第十章微生物在药学方面的应用

第十章微生物在药学方面的应用第一节微生物与药物变质第二节微生物发酵的药物产品第一节微生物与药物变质一、药物中的微生物污染1.药物中微生物的来源药物原材料制药用水空气操作人员包装物、制药设备及厂房建筑药物中微生物的来源药物原材料一方面要选用微生物含量较少的原材料另一方面对原材料要进行消毒和灭菌。药物中微生物的来源制药用水用途作为药品的一个成分；物品的洗涤；中药材的炮制；制剂的配方以及生产过程的冷却等。种类天然水、自来水、软化水、去离子水以及蒸馏水。用于制药的各种用水都必须定期进行水质检测，使用符合卫生标准的水，防止水中微生物污染药物。水的消毒可以采用化学消毒剂（如次氯酸钠或氯气）、过滤或紫外线等方法，水的消毒除了水以外还应包括供水系统（贮水池、设备和管道等）的消毒。药物中微生物的来源空气空气中的微生物主要来自灰尘颗粒，人的皮肤、衣服，由讲话、咳嗽、打喷嚏造成的飞沫。生产车间内空气中微生物的含量与室内清洁度、温度、湿度以及人员在室内的活动情况有关，如人员频繁的走动、清扫、搬动原材料及机器的震动都可使飞沫、尘埃、原材料粉尘悬浮于空气中，成为空气中微生物附着的载体，从而增加空气的含菌量。药物制剂生产环境的空气应要求洁净，特别是生产注射剂、眼科用药等无菌制剂时，空气中微生物的含量，必须非常低，要求每立方米空气中不得超过10个细菌，即所谓的“无菌操作区”。减少空气中微生物数量的方法采用保持室内清洁、控制人员的活动、操作动作轻微等措施，除此对要求较高的场所，还可以采用过滤、甲醛蒸汽熏蒸和紫外线照射等方法空气进行消毒。药物中微生物的来源操作人员在药物制剂生产过程中，要求操作人员清洗和消毒双手、穿上专用工作衣、戴上工作帽严格按操作规程操作，另外要求操作者必须是健康无菌者。药物中微生物的来源包装物、制药设备及厂房建筑药品包装是产品出厂前的最后一道工序，包装物一方面是包裹药物，另一方面是防止外界微生物进入药物中。包装物应严格按照药物制剂本身的要求，进行清洗、消毒和灭菌，如果处理不当，可能使含菌不多或已经消毒灭菌处理的无菌制剂重新遭受微生物的污染；污染的程度与包装物本身的成分和贮藏条件有关。用于药物制剂生产的设备（如粉碎机、药筛、压片机、制丸机、灌装机等）和容器表面可能有微生物滞留或滋生。药物制剂接触了这些设备工具、容器上的微生物就会被污染。因此，对于生产设备工具及容器的要求是易于拆卸、结构简单，便于清洁和消毒，生产前后要清洗和消毒。药物生产部门所有的建筑，包括厂房、车间、库房、实验室等都必须清洁和整齐。建筑无表面不透水，平坦均匀，没有裂缝，便于清洗。微生物引起的药物变质药物中微生物的限定标准规定灭菌药物这是一类规定用无菌法制备或制备后经灭菌处理的不含活的微生物的药物。非规定灭菌药物这类药物中允许含有不同种类和数量的活的微生物药物中的微生物种类和数量必须限制在一定的范围内。微生物引起的药物变质微生物污染药物的认定根据药物的不同类型，如出现下列情况之一，即可认定药物已被微生物污染。1.规定灭菌药物（如注射剂、输液剂、眼科手术制剂及其他无菌制剂）中发现有活的微生物存在；2.非规定灭菌药物中的微生物总数超过了规定的限量。3.药物中发现有病原微生物或某些不得检出的特定菌种存在。4.药物中有微生物毒性代谢产物（如热原质等）存在。微生物引起的药物变质药物被微生物污染后理化性质的改变物理性质的改变药物的物理性状包括外观、颜色、气味、硬度、黏度和澄清度。