISEP系统是一种连续的离子交换系统
目前已成功的应用在各种不同的产业领域中。ISEP系统采用多柱(20/30交换柱)吸附以及在稳定状态下连续运行。不需要备用设备;离子交换树脂的再生也不必中断正常的生产。
ISEP系统可以处理杂质浓度较高的物料，保证产品具有稳定的成分和浓度;采用多通道逆向流动再生方式，减少了离子交换树脂及、再生剂和洗涤水的用量。
工作过程：
交换：利用ISEP离子交换系统，对膜滤液中的赖氨酸离子进行吸附，与其他杂质分离，吸附分离下来的废水及杂质排出柱体，吸附饱和的柱体进入洗脱回填区。
回填：通过洗脱液回填压出柱体内的废水和杂质，以提高洗脱液纯度。
洗脱：利用一定浓度的氨水消除酸性，将赖氨酸离子从树脂上解析下来，并使树脂得到再生。
转型：再生柱进入再生区经过稀硫酸转型后在吸附区达到最佳的吸附能力。
第十八章
色谱分离法
1、色谱分离(Chromatographic
Resolution，CR)利用多组分混合物中各组分物理化学性质(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲合力、分配系数等)的差别，使各组分以不同程度分布在固定相和流动相中。当多组分混合物随流动相流动时，由于各组分物理化学性质的差别，而以不同的速率移动，使之分离。
特点分离效率高;检测能力强;样品用量少;适用范围广。
2.色谱分离过程：
两种组分的理化性质原本存在着微小的差异，经过反复多次地吸附→解吸→再吸附→再解吸的过程使微小差异累积起来，结果使吸附能力弱的组分先流出色谱柱，吸附能力强的组分后流出色谱柱，从而使各个组分得到了分离。
3.
检测器
UV-Vis、荧光、电化学、蒸发光散射、示差折光、质谱等检测器。
4.
色谱时间
死时间(Dead
time)：不被固定相吸附或溶解的惰性组分，从进样到出峰的峰顶点之间测得的时间,用tM表示。
保留时间(Retention
time)：从进样到组分峰顶点之间测得的时间，用tR表示。
调整保留时间(Adjusted
Retention
Time)：调整保留时间指组分的保留时间扣除死时间后的时间，
5.
气相色谱法主要利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异，以气体为流动相，以液体或固体为固定相从而达到分离混合物的色谱方法。
6.
液相色谱：
首先高压泵将贮液器中流动相溶剂经过进样器送入色谱柱，然后从控制器的出口流出。当注入欲分离的样品时，流经进样器贮液器的流动相将样品同时带入色谱柱进行分离，然后依先后顺序进入检测器，记录仪将检测器送出的信号记录下来，由此得到液相色谱图。
4.
凝胶色谱介质常用的有葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等。
分类
吸附色谱分离是指混合物随流动相通过固定相(吸附剂)时，由于固定相对不同物质的吸附力不同而使混合物分离的方法。
分配色谱是利用混合物中各物质在两液相中的分配系数不同而分离。根据固定相和流动相的极性与非极性的差别，分配色谱可分为正相色谱和反相色谱。
离子交换色谱是基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，由于混合物中不同溶质对交换剂具有不同的亲合力而将它们分离。
凝胶色谱以凝胶为固定相，是一种根据各物质分子大小不同而进行分离的色谱技术，又称为分子筛色谱(Molecular
Sieve
Chromatography，MSC)、空间排阻色谱或尺寸排阻色谱(Size
Exclusion
Chromatography，SEC)。
第十九章
蒸发、蒸馏和结晶
1、真空蒸发：冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压、此时系统中的不凝性气体必须用真空泵抽出。
