第十七章 微生物与制药工业

1、第十七章第十七章 微生物与制药工业微生物与制药工业第一节第一节 微生物在制药工业中的应用微生物在制药工业中的应用 一、微生物的发酵一、微生物的发酵 1. 1. 发酵的概念：发酵的概念：（1 1）起源：）起源：源自拉丁文源自拉丁文“fervere”fervere”，原意是，原意是“沸腾沸腾”，用于描，用于描述酵母作用于果汁或发芽谷物浸出物（如麦汁）时所呈现的述酵母作用于果汁或发芽谷物浸出物（如麦汁）时所呈现的外观。外观。（2 2）生化：）生化：厌氧的产能分解代谢，糖类经厌氧代谢而产生厌氧的产能分解代谢，糖类经厌氧代谢而产生COCO2 2。（3 3）发酵工业：）发酵工业：泛指通过微生物的大量培养而

2、形成产物的过程，泛指通过微生物的大量培养而形成产物的过程，可以是无氧或有氧代谢，产品可以是菌体本身，或是代谢产可以是无氧或有氧代谢，产品可以是菌体本身，或是代谢产物。物。（4 4）现代生物工程：）现代生物工程：泛指培养生物细胞（含动物、植物和微生泛指培养生物细胞（含动物、植物和微生物细胞）来制得产物的所有过程。物细胞）来制得产物的所有过程。2. 2. 发酵的类型发酵的类型 根据发酵过程中是否需要氧气，发酵可以分为两类：根据发酵过程中是否需要氧气，发酵可以分为两类：（1 1）厌氧发酵：）厌氧发酵：如酒精发酵、啤酒发酵。如酒精发酵、啤酒发酵。（2 2）需氧发酵：）需氧发酵：大多数药品的生产都是采用

3、这种方式的，比大多数药品的生产都是采用这种方式的，比如工业上生产抗生素、维生素、酶及酶制剂等都采用需如工业上生产抗生素、维生素、酶及酶制剂等都采用需氧发酵来生产的。氧发酵来生产的。 根据培养基的物理性状来分，发酵又可以分为两类根据培养基的物理性状来分，发酵又可以分为两类（1 1）固体发酵：）固体发酵：培养基是固体培养基。培养基是固体培养基。（2 2）液体发酵）液体发酵: :利用液体培养基进行发酵的方法，目前我利用液体培养基进行发酵的方法，目前我们生产抗生素，氨基酸都是采用液体深层发酵制备的。们生产抗生素，氨基酸都是采用液体深层发酵制备的。3.3.微生物发酵的一般工艺微生物发酵的一般工艺 菌种菌

4、种孢子制备孢子制备种子制备种子制备发酵液预处理发酵液预处理发酵发酵提取精制提取精制成品检验成品检验成品包装成品包装sdafasdafa青霉素的发酵工艺过程青霉素的发酵工艺过程 4.4.影响微生物正常发酵的因素影响微生物正常发酵的因素 （1 1）培养基成分）培养基成分（2 2）pHpH值值（3 3）温度）温度（4 4）通气搅拌）通气搅拌（5 5）消沫）消沫（6 6）杂菌和噬菌体的污染）杂菌和噬菌体的污染二、常见的发酵医药产品二、常见的发酵医药产品抗生素：抗生素：青霉素、头孢霉素、红霉素，链霉素、青霉素、头孢霉素、红霉素，链霉素、利福霉素、四环素和制霉素等。利福霉素、四环素和制霉素等。2. 2.

5、维生素：维生素：如核黄素（如核黄素（V VB2B2），V VC C和和V VA A。3. 3. 氨基酸：氨基酸：构成蛋白质的大部分氨基酸均可以采用构成蛋白质的大部分氨基酸均可以采用微生物发酵法生产。微生物发酵法生产。 4. 4. 菌体制剂：菌体制剂：灵芝，冬虫夏草，乌灵菌等。灵芝，冬虫夏草，乌灵菌等。5. 5. 酶制剂及酶抑制剂：酶制剂及酶抑制剂：如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、溶菌酶、天冬酰胺酶、链激酶、抑肽素、泛涎菌溶菌酶、天冬酰胺酶、链激酶、抑肽素、泛涎菌素等。素等。二、常见的发酵医药产品二、常见的发酵医药产品1. 1. 抗生素抗生素（1 1）抗生素的定义）抗生素的定

