第三章酶的發(fā)酵生產(chǎn)

1、第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一酶的發(fā)酵生產(chǎn)一酶的發(fā)酵生產(chǎn)(P36)(P36)： 經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作控制，利用細(xì)胞（包經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作控制，利用細(xì)胞（包括括 微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動物細(xì)胞）的生命活動，微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動物細(xì)胞）的生命活動， 產(chǎn)生人們所需要的酶的過程。酶的發(fā)酵生產(chǎn)是現(xiàn)在產(chǎn)生人們所需要的酶的過程。酶的發(fā)酵生產(chǎn)是現(xiàn)在酶酶 生產(chǎn)的主要方法。生產(chǎn)的主要方法。第三章第三章 酶的發(fā)酵生產(chǎn)酶的發(fā)酵生產(chǎn) 二優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞應(yīng)具備的條件二優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞應(yīng)具備的條件(P36)(P36) 1 1酶的產(chǎn)量高；酶的產(chǎn)量高； 2 2. . 容易培養(yǎng)和管理；容易培養(yǎng)和管理； 3 3. . 產(chǎn)

2、酶穩(wěn)定性好；產(chǎn)酶穩(wěn)定性好； 4 4. . 利于酶的分離純化；利于酶的分離純化； 5 5. . 安全可靠。安全可靠。 三酶的發(fā)酵生產(chǎn)類型三酶的發(fā)酵生產(chǎn)類型 (P49)(P49) （一）固體培養(yǎng)發(fā)酵（一）固體培養(yǎng)發(fā)酵（傳統(tǒng)方法）（傳統(tǒng)方法） 以麩皮、米糠等為主要原料，加入其它必要的營養(yǎng)成以麩皮、米糠等為主要原料，加入其它必要的營養(yǎng)成 分，制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)滅菌、冷卻后，接分，制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)滅菌、冷卻后，接 入產(chǎn)酶菌株，在一定的條件下進(jìn)行發(fā)酵。我國傳統(tǒng)的入產(chǎn)酶菌株，在一定的條件下進(jìn)行發(fā)酵。我國傳統(tǒng)的 各種酒曲、醬油曲等都采用這種方式生產(chǎn)。各種酒曲、醬油曲等都采用這種方式生產(chǎn)。 固

3、態(tài)法是大多數(shù)名優(yōu)白酒的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，大曲白酒、麩曲白酒固態(tài)法是大多數(shù)名優(yōu)白酒的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，大曲白酒、麩曲白酒和部分小曲白酒均采用此法生產(chǎn)和部分小曲白酒均采用此法生產(chǎn)獨流老醋與山西老陳醋，鎮(zhèn)江香醋并稱為中國三大名醋。獨流老醋與山西老陳醋，鎮(zhèn)江香醋并稱為中國三大名醋。獨流老醋屬于發(fā)酵醋，以紅高粱、元米、豌豆、小麥等為獨流老醋屬于發(fā)酵醋，以紅高粱、元米、豌豆、小麥等為原料，醋醅經(jīng)天然翻曬三年而成，采用固體發(fā)酵，兩次成原料，醋醅經(jīng)天然翻曬三年而成，采用固體發(fā)酵，兩次成熟。故又稱三伏老醋。熟。故又稱三伏老醋。 優(yōu)點優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶濃度較高，特設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶濃度較高，特

4、別適用于各種霉菌的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。別適用于各種霉菌的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。 缺點缺點：勞動強度較大，原料利用率較底，生產(chǎn)周期較勞動強度較大，原料利用率較底，生產(chǎn)周期較 長，對發(fā)酵過程很難調(diào)節(jié)控制。長，對發(fā)酵過程很難調(diào)節(jié)控制。（二）液體深層發(fā)酵：（二）液體深層發(fā)酵： 將液體培養(yǎng)基置于發(fā)酵容器中，經(jīng)滅菌、冷卻后接將液體培養(yǎng)基置于發(fā)酵容器中，經(jīng)滅菌、冷卻后接 入產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵。它是目前酶入產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵。它是目前酶 發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。 特點特點： 適用性強，可用于各種細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和發(fā)酵；適用性強，可用于各種細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和發(fā)酵； 易于人為控制；易于人

