制藥工藝學-元英進-課后答案（完整版）

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1、 論緒 第五章1-1:分析制藥工藝在整個制藥鏈中的地位與作用。 答：制藥工藝學的工程性和實用性較強， 加之藥品種類繁多，生產工藝流程 多樣，過程復雜。即使進行通用藥物的生產，也必須避開已有專利保護，要有自 主知識產權的工藝。制藥工藝作為把藥物產品化的一種技術過程是現(xiàn)代醫(yī)藥行業(yè) 的關鍵技術領域，在新藥的產業(yè)化方面具有不可代替的作用；制藥工藝學是研究 藥的生產過程的共性規(guī)律及其應用的一門學科， 包括制配原理，工藝路線和質量 控制，制藥工藝是藥物產業(yè)化的橋梁與瓶頸， 對工藝的研究是加速產業(yè)化的一個 重要方面。 1- 2.提取制藥、化學制藥、生物技術制藥的工藝特點是什么，應用的廠品范

2、圍 是什么？ 答：提取制藥工藝的特點：以化工分離提取單元操作組合為主， 直接從天然 原料中用分離純化等技術制配藥物； 應用的產品范圍包括：氨基酸、維生素、酶、 血液制品、激素糖類、脂類、生物堿。 化學制藥工藝的特點：生產分子量較小的化學合成藥物為主，連續(xù)多步化學合成 反應，隨即分離純化過程；應用產品范圍包括；全合成藥物氯霉素，半合成藥物 多烯紫杉醇，頭抱菌素C等。 生物技術制藥工藝特點：生產生物技術制藥、包括分子量較大的蛋白質、核酸等 藥物。化學難以合成的或高成本的小分子量藥物。 生物合成反應（反應器，一步） 生成產物，隨后生物分離純化過程；應用的產品范圍包括：重組蛋白質、單元隆 抗體、

3、多肽蛋白質、基因藥物、核苷酸、多肽、抗生素等。 1- 3化學制藥產品一定申報化學制藥嗎？生物技術制藥產品一定申報生物制藥 嗎？為什么？舉例說明 答：化學制藥產品和生物制藥產品均不一定申報化學藥物和生物制藥制品： 有些藥物的生產工藝是由化學只要和生物技術制藥相互鏈接有機組成的。 如兩步 法生產維生素C,首先是化學合成工藝，之后是發(fā)酵工藝，最后是化學合成工藝； 有些藥物經過化學合成工藝，最后是生物發(fā)酵工藝，如氫化可的松。 1- 4從重磅炸彈藥物出發(fā)，分析未來制藥工藝的趨勢。 答：重磅炸彈藥物是指年銷售收入達到一定標注， 對醫(yī)藥產業(yè)具有特殊貢獻 的一類藥物。未來制藥工藝的趨勢：（1）主要

4、藥物的類型將會增加（2）研發(fā)投 入加大（3）企業(yè)并購與重組講促進未來只要工藝的統(tǒng)一化（4）重磅炸彈藥藥物 數量增加，促進全球經濟的發(fā)展。 1-5世界銷售收入排前十位的制藥是什么？它們屬于哪類藥物？采取的制藥工藝 是什么？ 答：（1）抗?jié)兯幬铮?19億美元），屬于內分泌系統(tǒng)藥物，采取化學制藥 工藝，（2）降低膽固醇和甘油三酯藥物（217億美元），屬于生物合成藥物，采 取生物技術制藥工藝.（3）抗抑郁藥物（170億美元）屬于中樞神經系統(tǒng)藥物， 采用化學制藥工藝（4）非甾體固醇抗風濕藥物（113億美元）屬于生物制品， 采用生物制藥工藝（5）鈣拮抗藥物（99億美元）屬于化學合成藥物，采用化學 合

5、成工藝（6）抗精神病藥物（95億美元）中樞神經系統(tǒng)藥物，化學制藥工藝（7） 細胞生成素（80億美元）血液和造血系統(tǒng)藥物，化學制藥工藝（8） 口服抗糖尿 病藥物（80億美元）生物制藥，生物制藥工藝（9） ACE抑制藥（78億美元）化 學合成藥物，化學制藥工藝（10）頭抱菌素及其組合（76億美元）生物制品， 提取制藥工藝 1-6列舉出現(xiàn)頻率較高的制藥工藝技術 答：生物制藥技術發(fā)展迅速，出現(xiàn)頻率較高，該工藝包括微生物發(fā)酵制藥， 酶工程技術制藥，細胞培養(yǎng)技術制藥 1-7化學藥物，生物藥物，中藥今年來增長情況怎樣？ 答：隨著現(xiàn)代科技技術改造和發(fā)展， 世界正處于開發(fā)新藥過程中，而化學藥 物，生物藥

6、物，中藥今年來增長依然迅速，起著主導作用，尤其是生物藥物為人 類提供了更加有效作用，在治療疾病方法中占據重要作用 第二章化學制藥工藝路線的設計和選擇 2- 1工藝路線設計有幾種方法，各有什么特點？如何選擇？ 答：（1）類型反應法，類型反應法是指利用常見的典型有機化學反應與合成 方法進行合成工藝路線設計的方法。類型反應法既包括各類化學結構的有機合成 通法，又包括官能團的形成，轉換或保護等合成反應。對于有明顯結構特征和官 能團的化合物，通常采用類型反應法進行合成工藝路線。 （2） 分子對稱法，藥物分子中存在對稱性時，往往可由兩個相同的分子片段 經化學合成反應制得，或在同一步反應中將分子的