目的：降低溶液的沸点。
优点：
(1)溶液沸点低，可用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作加热蒸汽。
(2)溶液沸点低，同样蒸汽所需的传热面小。
(3)沸点低，有利于处理高温下易分解和变质的热敏性物料。
(4)蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。
2、多效蒸发：第一个蒸发器(称为第一效)中蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器(第二效)的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器
(第三效)的加热蒸汽，依此类推。
3、蒸发器的分类：分为膜式蒸发器和非膜式蒸发器两大类。膜式蒸发器又分为升膜蒸发器、降膜蒸发器、旋转刮板蒸发器、板式蒸发器。
4、酒精发酵醪液蒸馏的理论基础是拉乌尔定律。
拉乌尔定律：混合液中，蒸气压高的组分，在气相中的含量总是比液相中的高;反之，蒸气压低的组分，在液相中的含量总是比气相中的高。
5、饱和曲线和过饱和曲线
饱和溶液：溶液恰好饱和，溶质既无溶解也无结晶，即溶质与溶液处于平衡状态，此溶液称为饱和溶液;
未饱和溶液：若添加固体则固体溶解;
过饱和溶液：超过饱和点的溶质迟早要从溶液中沉淀出来。
要使溶质从溶液中结晶出来，须首先使溶液成为过饱和状态，也即必须设法产生一定的过饱和度作为推动力。
6、溶液的过饱和度与结晶的关系：
AB为饱和曲线;CD为过饱和曲线。
AB和CD将图分为：稳定区、介稳区和不稳区。
稳定区：溶液尚未饱和，没有结晶的可能。
介稳区：也不会自发产生晶核，但如已有晶核，则晶核长大而吸收溶质直至浓度回落到饱和线上。
不稳区：能自发产生晶核。
如E点是溶液的原始末饱和状态，
E
H是冷却结晶线，F点是饱和点，不能结晶，到达G点时，自发产生晶核。
7、结晶包括三个过程：形成过饱和溶液;晶核形成;晶体生长。
8、接触成核(碰撞成核)：新生的晶核是晶浆(有晶体存在的结晶溶液)中已有的晶体颗粒，在结晶器中与其他固体接触碰撞时产生的晶体表层的碎粒。其中较大的就是新的晶核。
优点：
①动力学级数较低，即溶液过饱和度对成核影响较小。
②在低过饱和度下进行，能得到优质结晶产品。
③产生晶核所需要的能量非常低，被碰撞的晶体不会造成宏观上的磨损。
在工业生产中，接触成核有以下4种方式：
(1)晶体与搅拌螺旋桨间的碰撞;
(2)湍流下晶体与结晶器壁间的碰撞;
(3)湍流下晶体与晶体的碰撞;
(4)沉降速度不同，晶体与晶体的碰撞。
其中以第1种方式为主。
第二十章
典型发酵产品介绍
1、酿造酒包括黄酒、啤酒、葡萄酒，酒精含量比较低。蒸馏酒主要指白酒、白兰地等。蒸馏酒的酒精含量高。
2、红葡萄酒：用果皮带色的葡萄带皮发酵制成，酒色呈深红、鲜红、紫红或宝石红。
白葡萄酒用白葡萄或红皮白肉葡萄的果汁制成，酒色呈浅黄、禾秆黄、金黄色或近似无色。
3、白兰地商标上的英文缩写：X.O(Extra
Old)酒龄(即贮陈期)规定不低于10年。
4、啤酒生产中麦汁煮沸的目的：蒸发水分，浓缩麦汁;钝化全部酶和麦汁杀菌;蛋白质变性和絮凝;酒花有效组分的浸出;排除麦汁中特异的异杂臭气。
5、白酒的四大香型：
米香型：桂林三花酒;发酵完成后经过反复二至三次蒸馏，酒精度数较高，
民间过去叫“三蒸酒”、“三熬酒”。酿酒师们总结出了“观花论酒”的经验。当酒度在55°至
60°时，由于液体表面张力，酒面晃动便泛起数层酒花，经久不散。酿酒师们说“起花了，三花!”就接酒。
酱香型
(茅型酒)茅台酒;原料为高粱，曲为纯小麦制高温曲，八次蒸料，八次下曲，八次发酵，八次蒸馏(但仅取酒7次，因为第一次蒸馏出的不作正品，泼回酒窖重新发酵)。
浓香型