化学性质的改变微生物污染药物后，通过微生物对药物化学成分的降解作用引起药物化学性质的改变，微生物的降解能力具有多样性。药物的有效成分常常由于微生物的降解作用而遭到破坏，从而导致药物的治疗效果降低甚至失效。变质药物对人体健康的危害药物受到微生物污染，不但使药物变质失效，导致药物报废，造成经济损失，更为严重的是变质的药物若被人使用后，由于微生物和其代谢产物的存在，以及药物化学性质的改变，可以引起药源性疾病，对人体健康造成危害。影响药物变质的因素污染药物的微生物数量规定灭菌药物对于规定灭菌的药物制剂如注射剂、输液剂必须保证绝对不含任何微生物，并且不能含有热原质，否则注入集体内将会发生严重后果。非规定灭菌药物只要控制微生物的数量在规定允许的范围内，并保证没有致病微生物存在，一般不会引起药物变质。若污染药物的微生物超过了规定的范围，数量较大，甚至有致病菌存在，药物质量将受到严重影响，而使药物变质失效。影响药物变质的因素药物本身营养因素许多药物配方中常含有微生物生长所需要的碳源、氮源和无机盐等营养物质，微生物污染药物后，能利用其营养进行生长繁殖，引起药物变质。药物的含水量药物中的水分为微生物的生长提供了条件，因此各种药物尽量减少含水量，保持干燥，或在药物中加入盐或糖造成一种生理上的干燥，减少微生物可利用的水量。药物中加入防腐剂或抗菌剂药物中加入防腐剂或抗菌剂可有效地抑制微生物的生长，减少药物中微生物的污染数量。影响药物变质的因素环境因素pH值过酸或过碱都不利于微生物的生长繁殖。温度、湿度药物的贮存一般应在低温干燥的条件中为宜。包装设计使用单剂量包装或小包装可有效地避免或减少微生物对药物的污染，但成本较高，导致价格上涨，并且操作烦琐。二、防止微生物污染药物的措施1.加强药物生产的技术管理药物生产的环境应符合卫生要求控制原材料的质量严格生产过程的管理合理的包装设计和贮存二、防止微生物污染药物的措施2.加强卫生管理措施提高对药品卫生质量的认识建立健全各项卫生制度加强卫生监督和产品检验二、防止微生物污染药物的措施3.使用合适的防腐剂与抑菌剂一种理想的防腐剂或抑菌剂应具备以下几个条件对进入药物制剂的各种微生物有良好的抗菌作用对机体没有毒性及刺激性不受药物配方成分的影响在药物的生产过程中和有效期内有足够的稳定性，不会发生变化。二、防止微生物污染药物的措施3.使用合适的防腐剂与抑菌剂常用于口服或外用药物的防腐剂种类：苯甲酸、苯甲酸钠、对羟基苯甲酸酯类（尼泊金类）、乙醇、季铵盐类、山梨酸等。常用于无菌制剂中的防腐剂：有苯酚、甲酚、三氯叔丁醇，硝酸笨汞，硫柳汞、苯甲醇等。第二节微生物发酵的药物产品一、微生物的发酵二、微生物发酵的一般工艺三、发酵药物产品微生物的发酵发酵的概念发酵的原始含义发酵最初来自拉丁语“发泡”一词，是指果汁或麦芽谷物受酵母菌作用产生CO2的现象。巴斯德研究酒精发酵之后提出发酵是酵母菌在无氧状态下呼吸产生能量的过程，产生的能量可供酵母菌生存，并在产能的过程中得到产物即酒精和CO2。工业微生物中发酵的含义目前应用微生物工业把发酵由微生物扩大到植物、动物，因此工业微生物学家将所有通过微生物或其他生物细胞（动、植物细胞）或经过生物工程改造了的“工程菌”的培养来制备工业产品或转化某些物质的过程，统称为发酵。微生物的发酵发酵的类型以发酵产品的类型分类1.微生物菌体发酵2.微生物酶的发酵3.微生物其他代谢产物的发酵4.微生物转化发酵微生物发酵的一般工艺微生物发酵的一般工艺也就是利用深层培养，进行微生物发酵生产所需要产品的过程。