微生物发酵制药技术的应用

微生物发酵制药技术的应用

高来平

山东齐发药业有限公司

摘要：微生物发酵技术是一种通过精准控制微生物的生存环境并借助微生物的自然发酵过程产生的代谢产物(包括初级代谢产物和最终代谢产物)再进行精制最终得到产品为人所用的技术。而制药行业作为需要高度复杂化学物质的行业，对于微生物发酵技术的应用也持包容态度，目前正在大力发展。本研究将从微生物发酵制药技术分析、微生物发酵(代谢)制药的具体品类和微生物发酵制药技术的具体应用三个方面进行有关阐述。

关键词：微生物；发酵制药；技术应用

前言：人类社会对微生物的态度从感到未知恐惧到了解认识再到广泛应用。经过人们长时间对微生物的研究，现如今，微生物被广泛应用到我们生活的各方面，在许多行业中发挥着重要作用。而作为被人们所发现的微生物发酵过程，即微生物通过自身代谢获得相应产物，目前随时代发展被应用到制药领域，并很大程度上推动了产业的进步。

1.微生物发酵制药技术分析

1.1微生物发酵制药技术的发展过程

微生物发酵制药技术的发展首先要从微生物开始探讨。1676年列文虎克根据多年前由一名眼镜工匠发明的显微镜进行改造并用以实验且最终发现了微生物的存在。之后几百年便是科学家关于因不同微生物而产生的不同现象所做出的研究。微生物发酵制药技术真正开始蓬勃发展是在20世纪40年代。第二次世界大战的爆发所带来的刺激使得人们开始寻找快速大量生产青霉素的方法并因此发现了可以通过微生物制造。之后该项技术不断发展才能带来发酵制药品类丰富，药品功能强大的今天。

1.2微生物发酵制药技术的基本原理与优势

微生物发酵制药技术是通过微生物的发酵产生的物质进行一定程度上的加工提纯生成一系列药品的一项技术。基本原理便是利用微生物的发酵。基于不同种类微生物的不同发酵方式，发酵制药的技术也可大致分为厌氧、好氧、和兼性厌氧三种。微生物发酵制药技术相对于传统的纯化工人为制药技术相比有着反应条件更为温和(相比于传统化工通常所需的高温高压的环境)、减少使用甚至于不适用价格高昂的金属催化剂、更易控制反应环境、降低生产成本等众多优势。正是这些优势使得微生物发酵制药技术能获得大力支持。

1.3 微生物发酵制药技术的发展前景

微生物发酵制药技术不仅因为其自身独有的众多优势使得它的发展前景较为光明。另一方面的原因是传统的化工制药技术逐渐变得不再适应当今时代更为复杂的制药需求。传统的化工制药技术较发酵制药技术控制成本的能力也更弱。尽管微生物发酵制药技术中的深层微生物发酵制药技术所需要的反应设备、反应环境较为苛刻，但从整体来看，该项技术的发展还是利大于弊的。

2.微生物发酵(代谢)制药的具体品类

2.1代谢产物制药

除了学习相关方面知识的人，少有人知的一件事是生活中很多在药店、医院非常常见的药品都是由微生物代谢产生的。维生素、核酸类药品、氨基酸等都属于代谢产生的药物。代谢产物包括但不限于多糖、脂类、维生素、氨基酸、核苷酸。微生物的代谢包括分解代谢和合成代谢两种方式。代谢产物会随着微生物菌种的生长而产生。而这会不可避免地带来一个棘手的问题：如何高效地分离代谢产物与发酵产物。人们反复地实验调整反应环境，使得反应情况可以如中学时期学到的反应平衡般通过调整催化剂温度等参数后让代谢产物的产量达到最大值。调整代谢产物与发酵产物之间的比重之后，分离代谢产物便降低了操作难度。