5、為控制； 機(jī)械化程度高，酶產(chǎn)品質(zhì)量較好，酶產(chǎn)率及產(chǎn)品機(jī)械化程度高，酶產(chǎn)品質(zhì)量較好，酶產(chǎn)率及產(chǎn)品回回 收率較高。收率較高。 （三）固定化細(xì)胞發(fā)酵（三）固定化細(xì)胞發(fā)酵（7070年代后期）年代后期） 固定化細(xì)胞：固定化細(xì)胞：固定在水不溶性載體上，在一定的空間固定在水不溶性載體上，在一定的空間 范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動（生長、繁殖和新陳代謝）的細(xì)范圍內(nèi)進(jìn)行生命活動（生長、繁殖和新陳代謝）的細(xì) 胞。胞。 優(yōu)點優(yōu)點： 固定化細(xì)胞的密度較高，反應(yīng)器水平的生產(chǎn)強度較固定化細(xì)胞的密度較高，反應(yīng)器水平的生產(chǎn)強度較 大，可提高生產(chǎn)能力；大，可提高生產(chǎn)能力； 發(fā)酵穩(wěn)定性好，固定化細(xì)胞可以反復(fù)使用或連續(xù)使用發(fā)酵穩(wěn)定性好，固定

6、化細(xì)胞可以反復(fù)使用或連續(xù)使用 較長的時間，易于連續(xù)化，自動化生產(chǎn)；較長的時間，易于連續(xù)化，自動化生產(chǎn)； 細(xì)胞固定在載體上，流失較少，可在高稀釋率的情細(xì)胞固定在載體上，流失較少，可在高稀釋率的情 況下連續(xù)發(fā)酵，大大提高設(shè)備利用率；況下連續(xù)發(fā)酵，大大提高設(shè)備利用率； 發(fā)酵液中含細(xì)胞較少，利于產(chǎn)品分離純化，提高產(chǎn)發(fā)酵液中含細(xì)胞較少，利于產(chǎn)品分離純化，提高產(chǎn) 品質(zhì)量。品質(zhì)量。 缺點缺點： 只適用于胞外酶的生產(chǎn)；只適用于胞外酶的生產(chǎn)； 技術(shù)要求較高，需要特殊的固定化細(xì)胞反應(yīng)器，且技術(shù)要求較高，需要特殊的固定化細(xì)胞反應(yīng)器，且 許多技術(shù)問題都有待研究解決。許多技術(shù)問題都有待研究解決。 （四）固定化原生質(zhì)體發(fā)

7、酵（四）固定化原生質(zhì)體發(fā)酵（8080年代中期）年代中期） 優(yōu)點優(yōu)點：解除了細(xì)胞壁這一擴(kuò)散障礙，使胞內(nèi)酶不斷分泌到胞解除了細(xì)胞壁這一擴(kuò)散障礙，使胞內(nèi)酶不斷分泌到胞外，或使原來存在于質(zhì)膜外細(xì)胞間質(zhì)中的酶游離到發(fā)酵外，或使原來存在于質(zhì)膜外細(xì)胞間質(zhì)中的酶游離到發(fā)酵液中；液中；固定化原生質(zhì)體有較好的穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用固定化原生質(zhì)體有較好的穩(wěn)定性，可反復(fù)或連續(xù)使用較長的時間。較長的時間。 缺點缺點： 固定化原生質(zhì)體的制備較復(fù)雜，發(fā)酵培養(yǎng)基中需要維固定化原生質(zhì)體的制備較復(fù)雜，發(fā)酵培養(yǎng)基中需要維持較高的滲透壓，且還要防止細(xì)胞壁的再生。持較高的滲透壓，且還要防止細(xì)胞壁的再生。第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵工藝條件及控