(庐型酒)：庐州老窖——产于四川泸州市。千年窖，万年糟，传统的老五甑生产工艺，混蒸，主体香为己酸乙酯。。纯小麦制大曲，以糯玉米为原料。根据酒的质量可分特曲、头曲、二曲和三曲。五粮液采用五种粮食(高梁、大米、糯米、小麦、玉米)为原料。
清香型
(汾型酒)：汾酒——产于山西汾阳县杏花村，二次发酵二次勾兑。前次发酵21天，蒸馏，加酒糟，再发酵21天，再蒸馏。清蒸二次清工艺，乙酸乙酯和乳酸乙酯两者的结合为主体香。
6、青霉素生产工艺
青霉素簇和头孢菌素簇是临床上最为重要的抗生素，属于β-内酰胺类抗生素。
青霉素(Benzylpenicillin
/
Penicillin)是指分子中含有青霉烷酸，能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。
青霉素的生物合成过程：
在青霉素发酵中，已知产黄青霉利用葡萄糖和氨，经由a—氨基己二酸、半胱氨酸和缬氨酸在三肽合成酶的催化下合成三肽，异青霉素N合成酶催化发生环化生成异青霉素N，再与苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯乙酰甘氨酸等在异青霉素N酰基转移酶催化进行转酰基反应，产生青霉素G。
(1)常用菌种为产黄青霉。
(2)青霉素G的合成途径
(2)
发酵工艺
(3)发酵控制
①加糖控制一般在残糖将至0.6%左右，pH上升时开始加糖。
②补氮及加前体加硫酸铵、氨水或尿素，使发酵液氮源控制在0.01～0.05%。补前体以使发酵液中残余苯乙酰胺浓度为0.05～0.08%。
③pH控制加酸或碱自动控制pH，一般为6.4～6.6。
④温度控制一般前期25～26℃，后期23℃，以减少后期发酵液中青霉素的降解破坏。
⑤通气和搅拌抗生素深层培养需要通气与搅拌。
⑥泡沫和消泡可用天然油脂如豆油、玉米油或用化学合成消泡剂“泡敌”(环氧丙稀环氧乙烯聚醚类)来消泡。应当控制其用量并少量多次加入。
⑦过滤宜采用鼓式真空过滤器。过滤前加去乳化剂降温。
⑧提炼采用溶媒萃取法，醋酸丁酯(BA)作溶媒。
⑨脱色采用活性炭进行脱色。过滤。
⑩共沸蒸馏或直接结晶
7.
酶制剂的生产方法：固态发酵法和深层液体培养法
7.1利用微生物产酶的优点
(1)微生物种类多、酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样。
(2)微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶。
(3)微生物培养基来源广泛、价格便宜。
(4)可控制酶发酵生产过程，生产可连续化、自动化。
(5)可以利用现代分子生物学技术，选育菌种、增加酶产率和开发新酶种
枯草杆菌BF-7658液体深层发酵生产α-淀粉酶的发酵控制：
工艺流程：
A种子制备：
孢子培养一般采用马铃薯培养基，于37℃下培养72
h，使菌体全部形成孢子即为成熟。
种子培养维持罐温37℃，罐压0.5～0.8
atm，10h后加大通风，当菌体处于对数生长期后期，立刻接种至大罐，种子培养一般14h左右。
发酵控制：
通常采用低浓度发酵和高浓度补料的方法，
优点：低浓度可以避免原料中淀粉降解生成的糖过量堆积而引起分解代谢阻遏，有利于pH值控制，延长产酶期。
温度37℃，罐压0.5
atm，通气量0～12
h控制0.5～0.6
VVM，12
h后控制在0.8～1.0
VVM，发酵后期控制在0.9
VVM。
补料体积和基础培养基体积一般为1:3左右。从10
h左右开始补加，一般前期、后期少，中期大，根据菌体的生长情况来调整。当pH低于6.5，细胞生长粗壮时可酌减;当pH高于6.5，细胞出现衰老并有空胞时可酌增。
停止补料后6-8h，温度不再上升，菌体衰老(80%菌体形成空胞)，酶活不再提高，发酵即可结束。发酵周期一般为40
h。
提取：工业上回收α-淀粉酶一般采用硫酸铵盐析法。
8.