7、相同部分同時構建起來。 該法 簡單，路線清晰，主要用于非甾體類激素的合成。 （3） 追溯求源法，從藥物分子的化學結構出發(fā)，將其化學合成過程一步步逆 向推導，進行尋源的思考方法，研究藥物分子化學結構，尋找出最后一個結合點， 逆向切斷鏈接消除重排和官能團形成與轉化，如此反復追溯求源直到最簡單的化 合物，即期始原料為止，即期始原料應該是方便易的，價格合理的化學原料或天 然化合物，最后是各步的合理排列與完整合成路線的確定。 2— 2工藝路線評價的標準是什么？為什么？ 答：原因：一個藥物可以有多條合成路線，且各有特點，哪條路線可以發(fā)展 成為適合于工業(yè)生產的工藝路線則必需通過深入細致的綜合比較和

8、論證， 從中選 擇出最為合理的合成路線，并制定出具體的實驗室工藝研究方案。 工藝路線的評價標準：1,化學合成途徑簡捷，即原輔材料轉化為藥物的路線簡 短； 2, 所需的原輔材料品種少并且易得，并有足夠數量的供應； 3, 中間體容易提純，質量符合要求，最好是多不反應連續(xù)操作； 4, 反應在易于控制的條件下進行，如無毒，安全； 5, 設備要求不苛刻； 6, “三廢”少且易于治理； 7,操作簡便，經分離，純化易達到藥用標準； 8，收率最佳，成本最低，經濟效益好。 2- 3,如何進行工藝路線的選擇？ 答：1,選擇工藝路線時，首先要清楚每條合成路線是由不同的化學反應組成， 因此要了解

9、化學反應類型； 2, 理想的藥物合成工藝路線應具備合成步驟少， 操作簡便，設備要求低，各步收 率較高等特點，了解反應步驟數和計算反應總收率是衡量不同合成路線效率的最 直接方法； 3, 選擇工藝路線，首先應了解每一條合成路線所用的各種原輔材料的來源、 規(guī)格 和供應情況，必須對原輔材料進行全面了解，使原材料成本最低； 4, 要及時更換輔助材料和改變步驟合成，將廢物排放減少到最低限度，消除污染， 保護環(huán)境。 第三章化學制藥的工藝研究 3- 1,化學合成藥物工藝研究的主要內容是什么？ 答：化學合成藥物工藝研究的主要內容有 7個：配料比、溶劑、溫度和壓力、 催化劑、反應時間及其監(jiān)控、后處

10、理、產品的純化和檢驗。 3- 2,分析影響反應的各種條件與工藝之間的關系是什么？哪些反應條件需要進 行極限實驗？為什么？ 答：1,反應物的濃度和配料比，一般情況下，增加反應物濃度有助于加快反 應速率、提高設備能力和減少溶劑用量，同時確定合適的配料比，也能使收率更 高。 2, 溶劑。溶劑主要作為化學反應的介質，反應溶劑性質和用量直接影響反應物的 濃度、溶劑化作用、加料次序、反應溫度和反應壓力等。 3, 反應溫度和壓力。化學反應伴隨有能量的轉換，在化學合成藥物工藝研究中要 注意考察反應溫度和壓力的變化，選擇合適的攪拌器和攪拌速度。 4, 催化劑。現(xiàn)代化學工業(yè)中，80%以上的反應涉及催化過

11、程。 化學合成藥物的工 藝路線中葉常見催化反應，如：酸堿催化、金屬催化、相轉移催化、生物酶催化 等，利用催化劑來加速化學反應，縮短生產周期、提高產品的純度和收率。催化 劑，溫度，配料比和加料速度等都必須進行極限實驗。 原因：經過詳細的工藝研究，可以找到最適宜的工藝條件，如配料比，溫度，酸 堿度，反應時間，溶劑等。它們往往不是單一的點，而是一個許可范圍。有些尖 頂型化學反應對工藝條件很嚴超過某一極限后， 就會造成重大損失，甚至發(fā)生安 全事故。在這種情況下，應該進行工藝條件的極限實驗，有意識地安排一些破壞 性實驗。以便更完全的掌握該反應的規(guī)律， 以確保生產安全提供必要的數據， 所 以需進行極

12、限實驗。 3- 3合成工序的確定一般在哪個階段？對于整個生產過程具有什么重要意義？ 答：藥物的合成工藝路線通?？捎腥舾蓚€合成工序組成，每個合成工序包含 若干個化學單元反應。對于這些化學單元反應進行實驗室水平的工藝研究。 目的 在于優(yōu)化和選擇最佳的工藝條件同時為生產車間劃分生產崗位做準備。 3- 4單分子反應，雙分子反應，一級反應，二級反應之間的關系？ 答：在某基元反應過程中若只有一分子參與反應則稱為單分子反應。 多數的 一級反應為單分子反應。當相同或不同的兩分子碰撞時相互作用而產生的反應稱 為雙子反應，即為二級反應。 3-5比較重結晶的溶解要求與普通反應溶劑的異同點？ 答:理

13、想的重結晶溶劑應對雜質有良好的溶解性，對于待提純的藥物應具有 所期望的溶解性。即室溫下微溶，而在該溶劑的沸點時溶解度較大，其溶解度隨 溫度變化曲線斜率大。無論是反應溶劑還是重結晶溶劑，都要求溶劑具有不活潑 性，即在化學反應或在重結晶條件下，溶劑應是穩(wěn)定而惰性的。 3-6化學反應符合VantHoff經驗規(guī)則具有哪些情況? 答：化學反應不符合 VantHoff經驗規(guī)則的又復雜反應，復雜反應又包括可 逆反應，平行反應和聯(lián)系反應等。 VantHoff經驗規(guī)則只適合一些簡單反應，如 單分子的基元反應，雙分子反應和零級反應。 3-7冠醚類屬于哪種催化劑，其最適合哪類反應？除此以外，還有哪種催化劑也