2.2酶发酵制药

通过酶发酵制成的最为人熟知的药品便是青霉素。青霉素属于抗生素的一种，在第二次世界大战期间救治了无数民众的生命。抗生素这一类别药物大部分都可以通过酶发酵技术制成。在漫长的研究酶发酵过程中，科学家发现酶发酵产生的药物大多具有较其他发酵技术更具有特殊作用的药物。也因此酶发酵制药技术成为了微生物发酵制药技术中发展较为成熟的一种技术。而酶发酵制药需要通过特定的抑制剂获得较往常不同的发酵产物以制成药品，这便要求反应环境更为特殊严格才可成功制药。

2.3菌体发酵制药

提到菌体发酵制药技术，其实在自然界中便已经存在。冬虫夏草、茯苓等都属于菌体发酵产生的药物。由此可见，菌体发酵是众多微生物发酵制药技术中最为传统古老的一种发酵制药技术。菌体发酵制药技术的一个显著特点便是发酵过程人为控制难度低。部分由菌体发酵制成的药品甚至只需要在流程开始时控制好温度湿度便可静静等待获得成品。

2.4转化发酵制药

转化发酵制药技术相对于其它发酵制药技术更为“年轻”，因为这项技术的诞生与先进的现代科技是脱不了干系的。转化发酵通过先进的智能化控制反应环境从而针对性地获取想要得到的药品，实现专门化加工生产。

3.微生物发酵制药技术的具体应用

3.1确定培养基

培养基之于微生物便如同土壤之于植物。因此恰当地针对不同种类的微生物选择不同类型的培养基的重要性可见一斑。无论是什么类型的培养基，都首先要满足一项基本要求，那便是保证无菌环境，这项要求对于微生物的培养更是关键。而剩下的工作便是有条理地对于每种微生物进行适合的营养物质的配备。至此，关于确定培养基的部分才正式完成。

3.2微生物的菌种制备

菌种的制备如果出现差错，那么会无法避免地出现培养结果不尽人意、微生物生产效率低下等问题。需要注意的是，菌种的培养虽都在实验室中进行，但之后的培养环节都在生产车间中进行，在一次次的生产之后，最先培育的优良的菌种可能会因此出现未知的变化。为了尽早地发现问题并加以解决，应当以一个固定的时间周期对菌种和生产环境进行质量检验。

3.3微生物的种子培养

种子需要发育到一定规模才能够移植到发酵环境中。否则少量种子自身可能会难以抵抗发酵环境的少量干扰，从根源上降低了产品产率。种子需要稳定适合的生存环境才会大量繁殖，所以环境需要时刻监控。

3.4微生物的发酵

这里的发酵环节其实便是培养好的种子继续在发酵环境下不断繁殖生长的环节。为了不让种子收到外来其它各种因素的影响，整个发酵环境需要始终保持无菌状态，且必须要做到24小时时刻监控发酵环境的各项参数以及种子的生长情况。一旦无菌状态被破坏，整个微生物发酵的过程都会被外界因素所干扰，致使杂菌分布、产率降低。

3.5生产结束之后的无害化处理

制药行业的生产过程必然是具有一定污染性的，这也是为什么生产过程始终处于严密监控的原因之一(当然包括的还有药品制成所需的严苛的反应环境)。整个生产过程行业贯彻的是尽量能将所有副产物合理利用以增加经济效益和降低对环境的污染。但限于技术，持续利用程度很难达到100%。这便需要对外排放。具体步骤便是根据污染程度进行废料的初步分拣，之后再对各种废料进行针对性处理如焚烧、卫生填埋、填海等方法以求最小程度上的污染。

结语：在能够预见的未来，微生物发酵制药技术会有更为广阔的应用空间和更为强大的实用程度。微生物发酵制药技术的不断发展能够节约制药成本、降低研发新型药品成本、缩短制药周期、解决更多还未被解决的疑难病症。但需要时刻铭记的是发展微生物发酵制药技术的同时也要做好配套设备和制药环境的准备工作，即随着时代的进步加之以智能一体化制药环境控制等先进技术。长此以往，医药行业从业人员应用该项技术能够提高效率，事半功倍。

参考文献：

[1] 白立勇,葛新霞,王建华.微生物发酵制药技术[J].化工设计通讯,2020年10月第46卷第10期:148-149.

[2] 解蕙铭.微生物发酵制药技术的应用研究[J].化工管理，2020年7月：107-108.