生物制药工艺学实验

浅谈《生物制药工艺学》的教学探索与实践摘要：生物制药工艺学是生物技术制药、制药工程等专业的重要专业课，是一门生命科学和工程技术理论与实践紧密结合的综合性制药工程学科。

笔者结合近几年的教学实践，从生物制药工艺学的教学方法、教学手段和实验教学几个方面进行了总结。

关键词：生物制药工艺学教学方法实践教学中图分类号：g633.91文献标识码：a 文章编号：1673-9795(2012)01(b)-0000-00生物制药工艺学是生物技术制药、制药工程等专业的重要专业课，是从事各类生物药物的研究、生产和制剂的综合性应用技术科学。

该门课程的教学重点在于各类生物药物的制造原理以及操作工艺过程 [1]。

笔者结合近几年的教学实践，从生物制药工艺学的教学方法、教学手段和实验教学几个方面进行了总结。

1 改进教学方法，提高教学质量为了加强生物制药工艺学的教学效果，我们在课堂上常采用启发式教学法来实现教与学的互动，活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力。

所以我们在备课时，须根据教学内容的系统性和学生的认知状态认真备问，设计一些有启发性的问题、有承前启后作用的问题，或设计能体现教学重点难点的问题。

然后在课堂上适时提问，鼓励学生认真思索、相互讨论，请同学大胆发言，老师再对答案加以补充或修改，这样能唤起学生的学习兴趣和主动学习的愿望。

例如在氨基酸类药物生产方法的教学中，上课时播放制药厂车间生产某种氨基酸药物的电教片，其中展示了生产氨基酸药物的反应罐、工业用离心机、干燥装置等各种加工装置及整个加工过程，学生看完后会产生强烈的兴趣，然后给学生提出问题：电教片里播放的反应罐是用来干什么的？为什么加工氨基酸类药物要采用这样的工艺过程？是否可以采用别的生产方法？有什么理论根据？这些问题都需要学生将所学的知识前后联系起来，进行综合分析，才能得出相应的结论。

这样能充分激发学生的思维活动，引导学生自发地对以前学过的知识进行回顾和总结，引导学生从不同角度去分析解决问题，同时还可以提高学生的语言表达能力，这种方法还可使学生对这节课的教学内容有清晰深刻的印象，从而达到理想的教学效果。

《生物制药技术》实验指导实验一金霉素链霉菌培养基的制备（验证型）实验目的：1、学会培养基的配制2、掌握灭菌方法。

实验原理：金霉素链霉菌（Streptomyces aureofaciens）亦称“金色链霉菌”，放线菌门(Actinobacteria)，放线菌纲(Actinobacteria)，放线菌目(Actinomycetales)，链霉菌科(Streptomycetaceae)，链霉菌属(Streptomyces)。

在固体培养基上产生金色色素，故名。

其菌落为草帽型, 菌落直径一般为3～5毫米, 表面较平坦, 中间有隆起。

菌落开始为白色，长孢子后变青色。

在显微镜下可以看到短杆状的菌丝。

抗菌素工业上用以生产金霉素。

放线菌是一类介于细菌与真菌之间的单细胞微生物。

放线菌在土壤中分布最多，大多数生活在含水量较低、有机质丰富和微碱性的土壤中。

多数情况下，泥土中散发出的“泥腥味”就是由放线菌中链霉菌产生的土腥素造成的。

放线菌大都好氧，属于化能异养，菌丝纤细，分枝，常从一个中心向周围辐射生长。

因其生长具辐射状，故名放线菌。

放线菌能像真菌那样形成分枝菌丝，并在菌丝末端产生外生的分生孢子，有些种类甚至形成孢子囊，因而曾被误认是真菌。

但其菌落较小而致密，不易挑取。

不少菌种在医药、农业和工业上广泛应用，可产生抗菌素，现已发现和分离出的由放线菌产生的抗生素多达4 000多种，其中，有50多种抗生素已经广泛地得到应用，如链霉素、红霉素、土霉素、四环素、金霉素、卡那霉素、氯霉素等用于临床治疗人的多种疾病；有些可生产蛋白酶、葡萄糖异构酶；有的用于农业生产，如灭瘟素、井冈霉素、庆丰霉素等。