14、具有類似的反應機理？ 答:冠醚類屬于非離子型相轉移催化劑，冠醚具有特殊的絡合性能，能與堿 金屬形成絡合物，所有最適合絡合反應；非環(huán)多醚類也具有類似的反應機理。 3-8液一液相轉移催化反應中，為什么溶劑不能與水互溶？ 答：在液一液相轉移催化系統(tǒng)中，即反應底物為液體時，原則上許多有機溶 劑都可應用，但溶劑不與水互溶這一點非常重要，以確保離子不發(fā)生水合作用， 即溶劑化。 3-9什么是反應終點？有哪些常用的監(jiān)控方法？各有什么優(yōu)缺點？ 答：反應終點就是主反應生產效率最大時， 及時停止反應，防止其他副反應 的進行；常用的方法有，薄層色譜，氣相色譜和高效液相色譜等，監(jiān)控速度慢， 復雜，高效，也可用

15、簡易高效的化學或物理方法，如測定顯色，沉淀，酸堿度， 相對密度，折射率等。但效率不高。 3-10制藥工藝研究中，哪些內容必須符合 GMF要求？ 答：（1）制藥程度 （2）藥品的穩(wěn)定性 （3）藥品的生物有效性。 3-11原輔料過渡實驗的目的與內容是什么？ 答：目的是排除原輔材料所含雜質的不良影響，以保證研究結果的正確性。 內容是：當工藝路線確定后，再進一步考察工藝條件時，應盡量改用生產上足量 供應的原輔材料進行過渡實驗，考察某些工業(yè)規(guī)格的原輔材料所含雜質對反應收 率和產品質量的影響，制定原輔材料的規(guī)格標準，規(guī)定各種雜質的最高允許限度。 3-12哪些反應對設備材質有特殊要求？這些特殊要求

16、是什么？如何滿足? 答：多相反應，催化反應，間歇反應等對設備材質有特殊要求；這些特殊要 求包括：加速反應，不易腐蝕材料。在實驗研究階段可在玻璃容器加入某種材料， 對于腐蝕性的原輔材料需進行對設備材質腐蝕性實驗， 為中試放大的選擇設備材 質提供數據。 第四章手性制藥技術 4- 1什么是手性藥物，其構型與活性的特點是什么？ 答：具有藥理活性的手性化合物就是手性藥物。 ① 兩個對映體具有相同的藥理作用。 ② 兩個對映體中的一個有藥理活性，另一個則無明顯作用。 ③ 兩個對映體的藥理作用不同，上市后用于不同的適應癥。 ④ 在消旋體中增加一種對映體的比例可調整臨床療效。 ⑤ 兩個對映體中

17、的一個有治療價值，另一個則有不良作用。 4- 2如何判別手性藥物的構型及其光學活性 ？ 答：一對對映異構體等量混合，則混合物沒有光學活性；如果不等量混合， 則混合物具有光學活性。 4- 3簡述天然提取法制備手性藥物的一般步驟。 答：①酶法分析 ②酶催化的還原反應 ③酶催化的氧化反映 ④酶催化的 不對稱合成反應⑤酶催化的轉氨基化作用 4- 4手性藥物單一對映體的制備方法有哪幾種？分析它們的的優(yōu)缺點及其使用范 圍。 答：①手性源的不對稱反應。手性源法合成光學活性物質需要一些光學純的 手性物質，它能使無手性或潛手性的化合物部分或全部轉變成所需要的立體異構 體，這種方法的有點是產品不經過

18、拆分而且產率比較高；以易得的光學純的物質 （往往是天然產物）作原料，比較經濟。這種方法的優(yōu)缺點是較難獲得很好的手 性誘導，克服這一缺陷的方法是雙不對稱誘導法。 4-5化學拆分外消旋體藥物有幾種方法？分別舉例加以闡述。 答：①酶法拆分 例如R-苯乙胺和S-苯乙胺的拆分 ②選擇性水解使用馬肝酯酶對布洛芬乙酯來拆分洛芬 4-6不對稱化學合成在手性藥物制備中原理及其應用。 答：不對稱合成是利用反應劑將潛手性單元轉化為手性單元， 使得產生不等 量的立體異構體的過程。不對稱合成按照手性基團的影響方式和合成方法的發(fā) 展，可以分一下幾大類：手性源法、手性輔助劑法、手性試劑法、不對稱催化合 成法、雙

19、不對稱誘導法等等。 4-7舉例敘述生物酶法制備手性藥物的原理及其應用 答：酶催化的不對稱合成反應 L-天冬氨酸的制備，它是重要的醫(yī)藥原料，甘氨酸對醛的合成反應可以在醛縮酶 的催化下發(fā)生，生成的產物B-羥基-a -氨基酸可以作為原料，進一步轉化為各 種重要的中間體，如生成a -氨基酸、a -氨基二醇、a -羥基-B -氨基酸等。 原理： HOOC、 1 HOOC \ ^H 天冬氨酸. x COOH HOOC 、NH2  RCHO COOH 醛縮酶 OH COOH nh2 COOH 2 4-8解釋下列個名詞的含義。 (1) 手性與潛手性 手性：指一個

20、實物與其鏡中的影像不能重合的性質。 潛手性：當一個非手性分子處于等同地位(對映性)的一對原子或基團，被另一 個不同于原有的原子或基團取代后， 轉化成手性分子而顯示了手性，此時就把原 來的分子中進行取代的一個中心軸或面稱為潛手性的。 (2) 對映異構體與非對應異構體 對映異構體：一對互為鏡像關系的分子稱為對應異構體。 非對應異構體：具有兩個或多個手性中心，并且分子相互為鏡像的立體異構體稱 為非對應異構體。 (3) 外消旋體與內消旋體 內消旋體：分子內具有兩個或對歌手性中心而同時又有對稱面時， 實物與鏡像重 合，這樣的化合物稱為內消旋體。 外消旋體：兩個對應異構體以1： 1的比例組