二步发酵法生产维生素C工艺有酸转化工艺和碱转化工艺两种。
维生素C(2,3,4,5,6-五羟基-2-己烯酸-4-内酯
)的合成方法主要有莱氏化学合成法和微生物发酵合成法两种。
酸转化设备简单、流程短，但制得的维生素C破坏严重、质量差，设备腐蚀严重，三废多，因此逐渐淘汰。
碱转化虽然流程较长、投资大，但产品质量好，故目前绝大部分工厂均采用碱转化工艺。
1985年转让二步发酵法生产维生素C工艺给世界上生产维生素最大企业-瑞士霍夫曼•罗氏制药公司。——我国医药工业史上首次出口技术。
二步发酵法反应步骤：
D-山梨醇
L-山梨糖
2-酮基-
L-古龙酸
2-酮基-L-古
龙酸甲酯
维生素C钠
维生素C
生物氧化
黑醋菌
混合菌
生物氧化
甲酯化
H2SO4,
CH3OH
内酯化
NaHCO3,
CH3OH
酸化
H2SO4,
CH3OH
二步发酵法的整个生产工艺流程可分为发酵、提取、转化和精制四部分
二步发酵：
第一步发酵中所用菌种为生黑葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter
melagenus)，简称黑醋菌。最常用的生产菌株为R-30;
第二步发酵采用的菌种为由大、小两株细菌组成的混合菌种。小菌为氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacter
oxydans)，工业生产过程中使用最多的大菌为2980及152混合菌。
9.谷氨酸发酵
菌种主要是棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属的细菌。这些菌都是需氧微生物，都需要以生物素为生长因子。
谷氨酸发酵过程
1
发酵初期，即菌体生长的迟滞期
糖基本没有利用，尿素分解放出氨使pH值略有上升，一般为2～4h。
2
对数生长期
代谢旺盛，糖耗快，尿素大量分解，pH值很快上升，但随着氨被利用pH值又下降;溶氧浓度急剧下降，然后又维持在一定水平上;菌体浓度(OD值)迅速增大，菌体形态为排列整齐的八字形。及时供给菌体生长必需的氮源及调节培养液的pH值至7.5～8.0，必须流加尿素;又由于代谢旺盛，泡沫增加并放出大量发酵热，故必须进行冷却，使温度维持30～32℃。菌体繁殖的结果，菌体内的生物素含量由丰富转为贫乏。这个阶段主要是菌体生长，几乎不产酸，一般为12h左右。
3
谷氨酸合成阶段
当菌体生长基本停滞就转入谷氨酸合成阶段，此时菌体浓度基本不变，糖与尿素分解后产生的α-酮戊二酸和氨主要用来合成谷氨酸。这一阶段，为了提供谷氨酸合成所必需的氨及维持谷氨酸合成最适的pH7.2～7.4，必须及时流加尿素，又为了促进谷氨酸的合成需加大通气量，并将发酵温度提高到谷氨酸合成最适的温度34～37℃。
4
发酵后期，
菌体衰老、糖耗缓慢、残糖低，此时流加尿素必须相应减少。当营养物质耗尽酸浓度不再增加时，需及时放罐。
发酵周期一般为30多小时。
谷氨酸提取的新工艺
10
柠檬酸的发酵生产工艺
以糖质原料发酵生产柠檬酸的常用菌种是黑曲霉
黑曲霉柠檬酸的积累机制总结
1)
Mn2+缺乏抑制了蛋白质合成，导致细胞内NH4+浓度升高，解除了对磷酸果糖激酶(PFK)的抑制，促进了EMP途径的畅通;
2)
丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制，可以不断地提供草酰乙酸。同时组成型柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸能力。
3)
控制Fe2+含量，顺乌头酸酶活力低，柠檬酸进一步代谢减少，使柠檬酸积累;
4)
柠檬酸积累使pH值降低，在低pH值下，顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，就更有利于柠檬酸的积累并排出体外。
发酵操作方法分为不置换法和置换法两种。
柠檬酸提取方法
考试题型：
填空题10题共10分;选择题10题共10分;判断题10题共10分，英汉词语对照10分;简答4题20分;分析讨论题2题10分;应用题(计算题和工艺流程及发酵控制)2题或3题共30分;
