微生物技术应用对现代微生物制药工业的意义
微生物制药技术是工业微生物技术的重要组成部分。微生物药物的使用始于众所周知的抗生素，一般定义为在低浓度下选择性抑制或影响其他生物功能的微生物产物及其衍生物。(有人提出，这类具有相同生理活性的物质来自动植物，如鱼精、大蒜素、黄连素等。，也应属于抗生素的范畴，但大多数学者认为，传统的抗生素概念仍应局限于微生物的次生代谢产物。近年来，由于基础生命科学的发展和各种新生物技术的应用，据报道，微生物产生的除抗感染和抗肿瘤外的其他生物活性物质日益增多，如特异性酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质都是微生物的次生代谢产物，在生物合成机制、筛选研究程序、生产工艺等方面都具有与抗生素相同的特点。但把它们称为抗生素显然是不合适的，所以很多学者把这些由微生物产生的具有生理活性(或药理活性)的次生代谢产物称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面:
第一个方面是获取菌种的技术。
根据资料，直接向科研单位、高校、工厂或菌种保藏部门索要或购买；从自然界分离和筛选新的微生物菌株。
分离的思想新菌株的分离是根据生产的要求和菌株的特性，通过各种筛选方法，快速、准确地选出所需的菌株。如果实验室或生产中使用的细菌偶然污染了杂菌，就必须重新分离纯化。具体的分离操作从以下几个方面进行。
方案:首先要查阅资料，了解所需菌种的生长和培养特性。
采样:有针对性地采集样本。
增殖:通过人为控制营养物质或培养条件，所需的菌株会增殖并在数量上占优势。
分离:利用分离技术获得纯种。
发酵性能的测定:生产性能的测定。这些特性包括形态、培养特性、营养需求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、最大耐受温度、生长发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
第二个方面是高产菌株的选育技术
工业生产中使用的菌种都是经过筛选的。工业菌株的培育是利用遗传原理和技术对用于特定生物技术目的的菌株进行多向转化。通过改造，既可以强化已有的优秀性状，也可以去掉不良性状或增加新性状。
工业菌株育种方法:诱变、基因转移和基因重组。
育种过程包括以下三个步骤:(1)在不影响品系生存力的情况下引入有益基因型。(2)选择所需的基因型。(3)改良菌株的评价(包括实验规模和工业生产规模)。
选择育种方法需综合考虑的因素(1)待改良性状的性质及其与发酵工艺的关系(如分批或连续发酵实验)；(2)清楚了解这种特定菌株的遗传学和生物化学；(3)经济费用。如果对某一特定菌株的基本特性和技术知之甚少，通常会采用随机突变、筛选、育种等技术。如果对其遗传和生化性状有深入了解，可以选择基因重组等手段进行定向育种。
工业菌株的具体改进思路:(1)去除或绕过代谢途径中的限速步骤(增加特定基因的拷贝数或提高相应基因的表达能力以增加限速酶的含量；在代谢途径中引入了新的代谢步骤，从而提供了旁路代谢途径。(2)增加前驱物的浓度。(3)改变代谢途径，减少无用副产物的产生，提高菌株对高浓度潜在毒性底物、前体或产物的耐受性。(4)抑制或消除产物分解酶。(5)提高菌株的外分泌产物能力。(6)消除代谢产物的反馈抑制。例如诱导代谢产物的结构类似物抗性。
第三部分是菌种保藏技术
转移培养或斜面传代保存；
冷冻保存或在液氮中冷冻保存；
土壤或陶瓷珠等载体的干燥保存。
第四部分是发酵条件的确定。
微生物的营养来源
能量，自养细菌:光；氢、硫胺素；亚硝酸盐、亚铁盐。异养细菌:碳水化合物、油气和石化产品等有机物质，如醋酸。
碳源，碳酸气体；淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐浆废液、石油、正构烷烃、天然气、石化产品如醋酸、甲醇和乙醇。
氮源，有机氮如豆饼或蚕蛹水解物、味精废液、玉米浆和酒糟水，无机氮如尿素、硫酸铵、氨水和硝酸盐，和气态氮。
无机盐、磷酸盐、钾盐、镁盐、钙盐和其他矿物盐，以及微量元素如铁、锰和钴。
特殊生长因子、硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等。
