第一篇 生物药物发酵工艺 3
第一章 绪论 3
一、生物制药的发展历程 3
二、生物制药工艺的改进与创新 4
三、生物制药产品的类别 5
四、生物制药的工艺过程 7
复习思考题 8
第二章 微生物代谢产物的生物合成与调控 9
第一节 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 9
三、初级代谢产物与次级代谢产物的关系 12
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 16
四、甲羟戊酸及其衍生物 19
五、环多醇和氨基环多醇 20
六、碱基及其衍生物 21
七、莽草酸及其衍生物 22
八、吩噁嗪酮 22
第三节 次级代谢产物的生物合成过程 24
一、构建单位的合成 24
二、构建单位的连接 24
三、母核合成后的修饰 24
第四节 次级代谢产物生物合成的调控 25
一、酶合成的诱导调节 25
二、反馈调节 26
三、磷酸盐调节 26
四、碳分解产物调节 30
五、氮分解产物调节 31
六、菌体生长速率的调节 33
七、化学调节因子的调节 33
八、控制次级代谢产物生物合成的因素 34
复习思考题 34
第三章 菌种选育的理论与技术 36
第一节 概述 36
一、菌种选育的目的 36
二、菌种选育的基本理论 38
第二节 自然选育 42
一、自然选育的一般过程 42
二、自然选育的操作方法 42
第三节 诱变育种 43
一、常用的诱变剂 43
二、诱变处理过程 49
三、突变菌株高产基因的表达 61
第四节 杂交育种 61
一、细菌的杂交育种 61
二、放线菌的杂交育种 62
三、霉菌的杂交育种 63
第五节 原生质体育种 65
一、原生质体的制备 65
二、原生质体再生 66
三、原生质体融合育种 67
四、原生质体诱变育种 69
第六节 核糖体工程育种 69
一、核糖体工程的作用机制 69
二、提高代谢产物的产量 70
三、产生新的代谢产物 70
第七节 分子育种 71
一、提高代谢产物产量 71
二、改善代谢产物组分含量 75
三、改进代谢产物生产工艺 79
四、产生新的代谢产物 80
复习思考题 81
第四章 菌种保藏 83
第一节 菌种保藏的目的和管理规程 83
一、菌种保藏的目的 83
二、菌种保藏的管理规程 83
三、菌种的生物安全性分类 83
四、菌种的防护级别 84
第二节 菌种保藏的原理、方法及要点 84
一、菌种保藏的原理 84
二、菌种保藏的方法 84
三、菌种保藏的注意事项 89
第三节 国内外菌种保藏机构 90
复习思考题 91
第五章 培养基 92
第一节 培养基的成分 92
一、碳源 92
二、氮源 93
三、磷源和硫源 95
四、无机离子 96
五、生长因子 97
六、前体 97
七、诱导物 98
八、促进剂和抑制剂 98
九、水分和氧气 99
第二节 培养基的种类 99
一、合成培养基和复合培养基 99
二、固体培养基和液体培养基 99
三、孢子培养基、种子培养基、发酵培养基和补料培养基 100
第三节 培养基的设计和筛选 101
一、培养基的设计 101
二、培养基的筛选与优化 102
第四节 影响培养基质量的因素 111
一、原材料质量 112
二、水质 113
三、灭菌 113
四、培养基黏度 113
复习思考题 113
第六章 灭菌与除菌 115
第一节 主要的灭菌与除菌方法及原理 115
一、高温灭菌 115
二、过滤除菌 116
三、化学消毒和灭菌 116
四、其他灭菌方法 117
第二节 培养基和发酵设备的灭菌 118
一、培养基的灭菌方法 118
二、培养基灭菌的影响因素 121
三、发酵罐与发酵辅助设备 125
四、发酵设备的灭菌方法 126
第三节 空气除菌 126
一、空气过滤除菌的原理 127
二、空气过滤器 129
三、空气过滤除菌的工艺流程 131
第四节 无菌检查与染菌的处理 132
