摘要：隨著制藥企業(yè)對人才需求的不斷提高，高校實踐教學在學生培養(yǎng)方面顯得越來越重要。由于受到諸多外部條件的限制，學生很少有機會現(xiàn)場學習制藥生產(chǎn)的全部流程。通過引入仿真技術(shù)手段，可以幫助學生形成藥品生產(chǎn)的概念，培養(yǎng)學生的操作能力和應變能力。

關鍵詞：虛擬仿真;青霉素生產(chǎn);實踐教學

青霉素屬于高致敏性藥品，并沒有被安排在本科教學實驗中。但是，青霉素是第一種能夠治療人類疾病的抗生素，青霉素的研制成功大大增強了人類抵抗細菌性感染的能力。對學生來說，熟悉青霉素的發(fā)酵和提取過程非常必要。通過仿真教學的方式，幫助同學建立起工藝生產(chǎn)的概念，將課堂上關于青霉素生產(chǎn)的理論知識和仿真平臺上的工藝流程關聯(lián)起來，內(nèi)容更加鮮活，有助于學生對知識的深入理解，同時能夠培養(yǎng)學生的工程意識和虛擬環(huán)境下解決問題的能力[1]。

青霉素生產(chǎn)教學包括兩個方面：青霉素的發(fā)酵和青霉素的提取[2]。教學過程中，由于兩部分內(nèi)容相對獨立，因此分段進行講解，后期在線考核評價時，再按照整體內(nèi)容來考核。教學內(nèi)容框架表示如下：

一、青霉素的發(fā)酵

1.發(fā)酵流程

⑴菌種的選擇

青霉是產(chǎn)生青霉素的重要菌種，廣泛分布于空氣、土壤和各種物質(zhì)表面。目前已發(fā)現(xiàn)的有上百種，其中黃青霉、點青霉都能產(chǎn)生大量青霉素。

⑵孢子制備

孢子在制備種子前，需要經(jīng)過嚴格篩選，生產(chǎn)能力檢驗合格后才能用來制備種子。

⑶種子制備

符合要求的孢子被接入種子罐中，在罐體中繁殖，產(chǎn)生大量菌絲。

⑷發(fā)酵

發(fā)酵過程中，由于微生物生長和代謝需要營養(yǎng)物質(zhì)，因此培養(yǎng)基的配置非常重要，需要將多種營養(yǎng)物質(zhì)按照一定的比例進行配置，經(jīng)嚴格殺菌后方能送入發(fā)酵罐中。培養(yǎng)基的主要成分包括C源（主要是葡萄糖），N源，無機鹽及金屬離子，前體和消沫劑。其中：

葡萄糖的濃度不宜過高，否則pH值下降，影響酶的活性，抑制菌種的生長和產(chǎn)物的合成;N源是供應菌體合成氨基酸的原料，包括有機氮和無機氮。無機鹽及金屬離子主要的作用是控制發(fā)酵液的pH值或為菌體提供營養(yǎng)，濃度需控制在合適的范圍內(nèi);前體為苯乙酰胺，前體的使用可以提高青霉素的產(chǎn)量，需注意前體要在發(fā)酵20小時后加入，并在整個發(fā)酵過程中控制其濃度。另外，發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量泡沫，導致發(fā)酵液溢出，造成染菌的后果，使用消沫劑可以進行有效控制。

2.仿真操作

學生在開始進行仿真實訓前，需要認真閱讀操作手冊，結(jié)合仿真界面的內(nèi)容，對整個青霉素發(fā)酵有一個基本的認識，不要急于求成。要特別注意操作過程中各種工藝指標的控制，弄清楚幾個問題：①發(fā)酵過程中有哪些工藝指標？②參數(shù)控制推薦值范圍是多少？③通過什么方式可以有效控制？教師引導學生思考，指導學生記錄關鍵參數(shù)及控制方法，完成以上內(nèi)容后，再正式開始操作。主要參數(shù)濃度指標如表所示。

此外，整個發(fā)酵過程中還要注意溫度、壓力、pH值以及泡沫高度的變化，溫度：25℃，壓力：0.07MPa，pH值：6.8-7.2，泡沫高度不超過30cm。

二、青霉素的提取

提取過程主要包括發(fā)酵液的預處理、提取和精制三個步驟。

1.預處理過程

在預處理過程中要注意無機離子和蛋白質(zhì)含量的控制。

2.提取

提取過程是從發(fā)酵液中制取高濃度的抗生素，由于發(fā)酵液中雜質(zhì)濃度較高，因此在提取過程中，要做到時間短，溫度低、pH適中。本實驗采用萃取法，利用抗生素在不同pH值條件下以不同的化學狀態(tài)存在時，在水和BA萃取劑中具有不同的溶解度，使抗生素從發(fā)酵液轉(zhuǎn)移到萃取相中。

操作前，需要計算3次萃取所需要的萃取劑的用量，弄清楚每次萃取過程中萃取相和萃余相分別是什么，否則在實操時，容易損失產(chǎn)品或者收集無用的副產(chǎn)品;操作過程中，進料速度不宜過快，容易造成滿罐。分離機前后閥門的開度需要準確控制，以保證把產(chǎn)品和副產(chǎn)品分開的前提下，盡可能地提高產(chǎn)品的收率。

3.精制

精制過程包括脫色、結(jié)晶和抽濾，注意溫度及物料流速的控制，操作時要專心，時刻注意液面位置。

三、考核和評價

本實驗考核包括兩個方面：機考和實驗報告。機考是由教師在教師站設置考核形式，如考核內(nèi)容、時間及操作模式。本實驗采取分開講授學習，合并考核的原則，將發(fā)酵和提取兩部分建立在一個考核內(nèi)容下，規(guī)定考核時間，選擇自由模式或考核模式。機考過程中，除了基本的操作外，系統(tǒng)會自動給出思考題，在動手操作的同時，兼顧理論知識的考核，學生可以在操作結(jié)束前的任何時段完成，不會影響操作的過程。發(fā)酵提取完成后，系統(tǒng)會根據(jù)操作情況進行評分。收率是評分的主要依據(jù)，此外，操作是否有誤也會根據(jù)實際情況進行扣分，最終系統(tǒng)會給出一個綜合的評分。機考結(jié)束后，指導學生根據(jù)實驗內(nèi)容完成實驗報告，總結(jié)實驗操作中的問題。學生最終的成績，結(jié)合機考和實驗報告完成情況，按照指定比例，進行評分。

四、總結(jié)

通過仿真技術(shù)手段的引入，完善了青霉素生產(chǎn)實踐教學的不足，使學生的理論知識更加扎實，培養(yǎng)了思維，鍛煉了動手操作，強化了面對困難，解決問題的能力。

參考文獻：

[1]陳劍波，李建穎，楊永安.制藥工程虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2022，（377）：39-41.

[2]韓曉敏，李建穎，王文忠，楊永安，孫歡.基于仿真技術(shù)的青霉素生產(chǎn)實驗教學系統(tǒng)設計[J].實驗技術(shù)與管理，2020，37（9）：149-153.

基金項目：哈爾濱師范大學校級課題，名稱：哈爾濱師范大學高等教育教學改革研究項目，項目編號：XJGYF2021021。

作者簡介：方雯，1983年4月，女，漢族，河北省清河縣，畢業(yè)院校：中科院大連化物所，畢業(yè)專業(yè)：工業(yè)催化，博士研究生，工作單位：哈爾濱師范大學化學化工學院，講師，研究方向：工業(yè)催化。