四环素类抗生素是由链霉菌生产或经半合成制取的一类广谱抗生素。

抗菌谱极广，包括革兰氏阳性和阴性菌、立克次体、衣原体、支原体和螺旋体。

品种主要包括金霉素、四环素和土霉素。

器材：1ml移液枪；铝锅；电炉试剂：NaBr母液（100 g／L）KCl母液（100 g／L）M-促进剂母液（2.5 g／L）实验步骤：1．种子培养基种子培养基(g／L)：可溶性淀粉40，黄豆饼粉20，酵母粉5，蛋白胨5，CaCO34，(NH4)2SO4 3，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.25。

生物制药工艺实验讲义范一文吴晓英目录实验一庆大霉素的液体发酵 (1)实验二离子交换法分离提取庆大霉素 (4)实验一庆大霉素的液体发酵一、实验目的：学习利用液体发酵法制备庆大霉素的原理和操作方法。

二、实验原理：庆大霉素是由放线菌属小单孢菌发酵产生的氨基糖苷类广谱抗生素，对多种革兰氏阴性菌(如大肠杆菌、沙门氏菌等)和金黄色葡萄球菌(包括β-内酰胺酶菌株)具有抗菌作用，在临床上具有广泛的应用。

本实验以紫色小单孢菌作为生产菌株，通过斜面孢子培养、种子液培养、发酵液培养，在优化的发酵条件下发酵生产庆大霉素。

该实验中，庆大霉素的含量测定采用的是磷钨酸钠紫外分光光度法。

磷钨酸钠溶液在紫外光谱的范围内有明显的吸收峰，而且其溶液的浓度在一定的范围内与其吸光度呈线性关系。

当把庆大霉素与已知过量的磷钨酸钠混合后，庆大霉素与磷钨酸钠发生反应生成白色沉淀，滤去沉淀测定其滤液的吸光度，可得未反应的磷钨酸钠量，从而确定庆大霉素的含量，建立标准曲线。

测定发酵液与磷钨酸钠反应后的滤液吸光度，则可从标准曲线上确定发酵液庆大霉素的含量。

三、实验材料与仪器1. 菌种：紫色小单孢菌、短小芽孢杆菌2. 培养基：（1）斜面培养基：高氏合成一号琼脂培养基。

（2）种子培养基（g/100ml)：可溶性淀粉 1.5，葡萄糖 0.5，蛋白胨 0.5，酵母粉 0.5，(NH4)2SO40.05，K2HPO4.3H2O 0.05，NaCl 0.05，MgSO4.7H2O 0.05，CaCO30.1，pH7.5， 121℃灭菌20min备用。

（3）发酵培养基（g/100ml)：可溶性淀粉 5.5，葡萄糖 0.5，黄豆饼粉 3.5，玉米粉 0.5，蛋白胨 0.3， KNO3 0.05，(NH4)2SO40.05，CaCO30.5，CoCl20.0006，甘氨酸 0.01，蛋氨酸 0.02，赖氨酸 0.015，酪氨酸 0.01,pH7.2， 121℃灭菌20min备用。

生物制药工艺学实验报告——摸索双水相萃取酵母蔗糖酶的条件【实验目的】了解双水相萃取的原理；掌握蔗糖酶比活力测定的原理和方法。

【实验原理】一、双水相萃取1.定义：某些高聚物之间或高聚物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会形成互不相溶的两水相系统。

溶液的分相不一定依赖于有机溶剂，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。

在这两相中水分都占很大比例，活性蛋白质或细胞在这种环境中不会失活，但可以不同比例分配于两相，这就克服了溶剂萃取中蛋白质容易失活和强亲水性蛋白质难溶于有机溶剂的问题。

对聚合物而言，由于相对分子质量较大，分子间作用力也较大；高聚物与高聚物形成两相是由于高聚物的不相溶性，聚合物分子量越高，相分离所需浓度越低；高聚物与无机盐溶液也能形成两相是由于盐析作用，盐浓度越高，越易分相。

2.相图：两水相的形成条件和定量关系，常用相图来表示，它是一条双结点线。

系线的长度是衡量两相间差别的尺度，系线越长两相间的性质差别越大，反之则越小。

系线的长度反映了两相密度的差异，两相密度差随着系线长度的增加而增加，相分离加快，但远离临界点的聚合物浓度高，粘度大，也会导致相分离困难，所以在中间组成时，分离速度最佳。