6.用有机溶液提取某中药的有效成分，欲寻找浸出率 用有机溶液提取某中药的有效成分 的影响因素和适宜水平，选取因素及水平如下： 因素A(溶液浓度) =80%; 因素A(溶液浓度)：A1=70%, A2=80%; A(溶液浓度 因素B(催化剂的量) =0.1%, =0.2%; 因素B(催化剂的量)：B1=0.1%, B2=0.2%;因素C(溶剂的PH) C1=6.8, C2=7.2;因素D 温度) =80℃ =90℃ 因素D(温度)：D1=80℃, D2=90℃, ，将 四因素分别安排在1 选用正交表L8(27) 将A,B,C,D四因素分别安排在1， ， A,B,C,D四因素分别安排在 列上， 次试验结果(浸出率，单位： 2，3，4列上，8次试验结果(浸出率，单位：%)分 别为 82 85 70
7.某制药厂在试制新药过程中，为了提高原料药的得 某制药厂在试制新药过程中 率，考察三个因素，每个因素取三个水平如下：因素A(温度)：A1=80℃, A2=85℃, A3=90℃, A(温度 因素B(加碱量) =55kg; 因素B(加碱量)：B1=35kg, B2=48kg, B3=55kg;因素C(催化剂种类)：C1=甲, B2=乙, B3=丙， 试作正交试验的直观分析，找出因素的主次顺序和
，将 选用正交表L9(34) 将A,B,C三因素分别安排在1，2， ， A,B,C三因素分别安排在1 3列上，9次试验结果(得率，单位：%)分别为 列上， 次试验结果( 单位： 51 71 58 82 最佳适宜水平。 最佳适宜水平。
8.某厂生产一种化工产品，需要考察两个指标：核酸 某厂生产一种化工产品 纯度和回收率，这两个指标都是越大越好。试验需考 虑四个因素，每个因素都有三个水平，如下：因素A(时间)：A1=25h, A2=5h, A3=1h; A(时间 7.5, =6.0; 因素B(加料中核酸含量)：B1=7.5, B2=9.0 B3=6.0; B(加料中核酸含量) 加料中核酸含量 因素C 溶剂的PH) =9.0; 因素C(溶剂的PH) C1=5.0, C2=6.0, C3=9.0; PH ：C 5.0, ： 因素D(加水量) =1： 因素D(加水量)：D1=1：6, D2=1：4, D3=1：2， D(加水量
4 ，将 ， A,B,C， 可采用正交表L9(3 ) 将A,B,C，D四个因素分别安排4
69
59 77 85 84
试作正交试验的直观分析， 试作正交试验的直观分析，找出因素的主次顺序和
列上， 次试验结果(纯度和回收率， 在1，2，3，4列上，9次试验结果(纯度和回收率， 单位： 分别为： 17.5，12.0，6.0，8.0，4.5， 单位：%)分别为：纯度 17.5，12.0，6.0，8.0，4.5， 4.0，8.5，7.0， 4.0， 8.5， 7.0， 4.5 30.0，41.2，60.0， 回收率 30.0 ，41.2 ，60.0 ， 24.2，51.0，58.4，31.0，20.5 24.2，51.0，58.4，31.0，20.5，73.5 根据以往经验知道， 根据以往经验知道，纯度的指标比回收率的指标更重 要，从量化的角度分析，纯度提高1%相当于收率提高 从量化的角度分析，纯度提高1%相当于收率提高 1% 4%， 4%，这样就可以按照公式 综合评分=4×纯度指标+1× 综合评分=4×纯度指标+1×回收率指标 =4 +1 试作正交试验的直观分析， 试作正交试验的直观分析，找出因素的主次顺序和最
佳适宜水平。 佳适宜水平。 9.某制药厂为改进长效磺胺精制成品的质量， 9.某制药厂为改进长效磺胺精制成品的质量，根据生 某制药厂为改进长效磺胺精制成品的质量 产实际情况，考虑七个因素， 产实际情况，考虑七个因素，每个因素取两个水平见 L8 ( 27 ) 表
水平 溶媒 A 加保险粉 方法B 方法B 滤前加 滤后加 中和速度 C 快 慢 脱色前 处理D 处理D 过滤 不过滤 脱色PH 滤液升温 脱色PH 处理E 处理E F 加沸30分钟 加沸30分钟 30 不加沸 不调 调PH9.3 加碳温度 G 40℃ 40℃ 80℃ 80℃
1 2
自来水 洗碳水
试验指标也有两个： (1 溶液色，测定值越低越好; 试验指标也有两个： 1)溶液色，测定值越低越好; ( 外观，分为5个等级，最好的记为5 (2)外观，分为5个等级，最好的记为5，最差的记 1.根据因素及水平的个数 根据因素及水平的个数， 为1.根据因素及水平的个数，选用L8 (27)正交表安 排试验，试验结果及计算数据见下表： 排试验，试验结果及计算数据见下表：
