生物制药工艺学复习题

2. 初级（次级）代谢产物的定义及其特点是什么？

初级代谢产物（primary metabolite）

   指的是与微生物的生长繁殖有密切关系的代谢产物.

   包括：氨基酸、蛋白质、核酸、维生素等。

初级代谢产物的特点包括：

①菌体生长繁殖所必需的物质；

②各种微生物所共有的产物；

③严格、不积累多余的初级代谢产物。

次级代谢产物（ secongdary metabolite）

   指的是与微生物的生长繁殖无关的代谢产物。

   包括抗生素、色素、生物碱、毒素、酶的抑制剂等。

次级代谢产物的特点：

①不同的菌种产生不同的次级代谢产物；

②同一菌种在不同生长阶段产生不同的代谢产物；

③次级代谢产物往往是多组分的混合物。

3. 菌种选育的目的是什么？

（一）提高发酵产量；

（二）改进菌种的性能；

（三）产生新的发酵产物；

（四）去除多余的组分。

4. 常用诱变剂有哪些？应用时有哪些注意事项？

（一）物理诱变剂

   紫外线、X射线、γ射线、快中子、激光、电磁波、宇宙射线等

（二）化学诱变剂

      烷化剂    脱氨剂    羟化剂     移码诱变剂

（三）生物诱变剂

（四）常用诱变剂

1. 紫外线2.亚硝基胍（NTG）3.硫酸二乙酯4.亚

（五）新型诱变剂

激光

微波

离子注入

高能电子流

5. GMP中对无菌药品的相关规定有哪些？

    无菌药品是指法定药品标准中列有无菌检查项目的制剂和原料药，包括无菌制剂和无菌原料药。

洁净度级别及监测

A级：高风险操作区

B级：指无菌配制和灌装等高风险操作A级洁净区所处的背景区域。

C级和D级：指无菌药品生产过程中重要程度较低操作步骤的洁净区。

100级

10,000级

100,000级

300,000级

6. 培养基连续灭菌的工艺流程包括哪些？其特点是什么？

1. 连消-喷淋冷却连续灭菌流程

●培养基输入连消塔的速度＜0.1m/min；

●灭菌温度为132℃；

●停留时间20-30s。

●维持时间5-7min

2. 喷射加热-真空冷却连续灭菌流程

●适合高温灭菌；

●稀释培养基；

●培养基黏度影响；

●安装使用不便。

3. 板式换热器连续灭菌流程

7. 常用空气过滤器有哪些类型？其适用范围是什么？

空气过滤器

（一）棉花活性炭过滤器

     填充层厚，体积大，吸收油水能力强，一般作为空气总过滤器用

（二）平板式超细纤维过滤器

占地小，装卸方便，介质机械强度差，易破损，广泛用作分过滤器。

（三）金属烧结管过滤器

介质薄，孔径均匀稳定，机械强度高，使用寿命长，耐高热，气体阻力小，安装维修方便。易出现密封不良，易被污染。使用范围广。

（四）微孔膜过滤器

体积小，处理量大，压降小，除菌效率高，价格贵，膜易污染。一般做分过滤器。

8. 无菌检查的方法有哪些？如何进行染菌判断？

无菌检查的方法

 显微镜检查法

 平板划线培养检查法

 肉汤培养检查法

染菌的判断

 酚红肉汤培养基和平板培养的反应为主，以镜检为辅。

 2份酚红肉汤和1份平板同时培养，定量取样。

 连续3段时间的酚红肉汤或平板发生变化，则判断为染菌。

9. 菌种保藏方法有哪些？如何选用？

（一）斜面保藏法

（二）液体石蜡保藏法

（三）沙土管保藏法

（四）麸皮保藏法

（五）冷冻干燥保藏法

（六）液氮超低温保藏法

（七）甘油保藏法

（八）孢子滤纸保藏法

总之，在上述保藏方法中，斜面保藏法、液体石蜡保藏法最为简便，沙土管保藏法、麸皮保藏法和甘油保藏法次之，以冷冻干燥保藏法和液氮超低温保藏法最为复杂，但其保藏效果最好。

