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抗炎甾体激素药物的母核在C1,2位置导入双键后，能成倍地提高其抗炎活性。与化学方法相比，采用微生物法脱氢，具有反应条件温和、专一性强（包括结构专一性和立体专一性）以及转化率高等优点，已成为甾体激素药物生产中的重要反应之一。 倍他米松（Betamethasone），即16β-甲基-9α-氟氢化泼尼松（16β-methyl-9 α-fluoroprednisolone），是目前糖类皮质激素中作用最强的药物之一，其抗炎作用是氢化可的松（hydrocortisone）的35倍，比强的松高10倍，是地塞米松的2.5倍，且副作用小。倍他米松的生产，一般采用剑麻或薯蓣皂素为合成的起始原料。在合成路线中，17α—羟基—16β—甲基—孕甾—4，9（11）—二烯—3，20—二酮（简称HMPDD），经微生物脱氢生成17α—羟基—16β—甲基—孕甾—1，4，9（11）—三烯—3，20—二酮（简称HMPTD），是关键反应之一。该反应可由简单节杆菌催化实现。反应式如下： 论文在对我国甾体药物工业的现状，微生物转化技术在甾体药物生产中的应用，甾体激素的微生物脱氢研究进展，以及新技术的开发等方面加以全面综述的基础上，针对HMPDD生物转化脱氢的研究报道很少，以及在实际生产中存在的转化率偏低等问题，就HMPDD生物转化脱氢的菌种选育，甾体脱氢酶产酶条件，生物转化新工艺以及生物转化的动力学等方面进行了深入的研究。 首先对适用于HMPDD生物转化脱氢的微生物菌种进行了选育。从实验室收集、保藏的15株简单节杆菌中，通过摇瓶转化的方法，进行菌种的初筛，并经过菌种的分离、纯化，得到转化率较高的2-76菌株。以该菌株为出发菌株，采用紫外线诱变处理，并结合Cs137-γ射线辐照的复合诱变处理方法，选育得到了较佳正变株Q4-2-51，其摇瓶发酵的转化率达86.63％，较原始菌株提高了8％。浙江大学博士学位论文该诱变株经群体连续传代方式考察，遗传性能比较稳定。 研究中优化了发酵培养基的组成，考察了Q4一2一51菌株产幽体脱氢酶的较佳工艺条件。通过单因素实验和正交试验优化，确定的较佳培养基组成为:葡萄糖0.4%，玉米浆1.2%，蛋白陈0.3%，KHZPO40.2%。简单节杆菌产幽体脱氢酶的最适条件为:接种量20%，培养基初始pH 7.0，摇瓶装量100 ml/250 ml。HMPDD可诱导菌体产酶，其较适加量为0.05 g/L，且诱导物以在菌体生长初期加入为好。金属离子cuZ十和Fe3+明显抑制菌体产酶，zn2+和Fe2+对产酶的抑制作用较弱，c犷+和Mg2+则对产酶有一定的促进作用。培养基中加入适量的表面活性剂，如泡敌或吐温一80，对产酶有一定的促进作用。 论文还就HMPDD的微生物转化工艺条件进行了研究，得到较佳的转化工艺条件:接种量巧%，摇瓶装量为100 ml/250 ml，培养基初始pH7.0一7.5，诱导物加量O.05g/L。试验中选用乙醇作为HMPDD的增溶介质，其最适加量为7%（v/v）。研究中还探讨了水析投料法促进微生物脱氢反应的机理。较适的底物投料浓度为0.7%，并且HMPDD以一次性投料为好。转化过程中加入适量的氯化钻、外源电子受体（辅酶I、辅酶11、维生素K3）或表面活性剂吐温一80，对转化率的提高均有一定的促进作用。论文首次将培养液稀释转化新工艺，应用于简单节杆菌催化的HMPDD脱氢过程。研究开发的稀释转化新工艺中选用无菌水为稀释介质，当稀释比为1:1（v/v）时，HMPDD的转化率与不稀释的原工艺（对照）相近，故能大大减少转化反应中作为生物催化剂的菌体用量，提高设备利用率，降低生产成本。此外，还考察了采用超声波分别处理微生物菌体、投料后的菌悬液以及HMPDD底物（水析料）对转化结果的影响。结合底物超声波处理的培养液稀释转化新工艺，可使摇瓶发酵转化率高达92.54%。研究发现，超声波处理能有效地使底物颗粒细化，提高固体颗粒的比表面积，进而提高底物的溶解速率，起到强化传质的作用。 论文分别采用10L罐、3OOL罐和3T罐，对HMPDD的微生物脱氢工艺进行了逐级放大试验。10L罐小试中发现，提高转化阶段的通气量，有利于提高转化速率，缩短转化周期，提高转化得率。转化30h的HMPDD脱氢转化率可达86.54%。采用300L罐进行了三个批次的转化试验，控制菌体生长和转化阶段的通气量分别为0.4 VVm和0.3 VVm，搅拌转速为200 r/min，24h时的平均转化率达到80.32%。3T罐发酵时，控制菌体生长和转化阶段的通气量分别为0.25VVm和0.2 VVm，搅拌转速为200:/min，六个批次的平均转化率为840%。以上研究结果表明，HMPDD生物转化反应的放大过程中虽存在一定的放大效应，但并不严重。摘要 本文首次研究了简单节杆菌游离细胞催化HMPDD脱氢的反应动力学。考察了不同投料方式下HMPDD晶体的粒径大小和分布，幽体脱氢酶的稳定性，以及底物浓度和酶量等对转化反应初速度的影响，建立了相应的动力学模型。并从实验数据回归分析，得到了有关的动力学参数。模型计算结果与实验数据比较表明，提出的动力学模型能较好地描述HMPDD的微生物脱氢过程。动力学研究结果为调控转化条件，提高脱氢酶的催化活性提供了理论依据。 街体的生物转化过程不同于常规的发酵过程