6、义 抗生素，也称之为抗菌素，其原始含义是指由抗生素，也称之为抗菌素，其原始含义是指由某些微生物在代谢过程中产生的，能抑制或杀灭其某些微生物在代谢过程中产生的，能抑制或杀灭其他微生物的物质。他微生物的物质。 目前对抗生素比较确切的概念是指目前对抗生素比较确切的概念是指（2 2） 抗生素的发现抗生素的发现（2 2）医用）医用抗生素抗生素的特点的特点A. A. 差异毒力较大差异毒力较大B. B. 抗菌活性强抗菌活性强C. C. 有不同的抗菌谱有不同的抗菌谱D. D. 不良反应少和副作用小不良反应少和副作用小国家已经停止使用的部分抗生素：国家已经停止使用的部分抗生素：复方链霉素，盐酸四环素，盐酸春雷霉

7、素，头孢噻啶，复方链霉素，盐酸四环素，盐酸春雷霉素，头孢噻啶，硫酸卡那霉素硫酸卡那霉素B B，庆大霉素，硫酸链霉素，头孢噻啶。，庆大霉素，硫酸链霉素，头孢噻啶。2. 2. 抗生素的分类抗生素的分类(1)(1)根据产生抗生素的生物来源分类根据产生抗生素的生物来源分类 微生物是产生抗生素的主要来源，其中以放线微生物是产生抗生素的主要来源，其中以放线菌产生的为最多，真菌次之，细菌较少，而高等动菌产生的为最多，真菌次之，细菌较少，而高等动植物则很少。植物则很少。 细菌产生的抗生素：细菌产生的抗生素： 为数不多，用于医疗的有多粘菌素（多粘杆菌为数不多，用于医疗的有多粘菌素（多粘杆菌产生）、杆菌肽（枯草杆

8、菌）、短杆菌肽（短杆菌）产生）、杆菌肽（枯草杆菌）、短杆菌肽（短杆菌）等。等。 真菌产生的抗生素：真菌产生的抗生素： 较细菌产生的多，如青霉素，灰黄霉素（黄青较细菌产生的多，如青霉素，灰黄霉素（黄青霉）、头孢菌素（顶头孢霉菌）。霉）、头孢菌素（顶头孢霉菌）。 放线菌产生的抗生素：放线菌产生的抗生素： 大多数天然抗生素是放线菌产生的，如大多数天然抗生素是放线菌产生的，如灰色链霉菌产生的链霉素，金色链霉菌产生灰色链霉菌产生的链霉素，金色链霉菌产生的金霉素、龟裂链霉素产生的土霉素，红色的金霉素、龟裂链霉素产生的土霉素，红色链霉菌产生的红霉素等，还有卡那霉素、庆链霉菌产生的红霉素等，还有卡那霉素、庆大

9、霉素、核糖霉素、巴龙霉素、新霉素、春大霉素、核糖霉素、巴龙霉素、新霉素、春雷霉素、林可霉素、两性霉素及利福霉素等雷霉素、林可霉素、两性霉素及利福霉素等等都是由放线菌产生的。等都是由放线菌产生的。 动植物产生的抗生素：动植物产生的抗生素： 如大蒜素、红血球素、鱼素等。如大蒜素、红血球素、鱼素等。 NO 就是即抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的就是即抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的抗生素，属于这类抗生素的主要有四环类抗生素、抗生素，属于这类抗生素的主要有四环类抗生素、大环内酯类抗生素、头孢菌素类抗生素，大多数大环内酯类抗生素、头孢菌素类抗生素，大多数氨基糖苷类抗生素、氯霉素、磷霉素以及创新霉氨基糖苷

10、类抗生素、氯霉素、磷霉素以及创新霉素。素。 属于这类抗生素的主要有多烯大环类抗生素，属于这类抗生素的主要有多烯大环类抗生素，如制霉素、两性霉素如制霉素、两性霉素B、曲古霉素、球红霉素以、曲古霉素、球红霉素以及灰黄霉素等。及灰黄霉素等。 主要有自力霉素、更生霉素、更新霉素、平阳主要有自力霉素、更生霉素、更新霉素、平阳霉素（博来霉素）、柔红霉素、阿霉素等。霉素（博来霉素）、柔红霉素、阿霉素等。 主要有鱼素、抗病毒霉素、杀狂犬病毒素以及主要有鱼素、抗病毒霉素、杀狂犬病毒素以及巴龙霉素等。巴龙霉素等。4、根据抗生素的作用机制来分类、根据抗生素的作用机制来分类 （1）抑制细胞壁合成的抗生素：）抑制细胞壁