8、制發(fā)酵工藝條件及控制(P45)酶發(fā)酵生產(chǎn)的酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程一般工藝流程 一產(chǎn)酶細(xì)胞的保藏：一產(chǎn)酶細(xì)胞的保藏：（低溫）（低溫） 44，固體培養(yǎng)物或液體培養(yǎng)物（一般半年），固體培養(yǎng)物或液體培養(yǎng)物（一般半年）; ; -20-20，加入抗凍劑如甘油或二甲亞砜的液體培，加入抗凍劑如甘油或二甲亞砜的液體培 養(yǎng)物（一般兩年）養(yǎng)物（一般兩年）; ; -70-70，加入抗凍劑如甘油或二甲亞砜的液體培，加入抗凍劑如甘油或二甲亞砜的液體培 養(yǎng)物（可長期保存）。養(yǎng)物（可長期保存）。 動物細(xì)胞需保存在液氮（動物細(xì)胞需保存在液氮（-196-196）或深冷冰箱（）或深冷冰箱（- - 150 150 ）. . 注意：

9、注意：有細(xì)胞壁的細(xì)胞可以速凍，而無細(xì)胞壁的細(xì)胞只能逐級凍存，且從低溫條件有細(xì)胞壁的細(xì)胞可以速凍，而無細(xì)胞壁的細(xì)胞只能逐級凍存，且從低溫條件下取出后應(yīng)迅速升溫至下取出后應(yīng)迅速升溫至3737。低溫保存的細(xì)胞，應(yīng)低溫保存的細(xì)胞，應(yīng)避免頻繁凍融避免頻繁凍融。 2 2擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)（制備種子液）（制備種子液） 種子培養(yǎng)基中一般種子培養(yǎng)基中一般N源要豐富些，而源要豐富些，而C源可相對少源可相對少 些，且培養(yǎng)條件應(yīng)盡量滿足細(xì)胞生長的需要；些，且培養(yǎng)條件應(yīng)盡量滿足細(xì)胞生長的需要； 種子擴(kuò)大培養(yǎng)時間不宜過長，一般培養(yǎng)至對數(shù)生長種子擴(kuò)大培養(yǎng)時間不宜過長，一般培養(yǎng)至對數(shù)生長 期，即接入下一級擴(kuò)大培養(yǎng)或接入發(fā)酵，但

10、以孢子接期，即接入下一級擴(kuò)大培養(yǎng)或接入發(fā)酵，但以孢子接 種的則要培養(yǎng)至孢子成熟期；種的則要培養(yǎng)至孢子成熟期； 種子液的量一般為發(fā)酵培養(yǎng)基總量的種子液的量一般為發(fā)酵培養(yǎng)基總量的110% 。二細(xì)胞活化與擴(kuò)大培養(yǎng)二細(xì)胞活化與擴(kuò)大培養(yǎng)1 1細(xì)胞活化：細(xì)胞活化：將保藏細(xì)胞接種于新鮮的培養(yǎng)基中將保藏細(xì)胞接種于新鮮的培養(yǎng)基中( (液體液體) ) 或上或上( (固體固體) )，在合適的條件下培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞的生，在合適的條件下培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞的生 命活力。命活力。 三培養(yǎng)基的配制三培養(yǎng)基的配制(P39)(P39)（一）碳源：（一）碳源：構(gòu)成細(xì)胞的主要元素及能源構(gòu)成細(xì)胞的主要元素及能源1 1選擇原則：選擇原則：