试验号 1 A 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 2 2 2 2 2 B 1 1 2 2 1 1 2 2 3 C 1 1 2 2 2 2 1 1 4 D 1 2 1 2 1 2 1 2 5 E 1 2 1 2 2 1 2 1 6 F 1 2 2 1 1 2 2 1 7 G 1 2 2 1 2 1 1 2 结果 溶液色 2.15 2.30 1.50
1.50 2.00 2.00 1.70 1.70 外观 1 2 3 4 4 3 5 5
摘要：
生物制药技术为制药行业提供了一个全新的发展方向，社会经济的发展推动了现代科学技术水平的进步，当代制药工艺也因此有了全新的发展优势，其展示出不可比拟的应用优势。生物制药技术的实现，开创了制药工艺的新格局，作为一门新兴产业，生物制药技术逐渐被医药、保健和日化等等诸多领域所认同并应用，成为了高科技时代背景下新技术和新工艺的重要驱动力。由此，生物制药产业也成为了当前社会发展最为迅猛的一大产业。本文将以此为出发点，浅谈生物制药技术在制药工艺中的应用，以期为相关研究的进一步深入提供些许参考。
关键词： 生物制药;应用
生物制药技术的兴起始于上个世纪后期，在时至今日的几十年间，在科学技术的促进作用下，生物制药技术发展迅猛，成就突出，特别是在制药工艺中的应用，生物制药技术得以碰的发展，当前生产出的免疫性药物、神经性药物、肿瘤性药物等都取得了良好的临床试验效果，在各个领域当中涌现出了无数的研究成果。回顾生物制药技术的发展历程能够看出，其见证着社会科技的进步，在当前已经实现了将生物制药产品普及到人们的日常生活中，成为了保证人们身体健康的全新科技武器，制药工艺更是因此获得了新的发展契机。 1 生物制药技术发展现状及常见种类
相对来说，我国生物制药技术的发展起步较晚，但发展速度却异常迅猛。在多年的发展历程当中，大量生物制药产品越来越多地进入到了市场，成为越来越多消费者的青睐[1] 。然而时至今日，科学技术的发展呈现日新月异之势，生物制药技术亦当与时俱进通过技术创新加大新产品的研发力度。应国家政策的支持与诸多相关领域技术的辅助，我国生物制药产品市场被全面拓宽。尤其是在全球一体化发展的新时期，国际生物制药领域当中参与竞争的主体也越来越多，可供我国生物制药技术发展借鉴的成果充足。然而多年来相关专业领域人才的缺乏和相关费用支撑力度的不足却成为我国生物制药技术进一步发展的障碍，将科研成果转化为科技产品也就困难重重。由此成为了我国生物制药技术当前应当重点突破的一大难题。常见的生物制药技术大体有三种。 1.1 细胞工程
20 世纪 70 年代后期，杂交瘤技术兴起，用传代的瘤细胞与可以产生抗体的脾细胞杂交，可以得到一种既可传代又可分泌抗体的杂交瘤细胞，这一技术属于细胞工程细胞工程是生物工程的一个重要方面。细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养，细胞工程技术主要包括染色体操作、基因转移、细胞拆合、培养和融合等内容，为制药工艺提供了更多的可能性，传统制药行业为了满足市场对于药品的需求，多是通过人工到全国各地区采摘各种中草药，而通过运用细胞工程技术，可以在实验室中培养中草药植物细胞，从而培养各种各样的中草药，为制药工艺提供充足的中药材，缩短了制药工艺周期，并且有效降低制药企业的人力成本，满足了制药工艺对于生产材料的需求，有助于实现制药工艺的标准化、产业化、规模化发展。 1.2 固定化酶技术
固定化酶(immobilized enzyme)，酶本身还是溶于水的，只是是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。酶固定化后一般稳定性增加，便于运输和贮存，且易于控制，能反复多次使用易从反应系统中分离,有利于自动化生产。固定化酶技术在制药工艺中应用非常广泛，这种技术通过连续回收相关反应酶，可有效降低制药成本，提升制药质量和效率，主要用于生产激素、氨基酸、抗生素等药品。同时，固定化酶技术可以定位和限制细胞特定位置，从而固定某些特殊细胞。 1.3 基因工程技术