11、合成的抗生素： 有青霉素类、头孢菌素类以及万古霉素、杆菌肽、有青霉素类、头孢菌素类以及万古霉素、杆菌肽、环丝氨酸等。环丝氨酸等。（2）影响细胞膜功能的抗生素：）影响细胞膜功能的抗生素： 有多粘菌素类、制霉素、两性霉素有多粘菌素类、制霉素、两性霉素B等。等。（3）干扰细胞蛋白质合成的抗生素：）干扰细胞蛋白质合成的抗生素： 有四环类、氨基糖苷类、大环内酯类及氯霉素等。有四环类、氨基糖苷类、大环内酯类及氯霉素等。 （4）抑制细胞核酸合成的抗生素：）抑制细胞核酸合成的抗生素： 有利福霉素类、色霉素；自力霉素、平阳霉素、有利福霉素类、色霉素；自力霉素、平阳霉素、光辉霉素、正定霉素等。光辉霉素、正定霉素等

12、。（5）抑制细胞生物能作用的抗生素：）抑制细胞生物能作用的抗生素： 有竹桃霉素、抗霉素、短杆菌肽、寡霉素等。有竹桃霉素、抗霉素、短杆菌肽、寡霉素等。3.3.抗生素的作用机制抗生素的作用机制4. 4. 青霉素和头孢菌素耐药菌青霉素和头孢菌素耐药菌内酰胺酶内酰胺酶 利福霉素耐药性细菌利福霉素耐药性细菌RNA聚合酶结构发生改变聚合酶结构发生改变四环素耐药菌四环素耐药菌转运四环素的系统被抑制转运四环素的系统被抑制是谁在滥用抗生素？是谁在滥用抗生素？滥用抗菌药物的四大危害：滥用抗菌药物的四大危害：1 1、诱发细菌耐药。、诱发细菌耐药。2 2、损害人体器官。、损害人体器官。3 3、导致二重感染。、导致二重

13、感染。4 4、造成社会危害。、造成社会危害。 第二节第二节 制药工程中的微生物污染制药工程中的微生物污染一、药物中微生物污染的来源一、药物中微生物污染的来源1. 1. 空气空气 空气中的微生物主要来自空气中的微生物主要来自灰尘灰尘，或者人的，或者人的皮肤、皮肤、衣服衣服，或者由我们，或者由我们谈话、咳嗽、打喷嚏谈话、咳嗽、打喷嚏时飞沫中带时飞沫中带的微生物，所以说人越多的地方，相对微生物数量的微生物，所以说人越多的地方，相对微生物数量就多一些，不干净的房间比清洁的房间的微生物数就多一些，不干净的房间比清洁的房间的微生物数量要多一些，因为不净的房间灰尘要多。量要多一些，因为不净的房间灰尘要多。方

14、法总括起来有三种方法：方法总括起来有三种方法：（1 1）过滤：）过滤： 比如用纤维素、棉花、玻璃棉或人造纤维过滤，一般都比如用纤维素、棉花、玻璃棉或人造纤维过滤，一般都能除去大于能除去大于0.1m0.1m的微粒。的微粒。（2 2）化学消毒剂：）化学消毒剂： 如用福尔马林蒸汽在空气中浓度如用福尔马林蒸汽在空气中浓度1-2mg/L1-2mg/L，相对湿度，相对湿度80-9080-90% %有效。有效。（3 3）紫外线照射：）紫外线照射： 紫外线波长紫外线波长280nm280nm用于减少空气中污染的微生物数量。用于减少空气中污染的微生物数量。 减少空气中的微生物数量减少空气中的微生物数量洁净度洁净度

15、级别级别 尘粒最大允许数尘粒最大允许数/立立方米（静态）方米（静态）微生物最大允许数微生物最大允许数（静态）（静态）换气次数换气次数 0.5m 5m 浮游菌浮游菌/立立方米方米 沉降菌沉降菌/90皿皿0.5h 100级级 3500 0 5 0.5 附注附注2 10000级级 350000 2000 50 1.5 20次次/时时 100000级级 3500000 20000 150 3 15次次/时时 300000级级 10500000 60000 200 5 10次次/时时 空气洁净度级别空气洁净度级别2. 2. 水水 天然水中本身就有大量的微生物，比如假单胞菌、天然水中本身就有大量的微生物，