10. 泡沫对发酵的不利影响有哪些？如何消沫？

1)影响发酵罐的装料系数，降低发酵产量；

2)泡沫过多时容易逃液，发酵液从排气管路或轴封处溢出，增加染菌机会；

3)影响气体的交换和氧的传递；

4)部分发酵液粘到罐壁上失去作用，影响放罐体积和产量；

5)停止搅拌和通气，造成菌体缺氧，导致代谢异常。

机械消沫（消沫桨）

    节省原料，减少染菌机会，辅助方法。

消沫剂消沫

    表面活性剂    消沫剂应具备的条件

选育不产生流态泡沫的菌种

11. 控制发酵液中溶氧的方法有哪些？

1　通过提高搅拌转速或通气流速；

2　降低发酵液黏度；

3　控制菌浓；

4　控制补料速度。

12. 生物技术下游加工过程的特点有哪些？

有效成分浓度低，杂质含量高，需多步分离；

有效成分不稳定，分离需谨慎；

批次间存在差异；

事关人命。

13. 凝聚及絮凝的定义是什么？

在某些电解质作用下，使扩散双电层的排列电位降低，破坏胶体系统的分散状态，而使之凝聚的过程。

某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

14. 细胞破碎的方法及其原理是什么？选用原则是什么？

（一）机械法

     特点：处理量大、破碎效率高、速度快、工业上常用手段。

     原理：挤压、剪切

（二）非机械法

1. 化学法2. 酶解法3. 物理法

细胞破碎的一般原则：若提取的产物在细胞质内，需用机械破碎法；若在细胞膜附近则可用较温和的非机械法；若提取的产物与细胞膜或壁相结合时，可采用机械法与化学法相结合的方法，以促进产物溶解度的提高或缓和操作条件，但保持产物的释放率不变。

15. 乳化是生物制药中常见现象，试论述破乳的方法及其原理。

加入表面活性剂：改变界面张力，使乳状液转型，但控制条件使转型不成功，则破乳。

电解质中和法：中和乳浊液分散相所带的电荷，促使其聚凝沉淀，同时增加两相比重差，便于分离。

吸附法破乳：利用吸附介质对油水吸附能力差异进行破乳。碳酸钙或无水碳酸钠作为吸附剂

高压电破乳：机理较复杂，破坏扩散双电层

加热：布朗运动加速，絮凝速度加快，降低黏度，聚结速度加快，利于膜的破裂。

稀释法：加入连续相，使乳化剂浓度降低而减轻乳化。

其他途径：

16. 什么是夹带剂？夹带剂对超临界流体萃取的影响有哪些？

 提携剂、共溶剂、修饰剂

增加溶解度，可降低萃取压力；

可增加萃取过程的分离因素；

可单独通过改变温度达到分离析出的目的。

17. 超临界流体萃取的特点有哪些？

具有广泛的适应性；

萃取效率高，过程易于调节；

分离工艺流程简单；

适用于化学不稳定性物质的分离；

设备技术要求高。

18. 双水相萃取技术的原理及特点是什么？

双水相萃取技术(Aqueous two-phase extraction，ATPE) 是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起，由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性形成两相的新型分离技术。