21、成的混合物，旋光性相互抵消，因 此這種混合物沒有旋光性，稱為外消旋體。 (4) 對映體過量與非對映體過量 對映體過量：指在兩個對映體的混合物中，其中一個對映體相對于另一個而過量 的百分數，表征對映體的光學純度。 非對映體過量：指在兩個非對映體的混合物中，其中一個非對映體相對于另一個 而過量的百分數，表征非對映體的光學純度。 22 4-9判斷下列藥物分子的構型（R和S表示） COOH H CH 3 nh2 CH Cl H C 2 H 5 COOH OH H H3C Cl Br CH 2OH OH o y OH CH 3CH CH H C

22、H 4-10、 H CH 3 具有光學性 費歇爾投影式 HOOC HOOC CH 3 H CH3 (S) (S) H HOOC HO COOH COOH (R) (R) 具有光學性 OH (S) (R) 不具有光學性 (S) (R) 不具有光學性 判斷下列化合物哪些具有光學活性，并用 R,S標記。 4-11、以下兩個藥物分子是一對對映異構體嗎? CH 3 H CH 3NH 不是對映異構體，不成鏡像關系。 第五章氯霉素生產工藝 5- 1、氯霉素有幾個手性中心，如何進行

23、工藝路線的設計與選擇？ 需解 答：氯霉素有兩個相連的手性中心， 在進行工藝路線的設計與選擇時, 決氯霉素立體構型問題 5- 2、工業(yè)上氯霉素采用哪幾種合成路線？各單元步驟的原理是什么？關鍵操作 控制是什么? 答:工業(yè)上氯霉素采用具有苯乙基結構的化合物原料的合成路線; 原理：⑴ 3 V2O5 。2 O (CH3COO) 2 CH3OONa CH2NHCOCH3 HCHO O nhcoch3 八cH 1 X O2N^^ ch2oh 2OH + H H O H OH 光學 CH2OH 「 H2N O2N

24、 1R,2R / H Cl2CHCO2CH3 拆分 / o2n OH 2 O2 (CH3)2CHOH [(CH3)2CHO]3Al CH2OH HN H Cl Y O Cl OH 5- 3、對硝其一a —溴代苯乙酮的制備中水含量有何影響？為什么？ 答：水分存在時與溴化氫反應，誘導其延長或基本不起反應，因此對硝基苯 乙酮溴代反應時，水分存在不利于反應，必段嚴格控制溶劑的水份。 5- 4、氯霉素生產工藝中，主要的副產物有哪些？鄰硝基乙苯如何處理？ 答：主要有鄰硝基乙苯，L—( + )—氨基—1， 3—丙二醇，禾U用鄰硝基乙 苯生產除草劑一一殺草銨，

25、工藝路線如下： Br H3C CH3 K2CO3 CH 3 H3C 第七章半合成抗生素生產工藝 7-1、半合成頭抱菌素主要結構改造的位置？化學酰化法和微生物酶?；饔惺?么優(yōu)缺點？ 答：可何改造的部位有四個，即 7-酰氨基部分，7-氫原子，環(huán)中的硫原 子和3-位取代基；采用化學?；；哂袑傩詮?，副反就少，反應條件溫 和，產品純度高等優(yōu)點。 7-2、7-ADCAt幾條生產路線？有哪些不同？ 答：有兩條，用頭抱菌素C為原料通過兩種方法-酶水解法和化學裂解法得 到7-ACA然后再脫乙?；?，便可得到 7-ADCA 酶水解法難度大，應用有一定局限性。而化學裂解法雖然操作

26、較為復雜， 對生產 設備要求高，但工藝較為穩(wěn)定和成熟。 7-3、在半合成制備頭抱菌素過程中，哪些步驟采用化學合成？哪些步驟采用生 物合成？ 答：在化學?；肪€中，7位的?；?位的取代采用化學合成。在酶化法 生產路線中，酶進行水解，采用生物合成。 7-4、苯甘氨酰氯與7-ADCA綜合法中加入對甲苯磺酸的作用？ 答：加入對甲苯硝酸的作用是7-ADCA酯從反應系中分離出來。 7—5微生物酶?；ㄉa頭抱氨芐是否可以工業(yè)化？ 答：可以工業(yè)化，酶酰化法專屬性強，副反應少，反應條件溫和，產品純度 高，隨著酶活力與工藝的改進，酶酰化法將進一步發(fā)展并逐步工業(yè)化。 第八章甾體激素生產工藝 8-

27、1路線1與路線2有哪些不同？ 答：路線2可以防止路線1使用的Ni,H2O2等易燃易爆的化學試劑，并且各 步的收率均十分理想。 工藝路線1:由環(huán)氧黃體酮先上溴開環(huán)，氫解除溴，上碘置換得醋酸化合物 S, 再經梨頭霉菌氧化直接引入 C-11位上B -羥基得氫化可的松。 工藝路線2：由黑根霉菌先在C-11位上引入A-羥基后，經用鉻酐，鉻酸氧化(-1 ) 位, a-羥基為酮基，再上溴開環(huán)，用Raney溴消除溴上碘置換得醋酸可的松，成 縮氨脲保護C-11, C-20位上酮基，用鉀硼氫還原 C-11位上酮基使成為b-羥基; 脫去C-11, C-20位上保護基和水解C-21位上乙?；傻脷浠傻乃伞?

