现代生物制药工艺学(辛秀兰)(第二版)

前言 
现代生物制药工艺学是生物技术、生物制药类专业的必修课程之一。本书第一版出版于2006年8月，已重印数次，被国内大部分开设生物制药相关课程的高职高专院校采用，发行量达3万多册。编者利用所掌握的大量来源于生产实际的一线资料，以企业的实际生产任务为主线对教材内容进行修订，从而使教材更加满足高职高专院校的人才培养需求。本教材的编写团队由企业专家和专任教师共同组成。在企业专家的参与下，更多来源于企业生产一线的知识和技能要求被提炼和总结，并编写到教学项目、任务中，使教材的内容更贴近生产实际。 
为适应职业教育教学方法改革的需要，教材的此次修订改为项目化教学的体例，共设计了天然生物材料的提取制药、发酵工程制药、细胞工程制药、酶工程制药、基因工程制药共5个教学项目、30个教学任务。教师可根据教学大纲和实验室的具体设备情况，灵活选择具体的教学任务，充分体现任务驱动、项目导向的现代教学模式，从而提升学生的生产实践能力。 
教材的知识与能力目标设计与微生物发酵工、生物分离提取工、药物制剂工等国家职业大典规定的职业标准对应。编者通过与各类企业广泛沟通，了解企业生物药物生产的标准操作规程（SOP),并将执行法规和规范、环保和安全意识等生物制药岗位所必需的职业素质融于教学目标中，以实现教学与岗位能力要求的对接。 
为了使本书适应行业发展以及高职高专教育的需要，我们参考了大量国内外有关书籍和文献，并结合自己的教学实践进行编撰。其间得到了各位编写人员及所在单位的大力支持与配合，在此表示衷心的感谢。同时也对本教材第一版的各位编写人员所付出的辛勤努力表示感谢。由于作者水平有限，难免会有疏漏与不妥之处，敬请广大读者与同仁批评指正。 

编者 
2016年3月 

第一版前言 
生物制药工艺学是高职生物技术应用、制药工程等工科专业和医药类专业的必修课程之一。目前，全国开设生物技术类的高等职业院校共有200多所，绝大多数学校均开设生物制药工艺学课程，但目前适合于高等职业教育的生物制药类教材却凤毛麟角，这种状况既不适应于社会对人才培养的要求，也不利于师生的教学。有鉴于此，本书的编者——这些在高等职业院校长期从事生物制药工艺学教学的教师希望通过自己的努力，为高职高专学生和教师提供一本简明、适用的生物制药工艺学教材。 
本教材坚持理论知识“适度、够用”的原则，强化学生的实际操作技能的训练，充分体现职业教育特色，教材以技能训练为核心，注重理论知识的系统性和实验操作的可行性。教材共分两篇，第一篇为基础理论，第二篇为实验技术。 
基础理论部分内容覆盖面广，包括概述、天然生物材料的提取制药、发酵工程制药、细胞工程制药、酶工程制药和基因工程制药六章内容，便于不同专业的学生和教师有效利用，尤其突出各类制药技术的工程实例，以适应高职教育的要求。天然生物材料的提取制药介绍从动植物组织、微生物细胞等生物体中提取生化药物的原则、操作原理和提取分离方法；发酵工程制药以抗生素为主线，介绍了β内酰胺类、大环内酯类、四环素类和氨基糖苷类等抗生素的发酵工艺控制和提取精制方法；细胞工程制药主要介绍植物细胞和动物细胞的培养方法，以及利用动植物细胞进行生物制药的实例；酶工程制药主要介绍酶的固定化技术及酶工程制药实用技术；基因工程制药以实际应用为主，先简单介绍基因工程制药的实用技术，然后从基因工程上游技术和下游技术两个角度讲解基因工程的实际应用。 
生物制药是一门实验技术，重点培养学生的实际动手能力。但传统的高职生物制药类教材均以理论为主导，通过大生产的实际操作实例来阐明实验操作要点，学生只能以“听实验”为主，而无法动手实施，大大限制了学生技术应用能力的培养。本书的第二篇实验技术共分五章，分别为天然生物材料的提取制药实验、发酵工程制药实验、细胞工程制药实验、酶工程制药实验和基因工程制药实验，共设置了50个实验。实验内容的选择以工业化大生产为依据，但同时也兼顾了国内大部分高职院校的实验和实训条件，对复杂的生物制药工艺实验进行了改良，增加实验室小规模生物制药实验，增强了实验室操作的可行性，利于培养学生的动手能力，各院校可根据实际情况灵活选用。 
北京电子科技职业学院(原北京轻工职业技术学院)的辛秀兰、兰蓉、徐晶、吴志明，中国食品工业(集团)公司的江波，湖北荆门职业技术学院的陈可夫，浙江金华职业技术学院的邵玲莉，安徽第一轻工业学校的刘纯根，北京医药器械学校的劳文燕、张虎成，四川工商职业技术学院的江建军、宁允叶，安徽合肥万博科技职业学院的姚振华等老师共同完成了本书的编写和审稿工作。为了使本教材适应行业发展及高职教育的需要，我们参考了大量的国内外有关文献，并结合自己的教学经验和实验经验进行了编撰，但由于作者水平有限，难免会有错误与不妥之处，敬请广大读者与同仁批评指正。 