11、 營養(yǎng)；營養(yǎng)； 對酶生物合成的調(diào)節(jié)作用：對酶生物合成的調(diào)節(jié)作用： 碳源對原核生物酶生物合成的三種調(diào)節(jié)作用碳源對原核生物酶生物合成的三種調(diào)節(jié)作用 a.a.誘導(dǎo)作用：誘導(dǎo)作用：誘導(dǎo)物一般是酶催化作用的底物或底物類誘導(dǎo)物一般是酶催化作用的底物或底物類 似物，有些酶的誘導(dǎo)物則是該酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物；似物，有些酶的誘導(dǎo)物則是該酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物； Example:-半乳糖苷酶的作用底物乳糖及其類似物異半乳糖苷酶的作用底物乳糖及其類似物異丙基丙基-D硫代半乳糖苷硫代半乳糖苷(IPTG)誘導(dǎo)誘導(dǎo)-半乳糖苷酶半乳糖苷酶的合成，纖維二糖作為纖維素酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物可誘的合成，纖維二糖作為纖維素酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物可誘導(dǎo)纖

12、維素酶的生物合成。導(dǎo)纖維素酶的生物合成。 b.b.分解代謝物阻遏作用：分解代謝物阻遏作用：某些物質(zhì)（主要是指容易利用某些物質(zhì)（主要是指容易利用 的碳源）經(jīng)過分解代謝產(chǎn)生的分解代謝物阻遏某些酶的碳源）經(jīng)過分解代謝產(chǎn)生的分解代謝物阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象；（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象； Example:葡萄糖阻遏葡萄糖阻遏-半乳糖苷酶的生物合成。半乳糖苷酶的生物合成。 c.反饋阻遏作用：反饋阻遏作用：又稱產(chǎn)物阻遏作用，是指酶催化反應(yīng)又稱產(chǎn)物阻遏作用，是指酶催化反應(yīng) 的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使酶的生物合成受到阻的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使酶的生物合成受到阻 遏的現(xiàn)象。遏的現(xiàn)象。

13、* *應(yīng)盡量選用對所需的酶有誘導(dǎo)作用的碳源，而不使應(yīng)盡量選用對所需的酶有誘導(dǎo)作用的碳源，而不使 用或少使用有分解代謝物阻遏作用的碳源；用或少使用有分解代謝物阻遏作用的碳源； 原料的供求和價格。原料的供求和價格。 2 2酶發(fā)酵生產(chǎn)中常用的碳源是淀粉及其水解產(chǎn)物，如酶發(fā)酵生產(chǎn)中常用的碳源是淀粉及其水解產(chǎn)物，如 糊精、麥芽糖、葡萄糖等。糊精、麥芽糖、葡萄糖等。 （二）氮源：（二）氮源：組成元素組成元素 1來源來源 有機(jī)氮源：蛋白質(zhì)及其水解產(chǎn)物。有機(jī)氮源：蛋白質(zhì)及其水解產(chǎn)物。 無機(jī)氮源：無機(jī)氮源：NH4+, NO3- 2選擇原則：選擇原則： 根據(jù)不同的細(xì)胞要求選擇根據(jù)不同的細(xì)胞要求選擇 植物細(xì)胞：主要

14、是無機(jī)氮植物細(xì)胞：主要是無機(jī)氮 動物細(xì)胞：有機(jī)氮動物細(xì)胞：有機(jī)氮 微生物細(xì)胞：自養(yǎng)型無機(jī)氮，異養(yǎng)型有機(jī)氮微生物細(xì)胞：自養(yǎng)型無機(jī)氮，異養(yǎng)型有機(jī)氮 注意注意C/N比，對酶產(chǎn)量有顯著影響。比，對酶產(chǎn)量有顯著影響。（三）無機(jī)鹽（三）無機(jī)鹽1作用：提供細(xì)胞生命活動不可缺少的無機(jī)元素，并對作用：提供細(xì)胞生命活動不可缺少的無機(jī)元素，并對 培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pH值、氧化還原電位和滲透壓起調(diào)節(jié)作用。值、氧化還原電位和滲透壓起調(diào)節(jié)作用。 細(xì)胞的主要組分，如磷、硫等；細(xì)胞的主要組分，如磷、硫等； 酶的組分，如磷、硫、鋅、鈣等；酶的組分，如磷、硫、鋅、鈣等； 酶的激活劑或抑制劑，如鉀、鎂、鐵、鋅、銅、酶的激活劑或抑制劑