一、无菌检查 132
二、染菌原因的分析 133
三、制服染菌的要点 134
四、污染杂菌的处理 135
五、污染噬菌体的处理 136
复习思考题 137
第七章 生产种子的制备 138
第一节 种子的制备过程 138
一、生产用种子应具备的条件 138
二、生产种子的制备过程 138
第二节 孢子的制备 139
一、孢子制备工艺 139
二、孢子制备过程中的要点 140
第三节 种子的制备 141
一、摇瓶种子的制备 141
二、种子罐种子制备 141
第四节 种子质量控制与分析 142
一、影响孢子质量的因素与控制 142
二、影响种子质量的因素与控制 144
第五节 生产种子制备实例 146
复习思考题 148
第八章 发酵过程与控制 149
第一节 概述 149
一、发酵过程的复杂性 149
二、发酵过程控制的必要性 149
三、发酵过程控制的模式 150
第二节 微生物的发酵类型 150
一、按投料方式分类 150
二、按与氧的关系分类 151
三、按发酵动力学参数的关系分类 152
第三节 发酵过程的工艺参数控制 153
一、物理参数 153
二、化学参数 154
三、生物参数 157
第四节 发酵过程中的代谢变化 158
一、初级代谢产物发酵 158
二、次级代谢产物发酵 159
三、代谢曲线 161
第五节 菌体浓度的影响及其控制 161
一、影响菌体浓度的因素 161
二、菌体浓度对发酵产量的影响 162
三、最适菌体浓度的确定与控制 162
第六节 营养基质的影响及其控制 164
一、碳源的影响与控制 164
二、氮源的影响与控制 165
三、磷酸盐的影响与控制 166
第七节 温度的影响及其控制 167
一、温度对发酵的影响 167
二、影响发酵温度变化的因素 167
三、发酵温度的控制 168
第八节 pH的影响及其控制 169
一、pH对发酵的影响 169
二、发酵pH的变化 170
三、发酵pH的确定与控制 171
第九节 溶解氧的控制 173
一、发酵过程中氧的需求 173
二、氧在溶液中的传递 176
三、影响供氧的因素 178
四、溶解氧、摄氧率和液相体积氧传递系数K L a的测定 180
五、溶解氧的控制 183
第十节 发酵过程的补料控制 186
一、补料的作用 186
二、补料的方式和控制 187
第十一节 泡沫的影响及其控制 188
一、泡沫的性质与类型 188
二、泡沫对发酵的影响 188
三、影响泡沫形成的因素 188
四、泡沫的控制 189
五、常用的消泡剂 190
六、消泡剂的增效措施 191
第十二节 发酵终点的控制 191
一、从有利于提高经济效益的角度考虑 191
二、从有利于提高产品的质量的角度考虑 191
复习思考题 192
第九章 基因工程菌发酵 193
第一节 基因工程菌概述 193
一、基因工程菌的特点 193
二、基因工程菌在医药领域中的应用 193
第二节 基因工程菌的构建 194
一、目的基因的获取 195
二、宿主的选择 195
三、载体的选择 196
四、构建重组基因工程菌 197
五、外源基因表达常见的问题 198
第三节 基因工程菌的生长周期与发酵动力学 198
一、基因工程菌的生长周期 198
二、基因工程菌的发酵动力学 199
三、基因工程菌的不稳定性及其控制 200
第四节 基因工程菌的发酵过程控制 201
一、基因工程菌发酵条件的控制 201
二、基因工程菌的培养方式 202
三、基因工程菌的高密度发酵技术 203
第五节 基因工程菌发酵过程的放大 205
一、发酵过程的优化 205
二、发酵设备的选型 206
三、发酵过程的放大 207
复习思考题 208
第十章 生物催化 209
第一节 生物催化反应概述 209
一、生物催化发展史 209
二、生物催化的特点 210
三、生物催化的常用方法与反应体系 211
第二节 生物催化反应类型及其在药物合成中的应用 214