辛秀兰 
2006年4月

《现代生物制药工艺学》的内容包括天然生物材料的提取制药、发酵工程制药、细胞工程制药、酶工程制药和基因工程制药5个项目。天然生物材料的提取制药项目设计了L-胱氨酸的制备、胰凝乳蛋白酶的制备、 核苷酸的制备、 溶菌酶的制备、甘露醇的制备、卵磷脂的制备6个工作任务，发酵工程制药项目设计了青霉素的发酵生产、红霉素的发酵生产、金霉素的发酵生产、链霉素的发酵生产、维生素C的发酵生产、谷氨酸的发酵生产6个工作任务，细胞工程制药项目设计了骨髓瘤细胞SP2/0的传代培养、SP2/0细胞传代培养的常规检测、抗人血蛋白杂交瘤细胞系的建立、杂交瘤阳性克隆子的保藏、杂交瘤阳性克隆子的微载体培养、西洋参植物细胞的培养6个工作任务，酶工程制药项目设计了胃蛋白酶的制备及酶活力测定、门冬酰胺酶的制备及酶活力测定、糖化酶的制备及酶活力测定、糖化酶的固定化、中性蛋白酶的固定化、胰蛋白酶亲和色谱6个工作任务，基因工程制药项目设计了葡激酶的制备、γ干扰素的制备、重组人血管内皮生长因子165的制备、胰岛素的制备、人血白蛋白的制备、卡介苗重组疫苗的制备6个工作任务。教材的知识与目标设计和微生物发酵工、生物分离提取工、药物制剂工等国家职业大典规定的职业标准对应，注重内容的科学性、实用性。本教材适合高职高专院校生物技术、生物制药等专业使用，也可作为行业培训用书和生物制药技术人员的参考用书。

辛秀兰，北京电子科技职业学院生物工程学院院长、教授，北京市职教名师、北京市中青年骨干教师。主要研究方向为植物天然活性成分的研究及生物转化。曾主持国家示范校生物技术及应用专业重点专业建设项目、北京市生物技术专业职业教育分级制改革试点项目以及两项北京市面上项目。生物技术团队被评为北京市属市管高等学校学术创新团队，“依托企业，推进高职高专生物技术及应用专业教学改革与实践”获得2008年北京市教育教学成果一等奖。