15、，如鉀、鎂、鐵、鋅、銅、 錳、鈣、鉬、鈷、氯、溴、碘等；錳、鈣、鉬、鈷、氯、溴、碘等； 對對pH值、滲透壓、氧化還原電位起調(diào)節(jié)作用的，如值、滲透壓、氧化還原電位起調(diào)節(jié)作用的，如 鈉、鉀、鈣、氯、磷等。鈉、鉀、鈣、氯、磷等。 2.2.分類分類( (根據(jù)細(xì)胞對無機(jī)元素需要量的大小根據(jù)細(xì)胞對無機(jī)元素需要量的大小) ) 大量元素大量元素: :磷、硫、鉀、鈉、鎂、鈣等。磷、硫、鉀、鈉、鎂、鈣等。 微量元素：銅、錳、鋅、鉬、鈷、碘等。微量元素：銅、錳、鋅、鉬、鈷、碘等。 3. 3.添加方式：添加無機(jī)鹽。添加方式：添加無機(jī)鹽。（四）生長因子：（四）生長因子： 指細(xì)胞生長繁殖所必不可缺的微量有機(jī)化合物，主要指

16、細(xì)胞生長繁殖所必不可缺的微量有機(jī)化合物，主要 包括各種氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素以及動植物生包括各種氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素以及動植物生 長激素等。長激素等。 添加方式：加進(jìn)玉米漿、酵母膏和麥芽汁等，或加進(jìn)添加方式：加進(jìn)玉米漿、酵母膏和麥芽汁等，或加進(jìn) 純化的生長因子。純化的生長因子。四四pH值的調(diào)節(jié)值的調(diào)節(jié)（一）（一）pH對細(xì)胞生長繁殖及發(fā)酵產(chǎn)酶的影響：對細(xì)胞生長繁殖及發(fā)酵產(chǎn)酶的影響： 1不同細(xì)胞生長繁殖的最適不同細(xì)胞生長繁殖的最適pH有所不同，一般細(xì)菌和有所不同，一般細(xì)菌和 放線菌為中性或微堿性（放線菌為中性或微堿性（6.58.0），霉菌和酵母偏），霉菌和酵母偏 酸性（酸性（4.06.0

17、），動物細(xì)胞一般為中性，植物細(xì)胞），動物細(xì)胞一般為中性，植物細(xì)胞 生長的最適生長的最適pH為為56。 2細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適pH通常接近于該酶反應(yīng)的最適通常接近于該酶反應(yīng)的最適 pH值；值； 3pH值還可以影響產(chǎn)生多種酶的細(xì)胞各種酶的產(chǎn)量比值還可以影響產(chǎn)生多種酶的細(xì)胞各種酶的產(chǎn)量比 例的變化；例的變化； 4培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pH在細(xì)胞生長繁殖和代謝物產(chǎn)生的過程在細(xì)胞生長繁殖和代謝物產(chǎn)生的過程 中往往會發(fā)生變化，這種變化與細(xì)胞特性和培養(yǎng)基中往往會發(fā)生變化，這種變化與細(xì)胞特性和培養(yǎng)基 的組分密切相關(guān)。的組分密切相關(guān)。（二）控制與調(diào)節(jié)措施（二）控制與調(diào)節(jié)措施 1改變培養(yǎng)基的組分和比例；