基因工程技术是将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞,构建成工程菌(或细胞)，重新组合遗传物质。细胞中各种激素和活性因子是维持人类正常生存和新陈代谢必不可少的部分，然而人体细胞中只有有限含量的这些物质，基因工程技术使很很难或不能获得的各种激素和活性因子以大规模合成。在应用基因工程技术时，主要集中在细胞级层面，在认为控制作用下实现基因的重新组合或者复制，从而达到制药目标。同时，细胞中各种激素和活性因子是维持人类正常生存和新陈代谢必不可少的部分，然而在正常情况下，人体细胞中只有有限含量的这些物质，根本无法满足实际的医疗需求，通过运用基因工程技术，如对于人们的糖尿病，利用基因工程技术代替传统药物治疗，增加人体胰岛素含量，获得良好的治疗效果。 2 生物制药技术在制药工艺中的应用
生物制药工艺是由传统的生物制药技术发展而来，相比之下具有着更深层次的内涵。而关于制药的思路，长期以来都是凭借着人们的经验以及对药物相关知识的了解而定，药物提取的方法也大多采用化学方法。对于传统制药方法的优势，本文认为无可否认，而现代生物制药工艺的生成，将药物作用机理的基础理论提上了一个新的台阶，药物的研发重点更多地关注在了药物的作用方面，对药物药理、药性和药效等等的相关研究都加大了对科学工具的应用，在科学合理工艺加工的中下生成了生物制药产品，并随着科学技术水平的不断提升逐渐走向了成熟[2]。因此，现代生物制药技术有效弥补了传统制药技术的不足，将生物制药工艺推向了更为完善的层次。另外，新时期新制药工艺的发展，也赋予了技术和工艺以更大的经济性，因此相对来说，生物制药产品的市场营销工作也就更加困难。而不容忽视的一个方面在于，所有新技术和新工艺的实施，都伴随着相应的风险，我国生物制药技术应用于制药工艺当中的诸多失败案例也曾为不少人造成过不同程度的痛苦。
生物制药技术的发展始终依赖于科学技术的推动，为了更深入地挖掘出生物制药技术的空白领域，相关技术领域的研究也始终未曾有所懈怠。生物制药技术应用于制药工艺当中的目的是为了服务于人们的身体健康，因此生物制药技术研究的重点则是如何通过生物技术满足人们身体不同机能对营养的需求方面。结合我国当前的实际情况来看，生物制药技术在制药工艺中的应用主要集中于几方面，包括冠心病类药物、精神病类药物、基因工程、免疫类药物、肿瘤类药物等，就生物制药的新产品来看，更多地覆盖于冠心病药物、免疫性药物和肿瘤药物等[3]。不难看出，当前的生物制药技术应用范围已越来越广，并且在科学技术的推动下，术水平也在不断提升，逐渐替代了传统制药工艺成为了新时期制药工艺的技术支撑，促进着当代制药工艺的持续发展。 2.1 冠心病类药物
冠心病，指由于脂质代谢不正常，血液中的脂质沉着在原本光滑的动脉内膜上，在动脉内膜一些类似粥样的脂类物质堆积而成白色斑块，称为动脉粥样硬化病变。在临床治疗中可以运用抗体技术，能够明显缓解心绞痛。我国冠心病发病率逐年上升，而在临床治疗中可以运用抗体技术，能够明显缓解心绞痛。近年来，基因工程技术快速发展，基因测序和治疗工艺越来越成熟，也为冠心病治疗提供了重要的技术支持，而通过应用各种转基因技术，有效提高药物研制水平，推动了冠心病类药药物生产的商业化发展。 2.2 精神病类药物
精神病(psychosis)指严重的心理障碍，患者的认识、情感、动作行为等心理活动均可出现持久的明显的异常;不能正常的学习、工作、生活、;动作行为难以被一般人理解;在病态心理的支配下，有自杀或攻击、伤害他人的动作行为。近年来，现代化城市进程快速推进，城市人们的生活节奏越来越快，面临的工作、社会和家庭压力越来大，这使得很多人们处于亚健康状态，并且受到应激因素的影响，精神病问题越来越突出。精神病和普通病症不同，当前我国神经病治愈率远远低于发达国家，而在神经类药物过程中，通过运用固定化酶技术和基因工程技术，对人体代谢酶进行氧化，结合酶活性情况，分析不同人体状况下药物代谢差异，为临床治疗精神疾病分析不同药物之间的影响提供重要参考。
2.3 免疫类药物
自身免疫性疾病(autoimmune diseases)是指机体对自身抗原发生免疫反应而导致自身组织损害所引起的疾病，如多发性硬化症、溃疡性结肠炎、甲状腺自身免疫病、风湿性关节炎、红斑狼疮、自身免疫性溶血性贫血、混合结缔组织病、哮喘等。对于免疫类疾病，我国在研制相关药品时，如糖尿病药物时，在患者体内导入胰岛素基因，增加患者体内的胰岛素分泌量，实现良好的糖尿病治疗效果。国外的 Chiron 公司的 β- 干扰素用于治疗多发性硬化病。 2.4 肿瘤类药物