项目一天然生物材料的提取制药1 
【项目介绍】1 
【相关知识】2 
一、生化药物的分类2 
二、生化药物的一般工艺2 
三、生化药物在医药工业中的地位3 
【项目思考】4 
【项目实施】4 
任务一L-胱氨酸的制备4 
一、任务目标4 
二、基础4 
1.氨基酸类药物的常用生产方法4 
2.氨基酸类药物的常用分离纯化技术5 
三、任务实施6 
任务二胰凝乳蛋白酶的制备8 
一、任务目标8 
二、基础8 
1.材料的预处理8 
2.多肽和蛋白质类药物的提取9 
3.多肽和蛋白质类药物的纯化10 
三、任务实施10 
任务三核苷酸的制备11 
一、任务目标11 
二、基础11 
1. DNA的提取与纯化技术12 
2. DNA的含量测定12 
3. RNA的生产技术13 
三、任务实施13 
任务四溶菌酶的制备15 
一、任务目标15 
二、基础15 
1.酶类药物的分类15 
2.药用酶的制备方法17 
3.药用酶的常用提取纯化方法17 
三、任务实施18 
任务五甘露醇的制备20 
一、任务目标20 
二、基础20 
1.多糖的来源21 
2.糖类药物的生理活性21 
3.多糖的提取纯化方法23 
三、任务实施24 
任务六卵磷脂的制备25 
一、任务目标25 
二、基础25 
1.脂类药物的分类25 
2.脂类药物的常用生产方法26 
三、任务实施27 
参考文献28 
项目二发酵工程制药29 
【项目介绍】29 
【相关知识】29 
一、发酵工程制药的研究范畴29 
二、发酵工程制药的工艺特点与要求30 
三、发酵工程制药与化学制药的比较31 
四、发酵工程药物研究开发的一般程序32 
【项目思考】33 
【项目实施】33 
任务一青霉素的发酵生产33 
一、任务目标33 
二、基础33 
1. β-内酰胺类抗生素的发展背景33 
2. β-内酰胺类抗生素的分类和命名33 
3. β内酰胺类抗生素的性质3４ 
4.萃取与结晶实验技术34 
三、任务实施37 
任务二红霉素的发酵生产41 
一、任务目标41 
二、基础41 
1.大环内酯类抗生素的结构、分类及药理作用41 
2.离子交换法和大孔树脂吸附法42 
三、任务实施44 
任务三金霉素的发酵生产47 
一、任务目标47 
二、基础48 
1.四环素类抗生素的活性48 
2.四环素类抗生素的结构特点48 
3.发酵液的预处理48 
4.沉淀提取法49 
5.溶剂萃取法49 
6.减少差向异构物的方法49 
三、任务实施50 
任务四链霉素的发酵生产52 
一、任务目标52 
二、基础52 
1.氨基糖苷类抗生素的发展背景52 
2.氨基糖苷类抗生素的药理活性及性质52 
3.氨基糖苷类抗生素的分类53 
4.活性炭吸附技术53 
5.沉淀技术53 
6.干燥技术54 
三、任务实施55 
任务五维生素C的发酵生产58 
一、任务目标58 
二、基础58 
1.维生素C的基本知识58 
2.维生素C的功效58 
3.超滤技术59 
三、任务实施61 
任务六谷氨酸的发酵生产63 
一、任务目标63 
二、基础63 
1.氨基酸的结构、性质及应用63 
2.氨基酸在食物营养等方面的作用64 
3.等电点沉淀法64 
三、任务实施65 
参考文献66 
项目三细胞工程制药67 
【项目介绍】67 
【相关知识】68 
一、动物细胞工程68 
二、植物细胞工程71 
【项目思考】72 
【项目实施】72 
任务一骨髓瘤细胞SP2/0的传代培养72 
一、任务目标72 
二、基础72 
1.动物细胞培养技术的重要性72 
2.动物细胞的培养条件及营养需求72 
3.动物细胞传代培养前的准备74 
4.动物细胞传代培养的方法75 
三、任务实施75 
任务二SP2/0细胞传代培养的常规检测76 
一、任务目标76 
二、基础77 
1.细胞培养检测的常规项目77 
2.微生物污染的检测方法77 
3.预防污染79 
三、任务实施79 
任务三抗人血蛋白杂交瘤细胞系的建立80 
一、任务目标80 
二、基础80 
1.动物细胞融合的概念80 
2.细胞融合技术的发展历史80 
3.杂交瘤技术制备单克隆抗体的原理81 
4.杂交瘤技术制备单克隆抗体的主要过程81 
三、任务实施82 
任务四杂交瘤阳性克隆子的保藏84 
一、任务目标84 
二、基础84 
1.动物细胞的冻存84 
2.细胞的复苏84 
3.细胞活性检查85 
4.细胞计数85 
三、任务实施85 
任务五杂交瘤阳性克隆子的微载体培养86 
一、任务目标86 
二、基础86 
1.动物细胞大规模培养技术86 
2.动物细胞大规模培养的方法86 
3.动物细胞生物反应器88 
4.动物细胞培养的操作方式88 
5.动物细胞大规模培养的应用88 
三、任务实施88 
任务六西洋参植物细胞的培养90 
一、任务目标90 
二、基础90 
1.植物细胞培养技术的重要性90 
2.植物细胞培养条件及营养需求90 
3.植物细胞培养前准备91 
4.植物细胞培养技术91 
三、任务实施92 
参考文献94 
项目四酶工程制药95 
【项目介绍】95 
【相关知识】96 
一、酶的基本知识96 
二、酶工程的基本知识98 
三、药用酶的生产方法98 
【项目思考】100 
【项目实施】100 
任务一胃蛋白酶的制备及酶活力测定100 
一、任务目标100 
二、基础100 
1.胃蛋白酶的组成、性质与保存100 
2.酶活力测定方法101 
三、任务实施101 
任务二门冬酰胺酶的制备及酶活力测定102 
一、任务目标102 
二、基础103 
1.门冬酰胺酶的性质与用途103 
2.酶的微生物发酵生产103 
三、任务实施105 
任务三糖化酶的制备及酶活力测定106 
一、任务目标106 
二、基础106 
1.糖化酶的特性106 
2.糖化酶的产品规格106 
3.糖化酶的使用方法和参考用量106 
4.使用糖化酶的优点107 
5.糖化酶使用注意事项107 
6.糖化酶的运输与贮存107 
三、任务实施107 
任务四糖化酶的固定化109 
一、任务目标109 
二、基础109 
1.固定化酶的概念109 
2.固定化酶的实验技术110 
3.固定化酶的应用114 
4.固定化酶的研究前景115 
三、任务实施115 
任务五中性蛋白酶的固定化117 
一、任务目标117 
二、基础117 
1.蛋白酶的基础知识117 
2.中性蛋白酶的基础知识117 
3.蛋白酶固定化常用的材 
料——海藻酸钠118 
三、任务实施120 
任务六胰蛋白酶亲和色谱122 
一、任务目标122 
二、基础122 
1.亲和色谱技术122 
2.其他分离技术123 
三、任务实施127 
参考文献128 
项目五基因工程制药130 
【项目介绍】130 
【相关知识】130 
一、基因工程技术的优势130 
二、基因工程制药的发展史131 
三、基因工程制药的特点133 
四、基因工程药物的种类133 
五、基因工程技术中的基本概念134 
六、基因工程药物生产的基本过程136 
七、基因工程制药实用技术137 
【项目思考】139 
【项目实施】140 
任务一葡激酶的制备140 
一、任务目标140 
二、基础140 
1.葡激酶的基本知识140 
2.目的基因的获得140 
3.重组体的构成、导入和筛选141 
4. DNA重组体转入宿主菌142 
5.重组子的筛选与鉴定142 
6.重组体在宿主细胞中的表达、调控及检测142 
三、任务实施143 
任务二γ干扰素的制备150 
一、任务目标150 
二、基础150 
1.干扰素的基本知识150 
2.真核细胞中目标基因的提取150 
3. RT-PCR技术150 
4. T质粒载体151 
三、任务实施152 
任务三重组人血管内皮生长因子165的制备157 
一、任务目标157 
二、基础157 
1.生长因子的基本知识157 
2.毕赤酵母表达系统157 
三、任务实施158 
任务四胰岛素的制备160 
一、任务目标160 
二、基础160 
胰岛素的基本知识160 
三、任务实施161 
任务五人血白蛋白的制备162 
一、任务目标162 
二、基础162 
三、任务实施162 
任务六卡介苗重组疫苗的制备163 
一、任务目标163 
二、基础163 
1.病毒载体的基本知识163 
2.疫苗的基本知识163 
3.重组卡介苗的基本知识164 
三、任务实施165 
参考文献166 