一、氧化酶及其在药物合成中的应用 215
二、还原酶及其在药物合成中的应用 222
三、水解酶及其在药物合成中的应用 224
四、氨基转移酶及其在药物合成中的应用 226
五、醛缩酶及其在药物合成中的应用 228
六、其他酶及其在药物合成中的应用 229
第三节 工业生物催化反应实例 229
一、阿托伐他汀重要中间体的工业生物催化制备案例 229
二、西格列汀重要中间体的工业生物催化制备案例 232
三、小结与展望 233
复习思考题 233
第二篇 生物药物分离纯化工艺 237
第十一章 生物制药的分离纯化概论 237
一、生物制药中分离纯化的重要性和技术特点 237
二、生物药物分离纯化的一般工业过程和单元操作 239
三、生物药物分离纯化的发展方向 244
复习思考题 246
第十二章 液固分离 247
第一节 概述 247
第二节 物料性质 247
一、固体颗粒的性质 247
二、液体的性质 249
三、悬浮液的性质 249
第三节 过滤分离 250
一、过滤的基本概念和分类 250
二、滤饼过滤 251
第四节 离心分离 255
一、离心分离的原理 255
二、离心分离的操作和基本计算 256
三、离心沉降设备 257
第五节 固液分离技术在生物制药过程中的应用 260
一、发酵液的过滤分离 260
二、活性炭与脱色后药液的过滤 260
三、结晶体的过滤／离心分离 260
复习思考题 261
第十三章 膜分离法 262
第一节 分类和定义 262
第二节 表征膜性能的参数 263
第三节 分离机制 265
第四节 膜两侧溶液间的传递方程式——浓差极化-凝胶层模型 267
第五节 影响因素及应用 268
一、影响膜的因素 269
二、膜过滤装置 270
三、超滤过程的操作方式 272
四、膜的污染与清洗 273
五、应用举例 274
复习思考题 276
第十四章 溶剂萃取法 277
第一节 溶剂萃取的理论基础 277
一、萃取体系 277
二、溶剂提取的分配定律 277
三、表征溶剂提取的重要参数 279
第二节 工业上常用的萃取方法 280
一、单级萃取 280
二、多级错流萃取 281
三、多级逆流萃取 282
第三节 影响溶剂萃取的因素 283
一、影响溶剂萃取的内部因素 283
二、影响溶剂萃取的外部因素 284
第四节 乳化和破乳化 285
一、化学破乳法 286
二、物理破乳法 287
三、其他破乳方法 287
第五节 溶剂回收 288
一、单组分溶剂的回收 288
二、低浓度溶剂的回收 288
三、回收与水部分互溶并形成恒沸混合物的溶剂 288
四、回收完全互溶的混合溶剂并不形成恒沸混合物 288
第六节 液固萃取 289
第七节 溶剂萃取法的工业实例 289
第八节 新型溶剂萃取技术 291
一、超临界流体萃取 291
二、液膜萃取 296
三、离子液体萃取 298
复习思考题 300
第十五章 双水相萃取法 301
第一节 双水相萃取法概述 301
一、水溶性高聚物相系统 301
二、双水相萃取的基本概念 302
三、相图 303
第二节 双水相萃取理论 305
一、布朗运动和界面张力引起的粒子分配 305
二、分配系数与活度的关系 305
三、相系统的道南电位 305
第三节 影响双水相萃取的因素 306
一、成相高聚物浓度——界面张力 307
二、成相高聚物的分子量 307
三、电化学分配（electrochemical partition）——盐类的影响 307
四、生物亲和分配 308
五、疏水效应 309
六、温度及其他因素 310
第四节 双水相萃取的应用 311
一、双水相分配进行粒子浓缩 311
二、双水相体系萃取胞内酶 312
三、双水相酶法 313
四、双水相萃取干扰素的工业规模实例 313
第五节 双水相萃取技术的发展 313
一、廉价双水相体系的开发 314
二、双水相亲和分配（affiinity partition） 314