双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，互相无法渗透，不能形成均一相，从而分相。

两相间的界面张力小，易分散，有利于强化相际间的物质传递；

操作条件温和，可以在常温常压下进行，有助于保持生物活性；

传质和平衡速度快，回收率高，分相时间短，能耗较低，而且可以实现快速分离；

大量杂质能够与所有固体物质一起去掉，使整个分离过程更经济；

含水量高，不会引起生物活性物质失活或变性；

一般不存在有机溶剂的残留问题，对人体无害，对环境污染小；

易于连续化操作， 设备简单，并且可直接与后续提纯工序相连接；

分配过程影响因素较多，可以采取多种手段来提高分配选择性或过程收率。

易乳化，部分相分离时间长，成本高，黏度大，回收困难。

19. 离子交换树脂的分类、其预处理及再生方法是什么？

1．骨架的主要成分（聚苯乙烯、聚丙烯酸）

2．聚合的化学反应（共聚、缩聚）

3．骨架的物理结构（凝胶、大孔、均孔）

4．活性基团（酸性、碱性）

（1）强酸性阳离子交换树脂

（二）弱酸性阳离子交换树脂

（三）强碱性阴离子交换树脂

（四）弱碱性阴离子交换树脂

新树脂预处理具体方法： 

①用10％NaCl溶液浸泡8-12h，用洁净水反洗树脂层，展开率为50~70%，直至出水清澈、无气味、无杂质、无细碎树脂为止。

②用约2倍树脂体积的4~5%HCl，以2m/h流速通过树脂层。全部通入后，浸泡4--8小时，排去酸液，用洁净水冲洗至出水呈中性。冲洗流速为10~20m/h。

③用约2倍树脂体积的2~5%NaOH溶液，按上面进HCl的方法通入和浸泡。排去碱液，用洁净水冲洗至出水呈中性。流速同上。

④酸、碱溶液重复进行2-3次，可获得最佳效果。

⑤钠型最后一次用NaOH处理，氢型最后一次HCl处理。碱型最后一次用NaOH处理，氯型最后一次HCl处理。

再生过程：

①去杂：大量水冲洗，去除树脂表面和孔隙内杂质。

②酸碱处理：除去与官能团结合的杂质。恢复静电吸附能力。

酸性阳离子树脂  酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗

碱性阴离子树脂  碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗

③转型：即树脂去杂后，赋予平衡离子的过程。

20. 常用吸附剂有哪些？各自应用范围是什么？

有机吸附剂：活性炭、淀粉、聚酰胺、纤维素、大孔吸附树脂。   

无机吸附剂：白土、氧化铝、硅胶、硅藻土、碳酸钙。

应用最广泛的是活性炭及大孔树脂吸附剂。

21. 常用沉淀分离法有哪些？各自原理是什么？

盐析法：破坏蛋白质分子水化作用或者减弱分子之间的同性相互作用的因素，就可以降        低蛋白质在水中的溶解度。

有机溶剂沉淀法：破坏水化膜、增加吸引力。

等电点沉淀法：在等电点时水化膜被破坏，分子间引力增加，溶解度降低。

高分子聚合物沉淀法：可使蛋白质水合作用减弱而发生沉淀

聚电解质沉淀法：絮凝剂   盐析和降低水化

不可逆的沉淀去除法：（一）金属离子沉淀法

（二）有机酸沉淀法

（三）其他

表面活性剂沉淀法： 形成络合物

22. 膜分离法的定义及特点是什么？

定义：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。 

特点：

①操作在常温下进行；

②物理过程，不需加入化学试剂；

③不发生相变化（因而能耗较低）；

④在很多情况下选择性较高；

⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；

⑥设备易放大，可以分批或连续操作。

23. 表征膜性能的参数有哪些？

孔径大小、孔径分布、孔隙度、膜的截留分子量、水通量、抗压能力、pH适用范围、对热和溶剂的稳定性。

24. 浓差极化的定义及解决方法是什么？

当溶剂透过膜而溶质留在膜上时，它使得膜面上溶质浓度增大而高于主体中溶质浓度，这种现象称为浓差极化。

为避免浓差极化现象，通常采用错流过滤。

25. 膜组件的分类及其特点是什么？

1、管式

流动状态好，流速易控制；

安装、拆卸、换膜和维修均较方便；

能处理含有悬浮固体的溶液；

机械杂质清除比较容易；

合适的流动状态可减少浓差极化和污染；

单位体积内有效膜面积小。

2、中空纤维式

可耐高压；

单位体积内的有效膜表面积比率高；

寿命较长，体积小和重量轻；

维修不方便；

料液需预处理，不能处理含悬浮固体的料液。

3、平板式

可通过增减膜层数来调节流量；

构造比较简单，可移动；

不易被纤维屑等异物堵塞；

密封度要求较高；

膜的装填密度低

4.、卷式

结构紧凑，单位体积内的有效面积大；

具有一定的抗污染性；

不易清洗；

不适用悬浮颗粒较多物料，需进行预处理；

压力降较大。

26. 凝胶色谱、膨胀床色谱的原理及特点是什么？

凝胶色谱

原理：以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子量（Mr）不同而达到物质分离的一种技术。

惰性；

化学性质稳定；

带电荷低；

分离范围广；

颗粒大小适当；

机械强度高。

膨胀床色谱

吸附介质颗粒在向上流动液体的作用下膨胀起来，液体中的目标蛋白被吸附于介质上，而细胞和其碎片将通过柱子而流出去，洗脱目标蛋白时从相反方向将吸附介质压紧，再用洗脱缓冲液将目标蛋白洗脱下来。

 传统色谱的最大缺点是不能处理含固体颗粒的料液。

   色谱吸附剂直接与原料液在搅拌罐中混合来吸附目标产物或流化床吸附。

   膨胀床色谱

27. 疏水相互作用色谱的原理是什么？其常用载体及配基是什么？

（一）蛋白质的疏水性

    疏水区占总表面的比例越大，疏水性越强。

（二）疏水相互作用

    蛋白质疏水部位与疏水配基产生亲和作用。

    相似相溶。

（三）利用疏水相互作用分离物质

   无机盐能使蛋白质疏水区与介质疏水基团相互作用力增强。

（四）特点

    分离条件温和、不损伤蛋白质活性、分离效率高以及柱容量大等优点。

（一）载体

    多糖（琼脂糖）

    硅胶（表面包被高分子材料）

（二）配基

    配基通过非离子键与基质结合。

    具有弱疏水性，烷基和芳香基常用。

    配基碳链长度在C4-C8之间。

28. 形成过饱和溶液的方法有哪些？

一、蒸发法

    挥去溶剂

二、冷却法

     改变溶解度

三、化学反应结晶法

    生成新物质，达到过饱和。

四、盐析结晶法

    使溶解度降低，达到过饱和。

五、等电点法

    达到等电点直接结晶

六、复合法

    多举并用

七、共沸蒸馏结晶法

29. 青霉素的生产过程是怎样的？

（一）种子培养和发酵培养

产黄青霉菌（Penicillium chrysogenum）

30. 氨基酸粗品的制备方法有哪些？

（二）微生物发酵法

    以糖为碳源，以氨或尿素为氮源，通过微生物的发酵直接生产氨基酸，或利用菌体的酶系通过转化前体物质合成氨基酸的方法。

（三）化学合成法

    优点：可采用多种原料和多种工艺路线，成本低，生产规模大，适合工业化生产，易分离纯化。

    缺点：合成工艺复杂。

（四）酶促合成法

   在特定酶的作用下使某些化合物转化成相应氨基酸   

31. 减毒活疫苗（全灭活疫苗）的定义及其特点是什么？

疫苗是将病原微生物（如病毒、立克次体等）及其代谢产物，经过人工减毒、灭活或利用基因工程等方法制成的预防传染病的自动免疫制剂。

经一定的处理所获得的不具致病性的活菌。

灭活的死菌苗通过用化学或物理方法将病原菌杀死后仍保持免疫原性来制备死菌苗。