《现代生物制药工艺学》的内容包括天然生物材料的提取制药、发酵工程制药、细胞工程制药、酶工程制药和基因工程制药5个项目。天然生物材料的提取制药项目设计了L-胱氨酸的制备、胰凝乳蛋白酶的制备、 核苷酸的制备、 溶菌酶的制备、甘露醇的制备、卵磷脂的制备6个工作任务，发酵工程制药项目设计了青霉素的发酵生产、红霉素的发酵生产、金霉素的发酵生产、链霉素的发酵生产、维生素C的发酵生产、谷氨酸的发酵生产6个工作任务，细胞工程制药项目设计了骨髓瘤细胞SP2/0的传代培养、SP2/0细胞传代培养的常规检测、抗人血蛋白杂交瘤细胞系的建立、杂交瘤阳性克隆子的保藏、杂交瘤阳性克隆子的微载体培养、西洋参植物细胞的培养6个工作任务，酶工程制药项目设计了胃蛋白酶的制备及酶活力测定、门冬酰胺酶的制备及酶活力测定、糖化酶的制备及酶活力测定、糖化酶的固定化、中性蛋白酶的固定化、胰蛋白酶亲和色谱6个工作任务，基因工程制药项目设计了葡激酶的制备、γ干扰素的制备、重组人血管内皮生长因子165的制备、胰岛素的制备、人血白蛋白的制备、卡介苗重组疫苗的制备6个工作任务。教材的知识与目标设计和微生物发酵工、生物分离提取工、药物制剂工等国家职业大典规定的职业标准对应，注重内容的科学性、实用性。本教材适合高职高专院校生物技术、生物制药等专业使用，也可作为行业培训用书和生物制药技术人员的参考用书。

辛秀兰，北京电子科技职业学院生物工程学院院长、教授，北京市职教名师、北京市中青年骨干教师。主要研究方向为植物天然活性成分的研究及生物转化。曾主持国家示范校生物技术及应用专业重点专业建设项目、北京市生物技术专业职业教育分级制改革试点项目以及两项北京市面上项目。生物技术团队被评为北京市属市管高等学校学术创新团队，“依托企业，推进高职高专生物技术及应用专业教学改革与实践”获得2008年北京市教育教学成果一等奖。