28、 8-2在制備氫化可的松過程中，哪些步驟采用化學合成，哪些為生物法？ 答：化學合成：(5, 16 —孕甾二烯一3B-20二酮一3—醋酸酯的制備 (2) 16a— 17a—環(huán)氧黃體酮的制備 (3) 17a —羥基黃體酮的制備 (4) △孕甾烯一17a, 21— 21二醇一3, ,2 —二酮醋酸酯的制備 生物法：最后一步(5)最終產物氫化可的松的制備 8—3制備氫化可的松哪步采用oppe naner氧化反應，機理是什么？ 答第二步制備環(huán)氧黃體酮時采用 oppenaner氧化反應；機理：環(huán)氧化物上 的醇羥基易被氧化為酮，具有很強的專一性。 8-4制備制備17a—羥基黃體酮時，氫解除溴

29、為什么要加入吡啶？ 答：除盡溶液中的溴，反應液顯酸性，而吡啶顯堿性，中和。 8-5制備氫化可的松中可能產生“三廢”是什么？ 答：溴化氫，Ni ,H2O等易燃易爆化學試劑 第十章微生物發(fā)酵制藥工藝 10-1微生物發(fā)酵的過程可分為幾個時期，各有何特征？ 答：分為三個時期：一：菌體生長期 菌體生長期也稱為發(fā)酵前期，是指從接種菌種至菌體達到一定臨界濃度的時間， 包括延滯期，對數生長期呵減速期，菌體的主要代謝是進行碳源，氮源等分解代 謝，培養(yǎng)基質不斷被消耗，濃度降低，而菌體不斷地生長和繁殖，濃度增加，溶 氧量不斷下降，在菌體臨界值時，溶解氧濃度降到最低。 二產物合成期 產物合成期也稱為

30、產物分泌期或發(fā)酵中期， 主要進行代謝產物或目標產物的生物 合成，產物量逐漸增加，生產速率加快，直至達最大高峰，隨后合成能力衰退。 呼吸強度無明顯變化，菌體在增重，但不增加數目。 三菌體自溶期 菌體自溶期也稱發(fā)酵后期，菌體衰老，細胞開始自溶，氨基氮含量增加， PH上 升，產物合成能力衰退，生產速率減慢。發(fā)酵必須結束，否則產物被破壞，同時 菌體自溶給過濾和提取帶來困難。 10-2微生物生長，基質消耗和產物生成的動力學如何計算，分析其影響因素？ 答：微生物生長動力學：單位時間內菌體濃度或質量X的變話，比生產速率 u是生產速率的標準化，反映了菌體活力的大小 。 R=dx/dt u=dx/x

31、dt 2質消耗速率，qs比消耗速率。S基質濃度 3物生成動力學 產物生成速率rp和速率qp分別為： Rp+dp/dt=Yp.dx/dt=YpuX;qp=uYp P為產物生成量；Yp為產物生成的得率系數。 10-3微生物生長與生長之間的關系模型有集中？與過程控制的關系是什么? 答：有三種： 1、 長與生產偶聯(lián)型。 生長與是為你歌唱偶聯(lián)型是微生物生長與產物生長直接關聯(lián)， 生長期與生產期是 一致的。微生物生長、基質消耗、鄰里公園利用和產物生成動力學曲線幾乎平行， 變化趨勢同步，度有最大值，出現(xiàn)的時間接近，菌體生長期和產物形成不是分開 的，產物往往是初級代謝的直接產物。 2、 生長

32、與生產班歐聯(lián)型。 生長與生產偶聯(lián)型介于偶聯(lián)和非偶聯(lián)模型之間，產物生成與基質消耗、能量利用 之間存在間接關系。產物來自于能量代謝所用的基質，但是在次級代謝與初級代 謝是分開的在菌體生長期產物內基本無產物生長， 在生長的中后期長成大量的產 物而進入產物形成期。 3、 生長與生產非偶聯(lián)型是指微生物生長期為獨立的兩個階段，先形成基質消耗 和菌體生長高峰，此時幾乎沒有或很少有產物生成 ；難后進入菌體生長靜止期， 而產物大量生成，并出現(xiàn)產物高峰期，產物來自于中間代謝途徑，而不是分解代 謝過程，初級代謝與產物形成是完全分開的。 10-4生產菌種選育方法有哪些？各有何優(yōu)缺點？如何選擇應用？ 答：1、

33、自然分離。 此法選育步驟復雜需用高精度的儀器。純化不高。 2、 自然選育。簡單易行，可達到純化菌種，防止退化，穩(wěn)定生產水平和提高產 物量的目的，但效率低，增產幅度不會很大。 3、 誘變育種。誘變育種是人為為創(chuàng)造條件，使菌種發(fā)生變異，從中篩選優(yōu)良個 體，淘汰劣質個體，是當前菌種選育的一種主要方法。 其特點是速度大、收效 大，方法相對簡單，但缺乏定向性，要配合大規(guī)模的篩選工作。 4、 雜交育種。雜交育種是兩種不同基因型的菌種通過結合或原生質體融合使遺 傳物質重新組合，再從中分離和篩選具有新個體狀的菌株，帶有丁香育種的性質。 5、 基因工程技術育種 基因工程技術育種在傳統(tǒng)抗生素、氨基酸

34、、維生素發(fā)酵的育種中具有重要意義， 采用基因工廠技術，過量表達或抑制表達某一個或一組基因，調控代謝過程，事 先目標產物的高效表達。一般希望挖元基因整合到染色體中，以便穩(wěn)定遺傳。 &基因組技術 基因組技術可改變以前的突變育種的時間長， 改良速度慢等缺點，能在短時間內 獲得理想的結果，基因組的關鍵是在起始突變提的選擇， 遺傳重組的效率，選擇 方法的靈敏性。 10-5菌種保藏的原理是什么？有哪些主要方法，各有何優(yōu)缺點？ 答：菌種的保存原理是使其代謝處于不活躍狀態(tài)， 即生長繁殖受抑制的休眠 狀態(tài)，可保持原有特性，延長生命時限。 保存方法： ① 斜面低溫保存：該方法的有點是操作簡單，試用方