18、改變培養(yǎng)基的組分和比例； 2必要時使用緩沖溶液，或流加適宜的酸、堿溶液。必要時使用緩沖溶液，或流加適宜的酸、堿溶液。 五溫度的調(diào)節(jié)控制五溫度的調(diào)節(jié)控制 1溫度對酶的發(fā)酵生產(chǎn)的影響：溫度對酶的發(fā)酵生產(chǎn)的影響： 不同的細(xì)胞有各自不同的最適生長溫度；不同的細(xì)胞有各自不同的最適生長溫度； 細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與細(xì)胞的最適生長溫度有所細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與細(xì)胞的最適生長溫度有所 不同，而且往往低于最適生長溫度；不同，而且往往低于最適生長溫度；2 2調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)控制 在酶的發(fā)酵生產(chǎn)的不同階段控制不同的溫度條件（生在酶的發(fā)酵生產(chǎn)的不同階段控制不同的溫度條件（生 長階段與產(chǎn)酶階段）；長階段與產(chǎn)酶階段）；

19、控制培養(yǎng)基的溫度：一般采取熱水升溫、冷水降溫，控制培養(yǎng)基的溫度：一般采取熱水升溫、冷水降溫， 以及在發(fā)酵罐中所設(shè)計的有足夠傳熱面積的熱交換裝以及在發(fā)酵罐中所設(shè)計的有足夠傳熱面積的熱交換裝 置。置。六溶解氧的控制六溶解氧的控制（一）細(xì)胞只能利用溶解氧，調(diào)節(jié)溶氧速率的措施：（一）細(xì)胞只能利用溶解氧，調(diào)節(jié)溶氧速率的措施：1 1調(diào)節(jié)通氣量；調(diào)節(jié)通氣量；2 2調(diào)節(jié)氧分壓：增加空氣壓力，提高空氣中氧的含量。調(diào)節(jié)氧分壓：增加空氣壓力，提高空氣中氧的含量。3 3調(diào)節(jié)氣液接觸時間：增加液層高度，在反應(yīng)器中增設(shè)調(diào)節(jié)氣液接觸時間：增加液層高度，在反應(yīng)器中增設(shè) 擋板。擋板。4 4調(diào)節(jié)氣液接觸面積：發(fā)酵容器底部安裝空氣

20、分配管調(diào)節(jié)氣液接觸面積：發(fā)酵容器底部安裝空氣分配管 （主要方法），裝設(shè)攪拌裝置或增設(shè)擋板。（主要方法），裝設(shè)攪拌裝置或增設(shè)擋板。5 5. . 培養(yǎng)基的特性對溶氧速率有明顯影響。若培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的特性對溶氧速率有明顯影響。若培養(yǎng)基的 粘度大，產(chǎn)生氣泡，則不利于氧的溶解。這可以通粘度大，產(chǎn)生氣泡，則不利于氧的溶解。這可以通 過改變培養(yǎng)基的組分或比例，以及加入消泡劑或設(shè)過改變培養(yǎng)基的組分或比例，以及加入消泡劑或設(shè) 置消泡裝置而克服。置消泡裝置而克服。（二）溶氧速率不宜過高，這是因為：（二）溶氧速率不宜過高，這是因為：1 1. . 浪費；浪費；2 2. . 高溶氧速率會抑制某些酶，如青霉素酰化酶等的生

21、成高溶氧速率會抑制某些酶，如青霉素酰化酶等的生成; ;3 3. . 為獲得高溶氧速率而采用的大量通氣或快速攪拌等措為獲得高溶氧速率而采用的大量通氣或快速攪拌等措 施會使某些細(xì)胞受到損傷。施會使某些細(xì)胞受到損傷。 * * 因此，溶氧速率等于或稍高于耗氧速率即可，耗氧速因此，溶氧速率等于或稍高于耗氧速率即可，耗氧速 率率= =細(xì)胞呼吸強度細(xì)胞濃度。細(xì)胞呼吸強度細(xì)胞濃度。七提高酶產(chǎn)量的其它措施七提高酶產(chǎn)量的其它措施 (P50) 1 1添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物 誘導(dǎo)物一般分為三類：酶的作用底物或底物類似物誘導(dǎo)物一般分為三類：酶的作用底物或底物類似物以及酶的反應(yīng)產(chǎn)物。以及酶的反應(yīng)產(chǎn)物。 選擇：選擇： a.