三、液体离子交换剂（liquid iou exchanger） 315
复习思考题 315
第十六章 离子交换分离法 316
第一节 离子交换树脂的基本概念 316
第二节 离子交换树脂的分类及理化性能 317
一、分类 317
二、命名 321
三、理化性能 322
第三节 离子交换过程的理论基础 327
一、离子交换平衡方程式 327
二、离子交换速度 329
三、离子交换过程的运动学 331
第四节 离子交换过程的选择性 332
一、离子的水化半径（水合离子半径） 333
二、离子的化合价 334
三、溶液的pH（酸碱度） 334
四、交联度、膨胀度、分子筛 334
五、树脂和交换离子之间的辅助力 335
六、有机溶剂的影响 336
第五节 大网格离子交换树脂 336
第六节 树脂和操作条件的选择及应用实例 338
一、树脂和最适操作条件的选择 338
二、应用举例 339
第七节 软水和无盐水制备 340
一、软水制备 340
二、无盐水制备 340
第八节 离子交换法分离蛋白质 343
一、蛋白质的离子交换平衡及动力学 343
二、适用于分离纯化蛋白质的离子交换剂 344
三、应用实例 345
复习思考题 345
第十七章 吸附分离法 347
第一节 吸附过程的理论基础 347
一、基本概念 347
二、吸附的类型 348
三、吸附力的本质 348
四、吸附等温线 349
五、影响吸附过程的因素 350
第二节 大孔吸附树脂 351
一、大孔吸附树脂的吸附机制 351
二、大孔吸附树脂的类型和结构 351
三、大孔吸附树脂的物理性能 354
四、大孔吸附树脂法分离的操作方法 355
第三节 其他常用吸附剂 357
一、硅胶 357
二、活性炭 357
三、氧化铝 358
四、硅藻土 358
五、沸石 358
第四节 吸附分离法的应用 359
一、大孔吸附树脂在生物制药分离和纯化上的应用 359
二、硅胶吸附在生物制药分离和纯化上的应用 363
三、活性炭吸附在生物制药分离和纯化上的应用 363
四、氧化铝吸附在生物制药分离和纯化上的应用 364
复习思考题 364
第十八章 沉淀分离法 365
第一节 概述 365
第二节 盐析法 365
一、基本原理 365
二、影响因素 366
三、基本操作 367
第三节 有机溶剂沉淀法 367
一、基本原理 367
二、影响因素 368
三、有机溶剂的选择 369
第四节 其他沉淀法 369
一、有机酸沉淀法 369
二、选择性变性沉淀法 370
三、高分子聚合物沉淀法 370
复习思考题 371
第十九章 色谱分离法 372
第一节 概述 372
第二节 凝胶色谱 372
一、基本原理及特点 372
二、凝胶的特性与种类 373
三、参数选择与操作过程 375
第三节 亲和色谱 376
一、基本原理及特点 376
二、亲和介质 376
三、操作及分类 378
第四节 疏水相互作用色谱 380
一、基本原理及特点 381
二、疏水分离介质 382
三、影响因素 383
四、疏水色谱操作 383
五、疏水色谱应用 384
第五节 其他色谱技术 384
一、制备型超临界流体色谱 385
二、逆流色谱技术 385
三、置换色谱 386
四、径向膜色谱 386
复习思考题 387
第二十章 结晶 388
第一节 结晶过程及理论基础 388
一、结晶过程是表面化学反应过程 388
二、结晶过程 389
三、影响结晶过程的因素 393
第二节 结晶的方法 394
一、过饱和溶液的形成 394
二、新的结晶方法 396
第三节 提高晶体质量的途径 397
一、晶体大小 397
二、晶体形状 400
三、晶体纯度 400
第四节 工业生产实例 403
一、化学反应结晶 403
二、温度诱导结晶 403
三、溶析结晶 404
四、蒸发结晶 404
五、等电点结晶 404
六、共沸蒸馏结晶 405
七、复合法结晶 405
八、重结晶 406
复习思考题 406