35、便，缺點是保存時間短， 容易發(fā)生變異。 ② 液體石蠟密封保存：石蠟封存，可減少水分蒸發(fā)并隔絕了氧氣，增加了保存 時間。 ③ 砂土保存：該方法適宜形成抱子或芽抱的菌種，不適用于只有菌絲的真菌和 無芽抱的細菌和酵母菌保存。砂土起保存載體的作用，硅膠、濾紙瓷珠等也 可用于保存。 ④ 了你懂干燥保存：該法能很好的保持細胞的完整性而不受波壞，冷凍干燥保 存時間長，主要用于保存各種細菌、酵母、霉菌及個別病毒，對動物細胞的 保存效果不好，不適于原蟲的保存。 ⑤ 液氮保存：該法是目前最可靠的一種長期保存方法，可用于細菌、酵母和體 外培育動物細胞，也是長期保存種植的主要方法。 10-6微生物發(fā)酵培育

36、養(yǎng)基組成成分有哪些，有何作用？ 答：①碳源：碳源是構成微生物細胞和代謝產物中碳素的營養(yǎng)物質 ② 氮源：氮源是構成微生物細胞和代謝產物中氮素的營養(yǎng)物質。 ③ 無機鹽：無機鹽包括大量元素和微量元素，是生理活性物質的組成成分或具有 生理調節(jié)作用，一般低濃度起促進作用，高濃度其抑制作用。 ④ 水：水是生物細胞的主要成分，營養(yǎng)傳遞的介質。良好道題，調節(jié)細胞生長的 環(huán)境溫度。 ⑤ 生長因子：生長因子是指微生物生長不可或缺的微量有機物， 包括氨基酸、維 生素、核苷酸、脂肪酸等。一般天然成分中含有，無需添加，但對于營養(yǎng)缺陷型 （氨基酸、核苷酸菌株），必須添加。 ⑥ 前體與促進劑：前體明顯提高產品產

37、量和質量，一定條件下還能控制菌體合 成代謝產物的方向，但具有獨行。促進劑能促進產物生成，提高產量。 ⑦ 消沫劑：消沫劑的作用是消除泡沫，防止逃液和染菌。 10-7如何研制生產用發(fā)酵培養(yǎng)基？ 答：發(fā)酵培養(yǎng)基的配置應進行如下步驟： ㈠一般原則：①生物學原則②工藝原則③低成本原則④搞笑經濟原則 ㈡培養(yǎng)基 的設計基本思路： ① 確立起始培 養(yǎng)基 ② 單因素實驗，確定最適宜的培養(yǎng)基成分 ③ 多因素實驗，進行各組分之間濃度優(yōu)化和最佳配比 ④ 放大實驗 ⑤ 確定最終培 養(yǎng)基 ㈢理論計算與定量配制 微生物生長和生產可用一下列表達式表示： 碳源+氮源+其他營養(yǎng)物質一細胞+產物+CO2+

38、H2O+物熱 如果能進行定量表達，就可計算得到一定細胞生物量所需最小的營養(yǎng)物質， 如果 已知生物量與產物之間的特殊表達關系，就可以計算獲得一定產量的最小底物濃 度?？蓞⒖嘉⑸锏幕瘜W組成，初步計算培養(yǎng)基配方。 10-8空氣過濾滅菌的原理及其工藝過程是什么？分析影響滅菌效率的主要因素。 答：原理：空氣通過過濾介質時，顆粒在離心場蟬聲沉降，同時慣性碰撞蟬 聲摩擦黏附，顆粒的布朗運動使威力之間相互集聚成大顆粒， 顆粒接觸介質表面, 直接被截留。氣流速度越大，截留效果越好。 工藝過程： ① 提高空氣的潔凈度 ② 出去空氣中油和水 ③ 獲得無菌空氣 主要因素：空氣預處理，油水分離、空氣

39、過濾介質與設備。 10-9比較分析培養(yǎng)基的簡寫和連續(xù)滅菌工藝的優(yōu)缺點及操作要點。 答：間歇滅菌的特點是不需要其他的附屬設備，操作漸變，國內外常用。缺 點是加熱和冷卻時間較長，營養(yǎng)成分有一定損失，罐利用低，為中小型生產企業(yè) 采用、操作要點主要在滅菌過程的保溫階段。 連續(xù)滅菌的有點是采用高溫快速滅菌工藝，營養(yǎng)成分破壞的少；熱能利用合理， 易于自動化控制。缺點是發(fā)酵罐利用率低，怎加了連續(xù)滅菌滅菌設備及操作環(huán)節(jié)， 增加染菌概率；對壓力要求高，不適合黏度大或形物含量高的培養(yǎng)基滅菌。 10-10比較各種發(fā)酵操作方式的異同點，如何選擇應用？ 答：(1)分批式操作：分批式操作又稱間歇示操作，是指把菌

40、體和培養(yǎng)液一 次裝入發(fā)酵罐，在最佳條件下進行發(fā)酵培養(yǎng)。有點是操作簡單期短，污染機會少， 產品質量容易控制。 (2) 流加式操作：流加式操作又稱補料-分批式操作，是指在分批式操作起初上， 連續(xù)不斷補充新培養(yǎng)基，但不取出培養(yǎng)液，該方法的有點是解除了底物抑制， 產 物的反饋抑制和葡萄糖效應，可用于理論研究。 (3) 半連續(xù)性操作 半連續(xù)性操作又稱反復分批式操作或換液培養(yǎng)，是指菌體 和培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，在菌體成長過程中，每隔一定時間，去除部分發(fā)酵培 養(yǎng)物，同時在一定時間內補充同等數量的新培養(yǎng)基； 半連續(xù)性操作是抗生素生產 的主要方式，缺點是失去了部分生長旺盛的菌體和一些前體， 發(fā)生非生產菌