16、比如假单胞菌、产碱杆菌、产色细菌等，它们都是对营养要求不是很产碱杆菌、产色细菌等，它们都是对营养要求不是很高的细菌，所以能在水中很好地生长，另外如果这水高的细菌，所以能在水中很好地生长，另外如果这水被粪便污染的话，就会含有被粪便污染的话，就会含有大肠杆菌、变形杆菌大肠杆菌、变形杆菌等肠等肠道菌，所以这里的大肠杆菌通常可以作为水源是否被道菌，所以这里的大肠杆菌通常可以作为水源是否被粪便污染的检验指标。粪便污染的检验指标。垃圾和工业废液污染的水源中垃圾和工业废液污染的水源中有有98%98%含有含有G G- -菌菌。 水的消毒方法和空气中的一样可以采取水的消毒方法和空气中的一样可以采取过滤、过滤、化

17、学消毒剂和紫外线照射化学消毒剂和紫外线照射三种方法。其中以化学消三种方法。其中以化学消毒剂方法最佳。常用的有次氯酸钠或氯气，其次是毒剂方法最佳。常用的有次氯酸钠或氯气，其次是膜过滤法（孔径为膜过滤法（孔径为0.22m0.22m） 水有水有天然水、自来水、软化水、去离子水、蒸天然水、自来水、软化水、去离子水、蒸馏水馏水等，在制药过程中，我们会根据不同需要来选等，在制药过程中，我们会根据不同需要来选用，比如制备注射剂或口服制剂中的配方用水必须用，比如制备注射剂或口服制剂中的配方用水必须同采用蒸馏水或去离子水。同采用蒸馏水或去离子水。 3. 3. 人体人体 人的体表、皮肤和粘膜上长期寄居一些微生物，

18、人的体表、皮肤和粘膜上长期寄居一些微生物，这种正常的微生物群有一定的种类和数量，和宿主用这种正常的微生物群有一定的种类和数量，和宿主用体外环境三者保持动态平衡，有益于宿主健康，所以体外环境三者保持动态平衡，有益于宿主健康，所以这类微生物我们称为这类微生物我们称为“正常菌群正常菌群”，它们保持了人体，它们保持了人体这个微生态的平衡。这个微生态的平衡。 对于我们制药工业来说，对于我们制药工业来说，在口服药和局部药制备过程中，在口服药和局部药制备过程中，要求操作人员要求操作人员清洗和消毒双手清洗和消毒双手，穿上专用工作衣帽进行操作，即穿上专用工作衣帽进行操作，即可减少微生物污染。但在制备无可减少微生

19、物污染。但在制备无菌要求高的注射剂和眼用、耳用菌要求高的注射剂和眼用、耳用溶液时要求操作人员操作前人，溶液时要求操作人员操作前人，穿上全套的穿上全套的工作衣帽包括操作衣、工作衣帽包括操作衣、裤、靴子、帽、面罩和手套裤、靴子、帽、面罩和手套。此。此外不要注意不允许带菌者操作。外不要注意不允许带菌者操作。4. 4. 原材料原材料u 动物来源的原料如明胶、胰脏等都可能被动物性动物来源的原料如明胶、胰脏等都可能被动物性病原菌所污染；病原菌所污染；u 植物来源的原料如琼脂、大黄、淀粉等可能被多植物来源的原料如琼脂、大黄、淀粉等可能被多种细菌、霉菌、酵母菌所污染；种细菌、霉菌、酵母菌所污染；u 合成药的原

20、料，情况又好一点，通常不受微生物合成药的原料，情况又好一点，通常不受微生物的侵蚀；的侵蚀；u 传统中药中常会带有土壤中的微生物。传统中药中常会带有土壤中的微生物。5.5.包装物包装物 包装物的作用，一方面是包裹药物，另一方面包装物的作用，一方面是包裹药物，另一方面也是为了防止外界微生物进入到药物中。也是为了防止外界微生物进入到药物中。 包装药品的包装材料要求就更严格一点，比如包装药品的包装材料要求就更严格一点，比如包装纸和运输纸要求包装纸和运输纸要求表面光滑、坚固、平整、没有表面光滑、坚固、平整、没有裂缝裂缝。总的来说，就是所有。总的来说，就是所有包装容器、纸箱、纸盒、包装容器、纸箱、纸盒、瓶