3.影响分配系数的主要因素：聚合物的相对分子质量：在聚合物浓度不变的前提下，当聚合物相对分子质量降低时，其疏水性下降，亲水性蛋白质易分配于富含该聚合物的相中。

聚合物的浓度：当双水相系统的总浓度增大时，两相性质的差别增大，蛋白质趋向一侧分配。

盐类的影响：盐的浓度影响蛋白质疏水性。

4.双水相萃取的优点：双水相系统含水量高，聚合物对蛋白质有稳定作用，为生物活性物质提供了温和的分离环境。

双水相系统界面张力低，蛋白质在两相间达到分配平衡时间短，重现性很好，故可直接放大。

二、蔗糖酶活力测定原理：蔗糖酶可作用于β－1，2糖苷键，将蔗糖水解为D－葡萄糖和D－果糖。

第二部分生物药物制备实验第一节氨基酸及其衍生物类药物实验二十二固定化细胞法生产L-天冬氨酸和L-丙氨酸注：此实验来自项目固定化细胞生产天冬氨酸，丙氨酸（国家攻关课题）的成果【实验目的】1．学习L-天冬氨酸和L-丙氨酸的制备方法。

2．了解酶法生产这两种氨基酸的原理和细胞固定化的原理及优点。

3．掌握固定化细胞的技术。

【实验原理】固定化细胞（Immobilized cell）技术，就是利用物理或化学手段将游离的微生物细胞、动物细胞，定位于限定的空间领域，并使其保持活性且能反复利用的一项技术。

固定化细胞的制备方法主要有以下几种：吸附法、共价交联法、絮凝法、包埋法；交联可以是细胞通过离子相互作用或共价连接到一个表面，也可以是细胞与细胞之间用过天然或化学试剂诱导产生连接；吸附法是细胞通过静电相互作用（范德华力、离子键和氢键）吸附到支持物表面，此法简单价廉，但经常发现有细胞泄露；絮凝法是利用某些微生物细胞具有絮凝形成颗粒的能力而对细胞进行固定化的方法；包埋法是近年来发展迅速的一种新兴固定化细胞技术，它是将细胞捕获在一个保护性基质结构或胶囊中，减少了细胞泄露，因此具有操作简单，对细胞活性影响较小，效率高等特点，是目前细胞固定化研究和应用最广泛的方法之一。

L-天冬氨酸（L-Aspartic acid）是天然存在的重要氨基酸，在食品、医药、日用化工、纺织等行业有着广泛的应用。

L-天门冬氨酸钾、镁盐在细胞代谢中起着重要作用，是钾、镁的有效补充剂，适用于各种心脏病。

在食品方面，L-天冬氨酸作为食品添加剂可改善食品风味，L-天冬氨酸与D-丙氨酸可合成L-天冬酰-D-丙氨酸甲酯（其甜度为蔗糖的150倍），是一种新型甜味剂。

在化工方面，L-天冬氨酸还可以作为制造合成树脂的原料，其衍生物还可以合成量型表面活性剂以及制造化妆品。

工业上生产L-天冬氨酸以往采用化学合成法和微生物发酵法。

随着固定化酶和固定化细胞技术的不断完善和发展，人们开始改用含有天冬氨酸酶的固定化细胞直接将延胡索酸铵转化成L-天冬氨酸来实现工业化生产。

实验一芦丁的提取精制与鉴定芦丁（Rutin）亦称芸香苷（Rutinoside），在植物界广泛存在，其中以槐米、荞麦叶、蒲公英和烟叶中含量较多，可作为提取芦丁的原料。

槐花米系豆科植物Sophora japonica 的未开放花蕾，具有调节毛细血管渗透性之作用，临床用作毛细血管止血药，如复方芦丁，也作为高血压的辅助治疗药物。

除此之外，还可作为制药原料，用于制造槲皮素（Quercetin）、羧乙基槲皮素、羧乙基芦丁、二羧丙基芦丁、β-乙基吗啡芦丁、6-而乙基氨基芦丁等。

槐花米中芦丁的含量高达12%~16%,另含少量皂苷。

芦丁水解后得到槲皮素，皂苷水解后可得到白桦酯醇（Betulin）及槐花二醇（Sophoradiol）。

芦丁为淡黄色细小针状结晶，含三个结晶水，熔点177~178℃。

；芦丁溶于热水（1:200），难容于冷水（1:8000）；溶于热甲醇（1:7），冷甲醇（1:100）；热乙醇（1:30），冷乙醇（1:300），难溶于乙酸乙酯、丙酮，不溶于苯、三氯甲烷、乙醚及石油醚等溶剂。