培养基的测定
(1)首先要做好调查研究，了解菌种的来源、生活习性、生理生化特性和一般营养要求。工业生产主要使用四种微生物:细菌、放线菌、酵母和霉菌。它们的营养需求既* * *又有各自的特点，所以培养基的组成要根据不同类型微生物的生理特点来考虑。
(2)其次，需要了解生产菌株的培养条件、生物合成的代谢途径、代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量要求，以便在选择培养基时心中有数。
(3)最好选择较好的化学合成介质作为基础，开始做一些摇瓶实验；然后进一步做小型发酵罐培养，探索各种主要碳氮源的利用和产生代谢产物的能力。注意培养过程中pH的变化，观察适合菌株生长繁殖和代谢产物形成的两种不同pH，不断调整比例以适应上述情况。
(4)注意一次只允许一个变更条件。有了初步结果，先确定一个中等比例。
其次，确定了各种重要金属和非金属离子对发酵的影响，即测试了各种无机元素的营养需要量，测试了它们的最高、最低和最适宜量。在合成培养基上获得一定结果后，进行复合培养基试验。最后，对发酵条件与培养基的关系进行了试验。培养基中的pH值可以通过添加碳酸钙来调节，也可以使用其他物质如硝酸钠和硫酸铵来调节。
(5)一些发酵产物，如抗生素，除了配制培养基外，中间还要补料，同时适当控制碳氮代谢，间歇添加各种营养物质和前体物质，引导发酵向合成产物的方向发展。
(6)根据经济效益选择配和剂的原料。
考虑经济性，尽量少用或不用主食，尽量节约粮食，或者用其他原料替代粮食。糖是主要的碳源。碳源的替代物主要是寻找植物淀粉和纤维水解物，用废糖蜜替代淀粉、糊精和葡萄糖，用工业葡萄糖替代食用葡萄糖；以石油为碳源的微生物发酵也可以生产以谷物为碳源的发酵产品。有机氮源的节约和替代主要是为了减少或替代富含蛋白质的原料，如豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨、酵母粉等。替代原料可以是棉籽饼粉、玉米糖浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄糖浆或麸皮汁、饲料酵母、石油酵母、骨胶、细菌、酒糟、各种食品工业下脚料。这些替代品大多富含蛋白质，价格低廉，便于就地取材和运输。
培养技术的确定:
培养条件:温度、pH值、氧气、种龄、接种量、温度。
工业微生物的培养方法可分为静态培养和通气培养两种。
静态培养是指将培养基放入发酵容器中，接种后在没有空气的情况下进行发酵，也叫厌氧发酵。好氧菌和兼性好氧菌是曝气培养产生的主要菌种，它们生长的环境必须有空气供应，维持一定的溶氧水平，使细菌快速生长发酵，也叫好氧发酵。
在静态培养和通气培养两种方法中，又可分为液体培养和固体培养两种，每种又分为表层培养和深层培养。
关于液体深层培养:
液体深层发酵罐是从罐底通风，通过搅拌叶片将空气分散成微小气泡，促进氧气的溶解。这种在罐底通气搅拌的培养方法称为深层培养法，与气液界面自然扩散溶氧的表面培养法相比。其特点是根据生产菌株代谢的营养需求和不同生理时期培养基中的通气、搅拌、温度、氢离子浓度等条件，容易选择最佳培养条件。
深层文化基本运作的三个控制点
①灭菌:发酵行业要求纯培养，所以发酵前培养基必须加热灭菌。因此，发酵罐有蒸汽夹套对培养基和发酵罐进行加热和灭菌，或者用连续加热灭菌器对培养基进行灭菌，并连续输送到发酵罐中。②温度控制:灭菌后，将培养基冷却至培养温度进行发酵。由于微生物增殖和发酵会产生热量，所以为了保持温度恒定，冷却水必须在夹套中循环。(3)通气搅拌:空气进入发酵罐前，先经过空气过滤器去除，制成无菌空气，然后从罐底进入，再通过搅拌分散成微小气泡。为了延长气泡的停留时间，可以在罐内安装挡板产生涡流。搅拌的目的不仅是为了溶氧，也是为了使培养液中的微生物在发酵罐中均匀分散，促进传热，并使加入的酸碱均匀分散以调节pH值。
第五部分是发酵产物的分离提取技术。
提取方法:
过滤器
离心和沉淀
细胞破裂
提取，血统
吸附和离子交换
套色版
沉淀(盐析、有机溶剂沉淀、等电点等。)
屏障分离
透明的
干燥的
分离提取过程中的几个问题:
水质
热源去除(石棉板过滤、活性炭吸附、离子交换柱)
溶剂回收
废物处理
生物安全