21、子都要清洁或要消毒处理，并进行合理封装瓶子都要清洁或要消毒处理，并进行合理封装。原。原则是尽量减少微生物数量。则是尽量减少微生物数量。6. 6. 厂房建筑与制药设备厂房建筑与制药设备 生产部门所有的建筑包括厂房、车间、库房、生产部门所有的建筑包括厂房、车间、库房、实验室都必须清洁和整齐。房子不能漏水，所有设实验室都必须清洁和整齐。房子不能漏水，所有设备最好能便于拆卸，结构简单，这样就备最好能便于拆卸，结构简单，这样就容易清洁和容易清洁和消毒消毒。二、微生物引起药物变质二、微生物引起药物变质在无菌制剂中有活的微生物存在；在无菌制剂中有活的微生物存在；在非规定的灭菌药物中，污染的微生物的总数超过在

22、非规定的灭菌药物中，污染的微生物的总数超过一定的限量；一定的限量；有致病菌存在；有致病菌存在；有微生物的代谢产物，如热原质、毒素等存在；有微生物的代谢产物，如热原质、毒素等存在；药物发生了物理性质或化学性质的改变药物发生了物理性质或化学性质的改变。 1. 1.药物被微生物污染后的表现药物被微生物污染后的表现u 胶囊剂胶囊剂有软化、碎裂或表面发生粘连现象；有软化、碎裂或表面发生粘连现象；u 丸剂丸剂有变形、变色、发霉或臭味；有变形、变色、发霉或臭味；u 药片药片有花斑、发黄、发霉、松散或出现结晶；有花斑、发黄、发霉、松散或出现结晶；u 糖衣片糖衣片表面已褪色露底，出现花斑或黑色，或者崩裂、粘表面

23、已褪色露底，出现花斑或黑色，或者崩裂、粘连或发霉；连或发霉；u 冲剂冲剂已受潮、结块或溶化、变硬、发霉；已受潮、结块或溶化、变硬、发霉；u 药粉药粉已吸潮成发酵变臭；药膏已出现油水分层或有异臭，已吸潮成发酵变臭；药膏已出现油水分层或有异臭，均不能使用。均不能使用。u 内服药水内服药水尤其是糖浆剂，不论颜色深浅，都要求澄清，如尤其是糖浆剂，不论颜色深浅，都要求澄清，如果出现絮状物、深淀物，甚至发霉变色，或产生气体，则果出现絮状物、深淀物，甚至发霉变色，或产生气体，则表明已经变质了。表明已经变质了。u 眼药水眼药水除了极少数为混悬液以外，一般都要求澄清，而且除了极少数为混悬液以外，一般都要求澄清，

24、而且不得有一点纤维，也不能有混浊、沉淀、变色；不得有一点纤维，也不能有混浊、沉淀、变色；u 注射液注射液不允许有变色、混浊、沉淀或结晶析出等现象。不允许有变色、混浊、沉淀或结晶析出等现象。2. 2. 药物被微生物污染后理化性质的改变药物被微生物污染后理化性质的改变（1 1）药物被微生物污染后物理性质的改变）药物被微生物污染后物理性质的改变 药物的外观、颜色、气味、硬度、粘性、透明度等药物的外观、颜色、气味、硬度、粘性、透明度等物理性状就会发生很大的改变。物理性状就会发生很大的改变。 （2 2）药物被微生物污染后化学性质的改变）药物被微生物污染后化学性质的改变 比如说液体药物的某些成分被微生物降

25、解后，有时比如说液体药物的某些成分被微生物降解后，有时会产生一些很难闻的气味，微生物在降解药物，同时进会产生一些很难闻的气味，微生物在降解药物，同时进行自己的代谢活动，它把大分子的药物分解成一些有毒、行自己的代谢活动，它把大分子的药物分解成一些有毒、有害的物质，有害的物质， 3.3.变质药物对人体的危害变质药物对人体的危害 无菌制剂无菌制剂的输液剂被微生物污染后，注入人体内，的输液剂被微生物污染后，注入人体内，就会引起局部甚至全身的感染。就会引起局部甚至全身的感染。 软膏制剂软膏制剂如果被金黄色葡萄球菌污染的话，涂在如果被金黄色葡萄球菌污染的话，涂在患处，可能就会引起局部化脓性炎症，严重的金黄患处，可能就会引起局部化脓性炎症，严重的金黄色葡萄球菌可进入到血液中引起败血症。色葡萄球菌可进入到血液中引起败血症。 眼药膏、眼药水眼药膏、眼药水如果被绿脓杆菌污染的话，患如果被绿脓杆菌污染的话，患者用了后就会引起眼部