易溶于碱液中呈黄色，酸化后又析出。

其结构如下图：一、实验目的1、通过芦丁的提取与精制掌握碱酸法提取黄酮类化合物的原理及操作。

2、通过芦丁的结构检识，了解苷类结构研究的一般程序和方法二、实验原理芦丁为浅黄色粉末或极细的针状结晶，含有三分子的结晶水。

溶解度：冷水1:10000；热水1:200；冷乙醇1:650；热乙醇1:60；冷吡啶1:12。

微溶于丙酮、乙酸乙酯，不溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚，溶于碱而呈黄色。

芦丁为黄酮苷，分子中具有酚羟基，显酸性，可溶于稀碱液中，在酸液中沉淀析出，可利用此性质进行提取分离。

利用芦丁易溶于热水、热乙醇，较难溶于冷水、冷乙醇的性质选择重结晶方法进行精制。

三、实验器材研钵，500mL烧杯，广泛试纸，四层纱布，滤纸，漏斗，10mL试管，5mL移液管，波棒，洗耳球，温控烘箱石灰乳，浓盐酸，镁粉，10%α-萘酚乙醇溶液，浓硫酸，乙醇，2%二氯氧锆甲醇溶液，2%柠檬酸甲醇溶液四、实验流程pH8～9滤液药渣10分钟，维持pH8～9×）pH至4～560℃）干燥，称重。

生物制药工艺学实验指导（12个实验，36学时）焦飞生物技术教研室实验一健胃消食片配方及片剂的制备一、实验目的1.掌握压片机压片的方法及影响片剂成型的主要因素；2.学会片剂处方的调配。

二、实验材料和仪器太子参，陈皮，山药，麦芽（炒），山楂，蔗糖粉，糊精，硬脂酸镁，粉碎机，干燥箱，制片机三、实验原理健胃消食片为内科伤食类非处方药品，主治健胃消食，用于脾胃虚弱，消化不良，脾胃虚弱所致的食积，症见不思饮食，暖腐酸臭，脘腹胀痛。

健胃消食片的配方如下，太子参228.6g，陈皮22.9g，山药171.4g，麦芽（炒）171.4g，山楂114.3g，蔗糖糊精适量，值得片剂为淡棕黄色的片或薄薄膜片，气略香，味微甜，酸。

制作方法：太子参半量与山药粉碎成细粉，其余陈皮三味药及剩余的太子参置于烧杯，加3倍量水，煎煮1小时，滤过，合并两次煎液，减压浓缩至浸膏，干燥。

将蔗糖粉糊精和生药粉以3：1：1的混合粉与浸膏混合制成软材，软材的软硬应适当，以“手握成团，轻压则散”为宜。

采用挤出制粒的方法制成颗粒，颗粒在60-80摄氏度干燥，干燥时应逐渐升温，以免因颗粒表面干燥过快结成硬壳而影响内部水分的蒸发。

颗粒整粒后加入1％硬脂酸镁混合后压片。

四、实验步骤1.称取太子参22.8g，陈皮2.3g，山药17.1g，山药17.1g，麦芽17.1g，山楂11.4g2.太子参山药用粉碎机粉成细粉。

3.将上述药材放入烧杯中，加入3倍量的水，煎煮半小时，重复两次，将上清液合并，减压浓缩至浸膏，将所得浸膏放入烘箱中80度干燥。

4.将蔗糖粉糊精和干燥后的粉末以3：1：1的比例混合制成颗粒软材，将软材放入烘箱中逐渐升温干燥。

5.干燥后的软材加入1％硬脂酸镁放入压片机中压片。

实验二溶菌酶结晶的制备一、实验目的1.掌握盐析法提取蛋白质的原理和过程；2.学会溶菌酶的结晶和精制方法。

二、实验材料与仪器新鲜鸡蛋，氯化钠，1 mol/L 氢氧化钠溶液，醋酸缓冲液，烧杯，玻璃棒，布氏漏斗，干燥箱。