41、突變。 (4) 連續(xù)性操作 連續(xù)性操作是指菌體與培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，在菌體培 養(yǎng)過程中，不斷補充新培養(yǎng)基，同時取出包括培養(yǎng)液和菌體在內的發(fā)酵液， 發(fā)酵 體積和菌體濃度等不變，使菌體處于恒定狀態(tài)，促進了菌體的生長和產物的積累。 它的優(yōu)點是所需設備和投資少；提高產率和效率，產量穩(wěn)定性優(yōu)越，缺點是雜菌 污染機會增多，菌體易發(fā)生變異和退化，有毒代謝產物積累等。 10-11發(fā)酵過程污染的原因及其控制途徑有哪些？ 答：原因：主要有種子污染，設備機器附件滲漏，培養(yǎng)基滅菌不徹底，空氣 帶菌，技術管理不善等幾方面。 控制途徑：（1）培養(yǎng)基滅菌不徹底的控制途徑：保證滅菌所需的蒸汽壓力，用量 和時間，開

42、溫時間不宜太快，要適當，滅菌時進氣和排氣閥們開啟要緩慢。 （2） 空氣帶菌的控制途徑：通過定期檢查管件，跟換過濾介質和加強檢修來解 決。 （3） 設備及其附件滲漏的控制途徑：要建立并執(zhí)行完善的管理制度，操作制度 與規(guī)程，加強技術設備管理，定期檢修和維護發(fā)酵設備及各個環(huán)節(jié)， 杜絕雜菌污 染。 （4） 噬菌體的污染及控制途徑：對于污染噬菌體的發(fā)酵液，不能隨意排放，必 須徹底高壓滅菌后，在排放，同時對生產進行消毒，定期對生產區(qū)域環(huán)境進行化 學消毒，改善環(huán)境衛(wèi)生，嚴謹排放活菌體。 10-12發(fā)酵過程中溫度和攪拌有何影響，如何控制？ 答：發(fā)酵溫度對菌體生長的影響存在一個最適溫度范圍和最佳溫度

43、點， 溫度 對呼吸代謝強度，物質代謝方向，產物合成速率等等影響是不一致的， 溫度還影 響產物的穩(wěn)定性。攪拌時影響溫度的一個因素，攪拌可以達到散熱的效果，平衡 溫度。 發(fā)酵溫度的控制：發(fā)酵溫度采取反饋開關控制策略，當發(fā)酵溫度低于設定值時， 冷水閥關閉，蒸汽或熱水閥打開。當發(fā)酵溫度高于設定值時，蒸汽或熱水閥關閉， 冷水閥打開。 10-13發(fā)酵過程中PH和溶解氧有何影響，控制策略有哪些？為什么？ 答：發(fā)酵PH的影響及其控制：PH對微生物生長的影響很明顯，PH不當，將 嚴重影響菌體生長和產物合成。由于細胞膜的選擇透過性，培養(yǎng)環(huán)境中 PH的變 化雖然不會引起細胞內同等的變化，但必然引起細胞內 PH

44、的同方向變化。 PH的控制：（1）培養(yǎng)基方案考慮；（2）酸堿調節(jié)；（3）補料流加；（4）提高通 氣量 溶解氧的影響與控制：氧是細胞呼吸的底物，氧濃度的變化對細胞影響很大也反 映了設備的性能 溶解氧控制：（1）增加氧推動力；（2）控制攪拌；（3）增加傳氧中間介質；（4） 控制菌體濃度；（5）綜合控制 10-14分析發(fā)酵中泡沫形成的原因及其對發(fā)酵的影響，提出消沫措施和方式 答：在發(fā)酵過程中，由于培養(yǎng)基中存在蛋白質類，糖類等發(fā)泡性物質，在通 氣條件下，容易形成泡沫。微生物代謝過程也會產生一些物質，引起發(fā)泡。除了 培養(yǎng)基成分外，其他發(fā)泡的因素包括通氣攪拌強度， 滅菌條件等，快速攪拌會引

45、起很多泡沫，滅菌體積太大或不徹底也容易引起發(fā)泡。發(fā)泡對發(fā)酵帶來諸多不利， 減少裝料量，降低氧傳遞。過多泡沫造成大量逃液，從排氣管線逃出增加了污染 的概率，甚至使攪拌無法進行，泡沫使菌體呼吸受阻，代謝異?；蜃匀堋? 泡沫控制：（1）機械消沫；（2）化學消沫；（3）分散劑 10-15微生物發(fā)酵制藥的基本過程是什么？各階段的主要任務是什么 ？ 答：（1）身材菌種選育與保存階段 采用各種選育技術，獲得高產，性能穩(wěn) 定，容易培養(yǎng)的優(yōu)良菌種，并進行有效的妥善保藏，為生產提供源泉。 （2） 發(fā)酵階段 發(fā)酵階段包括生產菌活化，種子制備，發(fā)酵培養(yǎng)，是生物加工 過程控制 （3） 分離純化階段 分離純化階段