近年来，在全世界肿瘤死亡率居首位，各种肿瘤疾病的发病率和死亡率不断上升，肿瘤疾病对于人体伤害极大，我国医学界一直以来对于肿瘤疾病的研究较多，在研制肿瘤类药物方面投入了大量的人力、物力和财力，而肿瘤疾病发病机理比较复杂，受到多方面因素的影响。当前，我国肿瘤类疾病主要采用化疗、放疗、手术等手段，对于人体的伤害较大，而随着现代化医疗技术水平日益提高，通过运用生物制药技术，会使得肿瘤疾病的诊断和治疗手段也越来越多样化。例如，向人体注入基因药物抗体，可以有效抑制肿瘤扩散和发展，而金属蛋白酶可以有效抑制肿瘤血管的扩张，控制肿瘤转移，因此在未来发展过程中，生物制药技术的应用会越来越广泛。 3 生物制药技术前景展望
生物制药技术的发展一直以满足人们对健康的需要为目的，因此同人们的日常生活有着紧密的联系，同时社会经济的发展也提高着当代人们的物质生活水平，使得人们对健康的要求越来越高，迫使生物制药技术的发展永无止境。然而就我国生物制药技术的发展历程来看，长期以来都是以借鉴外国先进技术经验为主要方式，尽管该专业领域人才队伍的规模越来越庞大，但精英人士却只有极少数，行业领域当中的高精尖企业数量也凤毛麟角，对于整个生物制药产业发展的影响重大。因此，我国生物制药技术应当在继续借鉴发达国家先进经验的基础上进一步探寻自身的发展途径，只有正视当前存在的问题，才能为我国生物制药技术水平的进一步提升提供更多可能。
时至今日，生物制药技术在我国的发展水平已经越来越高，除了最基本的药物研发之外，更将相关研究方向拓展到了人体遗传物质领域，越来越多疾病的致病机理被明晰，所有问题的出现也都在证实着理论成果的深入。生物技术的发展拥有了更加清晰的方向。鉴于生物
制药技术具有着较高的风险，因此相关研究也越发重视药品研发成功率的提升，并整合其他学科的相关优势，致力于实现生物制药技术的价值，使其对人类的发展起到积极的影响作用。 4 总结
综上所述，在科学技术日新月异发展的作用下，生物制药技术水平也有了显著的提升。作为关乎着人们生活质量的重要产品，从宏观角度看其更关系着社会经济的建设乃至于国家的稳定与长治久安。从微观角度看生物制药技术对制药企业的发展具有重要意义，对提高人民生活水平具有积极的推动作用，生物制药技术是科学技术快速发展下的产物，能够有效提高制药工艺中的科学价值和技术含量。随着社会经济的快速发展，生物制药技术具有广阔的市场发展前景，为生物制药企业的
发展指明了前景方向，有利于推动我国经济发展，实现全面建设小康社会的宏伟目标。
参考文献：
[1] 魏乐峰 生物制药技术在西药制药中的应用分析 [J]. 黑龙江科技信息 ,2014(32):50. [2] 王艳丽 深层过滤技术在生物制药工艺中的应用分析 [J]. 生物技术世界 ,2013(05):94. [3] 刘琰 .论生物制药技术在制药工艺中的应用 [J]. 生物技术世界，2014，(09)：105. [4] 杨弢 我国生物制药技术在西药制药中的应用 [J].中国石油和化工标准与质量，2011(8 )：56 致谢：
这次的毕业论文设计总结是在我的指导老师切关怀和悉心指导下完成的。从毕业设计选题到设计完成，老师给予了我耐心指导与细心关怀，有了莫老师耐心指导与细心关怀我才不会在设计的过程中迷失方向，失去前进动力。老师有严肃的科学态度，严谨的治学精神和精益求精的工作作风，这些都是我所需要学习的，感谢老师给予了我这样一个学习机会，谢谢! 感谢与我并肩作战的舍友与同学们，感谢关心我支持我的朋友们，感谢学校领导、老师们，感谢你们给予我的帮助与关怀;感谢肇庆学院，特别感谢计算机科学与软件学院四年来为我提供的良好学习环境，谢谢!
推荐阅读：
现代生物技术论文提纲11-15
现代生物科技专题教案01-20
现代生物技术制药研究论文提纲11-15
现代生物进化理论（精选6篇）06-05
生物学现代教育论文提纲11-15
生物课程教学现代教育论文提纲11-15
现代生物进化理论板书（精选6篇）05-28
现代农业生物技术发展论文提纲11-15
环境监测现代生物技术论文提纲11-15
现代生物技术及其应用（精选9篇）06-01