微生物发酵一般分发酵与提取2个阶段。其生产的一般工艺流程如下。微生物发酵的一般工艺（示意图）微生物发酵的一般工艺发酵阶段发酵阶段是指微生物菌种在适宜的培养液内，在一定的培养条件下，微生物生长繁殖，生物合成所需产物的过程。（1）菌种发酵所用的菌种都是从自然界分离、纯化及选育后获得的。这些菌种通常采用砂土管或冷冻干燥管保存。要经常进行菌种选育工作，用人工方法加以纯化和育种，才能保持菌种的优良性状不变。菌种制备的整个过程要保持严格的无菌状态。（2）孢子制备胞子制备就是将保藏的菌种进行培养，制备大量孢子供下一步植被种子使用。需氧发酵制备孢子一般是在摇瓶内进行，通过振荡，外界空气与培养液进行自然交换获得氧气。所用的培养基要含有生长因子和微量元素，且碳源或氮源不宜过多，从而保证生产大量的孢子。此外，还要严格控制培养基的pH、培养温度、培养时间等条件。（3）种子制备种子制备是使有限数量的孢子萌发、生长、繁殖产生足够量的菌丝体，供发酵培养所用。在种子罐内微生物菌丝大量生长、繁殖，因而缩短了下一步发酵罐内菌丝生长的时间。种子罐中的培养液要尽可能与发酵液一致。而且要有易吸收的碳源和氮源。微生物发酵的一般工艺提取阶段发酵结束后，只有对发酵液中的产物通过一系列物理、化学方法进行分离、提取及精制，如下图所示。才能得到合乎规定的纯品，此为微生物发酵的提取阶段。（1）发酵液预处理多数发酵产品如抗生素存在于发酵液内，有些存在于菌丝内。发酵液预处理包括除去发酵液内的杂质离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+等）以及蛋白质，并利用板框压滤机，使菌丝与滤液分开，便于进一步提取。（2）提取与精制提取方法是根据产品的理化性质决定的。目前常用的提取方法有吸附法、溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法。（3）成品检验经过发酵与提取得到的成品，应根据药典标准进行检测，检测的项目根据产品的性质而定。如抗生素一般要进行效价测定、毒性试验、无菌试验、热原质试验、水分测定等。（4）成品分装生产的成品一般是大包装的原料药，以供制剂厂进行小包装或制剂加工，也有一些工厂在无菌条件下用自动分装机械进行小瓶分装。发酵产品的分离纯化工艺简图影响微生物发酵的因素影响发酵的因素有培养基成分、pH值、温度、含氧量、泡沫（空气通入后经搅拌形成大量泡沫，应及时用消沫剂消除）及杂菌和噬菌体的污染等。它们互相影响，互相制约，对每一个环节都应严格要求。尤其要注意无菌操作，防止杂菌和噬菌体的污染。发酵药物产品1.抗生素根据抗生素的化学结构分类（1）β-内酰胺类抗生素如青霉素类、头孢霉素类及其衍生物。（2）氨基糖苷类抗生素如链霉素、卡那霉素。（3）大环内酯类抗生素如红霉素、麦迪霉素等。（4）四环素类抗生素如四环素、金霉素、土霉素等。（5）多肽类抗生素多黏菌素、杆菌肽等。发酵药物产品2.维生素（1）维生素C（2）维生素B2（3）维生素B123.氨基酸（1）谷氨酸（2）赖氨酸发酵药物产品4.酶制剂及酶抑制剂（1）酶制剂①透明质酸酶②天冬酰胺酶③胶原酶④消化酶⑤青霉素酰化酶⑥青霉素酶（2）酶抑制剂酶抑制剂是一类主要由微生物产生的小分子生物活性物质，能抑制酶的活性，增强机体免疫力，调节代谢，以达到治疗某些疾病的目的，也可用于某些抗药性细菌感染的治疗。发酵药物产品5.菌体制剂（1）酵母片（2）活菌制剂