46、包括發(fā)酵液預處理與過濾， 分離提取，精制, 成品檢驗，包裝出廠檢驗，是生物分離過程控制。 10-16如何確定發(fā)酵終點？如何實現(xiàn)發(fā)酵過程的最優(yōu)化控制？ 答：發(fā)酵重點是結束發(fā)酵的時間，控制發(fā)酵終點的一般原則是高產量， 低成 本，可計算相關的參數，如發(fā)酵率，單位發(fā)酵液體積，單位發(fā)酵時間內的產量， 發(fā)酵轉化率或得率，單位發(fā)酵底物生產的生產量，發(fā)酵系數，單位發(fā)酵罐體積， 單位發(fā)酵周期內的產量。 最優(yōu)化控制：（1）經濟因素；（2）下游工序；（3）其他因素 第十一章抗生素發(fā)酵生產工藝 11-1,目前抗生素生產工藝有幾種？從技術革新角度，探討未來抗生素生產工藝 發(fā)展方向。 答：目前抗生素生產工藝有

47、3條途徑。第一條途徑是微生物發(fā)酵生產工藝， 即生物合成途徑。目前大多數抗生素品種采用發(fā)酵生產工藝，其特點是成本較低， 周期較長。第二條途徑是化學全合成生產工藝，結構相對簡單得抗生素可采用此 途徑，如氯霉素和磷霉素。第三條途徑是半合成生產工藝，利用化學方法修飾改 良生物合成的抗生素擴大抗生素，提高療效和降低毒副作用等，獲得新抗生素。 11-2，抗生素發(fā)酵生產工藝的共性技術需求是什么？有什么特點？ 答：發(fā)酵過程普遍流加一種碳源，氮源，如葡萄糖和硫酸銨，ph值通過流加 氨水進行調節(jié)，很多抗生素在發(fā)酵中后期流入前體， 對提高產量非常有益。抗生 素發(fā)酵絕大多數為好氧培養(yǎng)，必須連續(xù)通入大量無菌空氣。全

48、過程大功率攪拌。 發(fā)酵液得預處手里，一般加絮凝劑沉淀蛋白，過濾去除菌絲體發(fā)酵濾液的提取常 用溶劑萃取法，離子交換樹脂法，沉淀法，吸附法等提純濃縮，然后結晶干燥得 純品。 11-3，青霉素發(fā)酵工藝的建立對抗生素工業(yè)有什么意義？ 答：青霉素是發(fā)現(xiàn)最早，最卓越的一種 B-內酰胺類抗生素，它是抗生素工 業(yè)的首要產品，青霉素是各種半合成抗生素的原料。青霉素的缺點是對酸不穩(wěn)定， 不能口服，排泄快，對革蘭陰性菌無效。青霉素經過擴環(huán)后，形成頭抱菌素母核， 成為半合成頭抱菌素的原料。 11-4，如何根據青霉素生產菌特性進行發(fā)酵過程控制？ 答：青霉素在深層培養(yǎng)條件下，經歷7個不同的時期，每個時期有其菌體形

49、 態(tài)特性，在規(guī)定時間取樣，通過顯鏡檢查這些形態(tài)變化，用于工程控制。 第一期，分生抱子萌發(fā)，形成芽管，原生質未分化，具有小泡。 第二期，菌絲繁殖，原生質體具有嗜堿性，類脂肪小顆粒。 第三期，形成脂肪包含體，積累儲蓄物，沒有空洞，嗜堿性很強。 第四期，脂肪包含體形成小滴并減少，中小空泡，原生質體嗜堿性減弱，開始 產生抗生素。 第五期，形成大空泡，有中性染色大顆粒，菌絲呈桶狀。脂肪包含體消失，青 霉素產量提高。 第六期，出現(xiàn)個別自溶細胞，細胞內無顆粒，仍然桶狀，釋放游離氨，ph上升。 第七期，菌絲完全自溶，僅有空細胞壁。 一到四期為菌絲生長期，三期的菌體適宜為種子。四到五期為生產期，生

50、產能力 最強，通過工藝措施，延長此期，獲得高產。在第六期到來之前發(fā)束發(fā)酵。 11-5,青霉素發(fā)酵生產工藝過程是什么？發(fā)酵控制原理及其關鍵控制點是什么？ 答：發(fā)酵工藝過程，1.生產抱子的制備。2.種子罐培養(yǎng)工藝。3.發(fā)酵罐培養(yǎng) 工藝 控制原理，發(fā)酵過程需連續(xù)流加葡萄糖，硫酸銨以及前提物質苯乙酸鹽，補糖率 是最關鍵的控制指標，不同時期分段控制。在青霉素的生產中，及時調節(jié)各個因 素減少對產量的影響，如培養(yǎng)基，補充碳源，氮源，無機鹽流加控制，添加前體 等；控制適宜的溫度和ph,菌體濃度。最后要注意消沫，影響呼吸代謝。 11-6，比較分析鏈霉素，紅霉素，四環(huán)素發(fā)酵工藝控制的異同及其原理。 答：

51、鏈霉素的發(fā)酵工藝過程；1.生產菌種特性 2.種子制備3.發(fā)酵培養(yǎng) 鏈霉素高度好氧，對溫度敏感，鏈霉菌菌絲過長的最適 ph為6.5-7.0,鏈霉素的 發(fā)酵周期約7-8d，必須補料葡萄糖，硫酸銨和氨水，提高發(fā)酵產量。 紅霉素；1.紅霉素生產菌體 2.種子制備 3.發(fā)酵培養(yǎng) 紅霉素生產菌對溫度敏感，最適 ph為6.7-6.9，發(fā)酵周期約150-160h，必須中 間補料。還原糖控制在1.2 % -1.6 %，每隔6h加入葡萄糖。及時補充氮源。 四環(huán)素；1.生產菌體 2. 種子制備 3. 發(fā)酵培養(yǎng)工藝 溫度對四環(huán)素的生產產量影響和改變生物合成途徑的影響較大，菌體生長最適 ph為6.2-6.8，而四環(huán)素合成最適ph為5.8-6.0，發(fā)酵過程對溶解氧敏感，應 該采取措施，增加溶解氧水平。 23