22、a.特異性；特異性； b. b.誘導(dǎo)效果；誘導(dǎo)效果； c. c.來源和價格。來源和價格。 2控制阻遏物濃度控制阻遏物濃度 根據(jù)不同的阻遏類型，采取不同的控制方式根據(jù)不同的阻遏類型，采取不同的控制方式 分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏 a. 采用其它的碳源；采用其它的碳源； b. 控制濃度，或分次流加；控制濃度，或分次流加； c. 加一定量的加一定量的cAMP. 反饋阻遏反饋阻遏 a. 控制終產(chǎn)物濃度；控制終產(chǎn)物濃度； b. 添加末端產(chǎn)物類似物。添加末端產(chǎn)物類似物。 3添加表面活性劑添加表面活性劑 4添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑 第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)酶動力學(xué)產(chǎn)酶動力學(xué)(P52) 一酶生物合成的模式一酶生

23、物合成的模式 （一）細(xì)胞生長曲線（一）細(xì)胞生長曲線 細(xì)胞生長曲線細(xì)胞生長曲線 總細(xì)胞濃度，總細(xì)胞濃度，活細(xì)胞濃度活細(xì)胞濃度 OA調(diào)整期，調(diào)整期，AB生長期，生長期，BC平衡期，平衡期，CD衰退期衰退期 （二）酶生物合成的模式（二）酶生物合成的模式 酶生物合成的模式酶生物合成的模式 細(xì)胞濃度，細(xì)胞濃度，酶濃度酶濃度I同步合成型同步合成型,II延續(xù)合成型延續(xù)合成型,III中期合成型中期合成型,IV滯后合成型滯后合成型 1同步合成型同步合成型 特點：酶的生物合成可被誘導(dǎo)，但不特點：酶的生物合成可被誘導(dǎo)，但不 受阻遏。而且當(dāng)除去誘導(dǎo)物或細(xì)胞進(jìn)受阻遏。而且當(dāng)除去誘導(dǎo)物或細(xì)胞進(jìn) 入平衡期以后，酶的合成立即

24、停止。入平衡期以后，酶的合成立即停止。 該酶所對應(yīng)的該酶所對應(yīng)的mRNA是很不穩(wěn)定的。是很不穩(wěn)定的。 2延續(xù)合成型：延續(xù)合成型： 特點：酶的生物合成可被誘導(dǎo)，但不特點：酶的生物合成可被誘導(dǎo)，但不 受阻遏。該酶的受阻遏。該酶的mRNA相當(dāng)穩(wěn)定。相當(dāng)穩(wěn)定。 4 4滯后合成型：滯后合成型： 特點：對數(shù)生長期不合成，可能是特點：對數(shù)生長期不合成，可能是 由于受到分解代謝物阻遏作用的影由于受到分解代謝物阻遏作用的影 響，當(dāng)阻遏消除以后，酶才開始大響，當(dāng)阻遏消除以后，酶才開始大 量合成。該酶的量合成。該酶的mRNA穩(wěn)定性高。穩(wěn)定性高。3中期合成型：中期合成型： 特點：酶的生物合成受反饋阻遏。該特點：酶的生

25、物合成受反饋阻遏。該 酶的酶的mRNA是不穩(wěn)定的。是不穩(wěn)定的。（二）影響酶生物合成的主要因素：（二）影響酶生物合成的主要因素： mRNA穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 培養(yǎng)基中阻遏物的存在。培養(yǎng)基中阻遏物的存在。（三）延續(xù)合成型是酶的工業(yè)生產(chǎn)中最理想的合成模式（三）延續(xù)合成型是酶的工業(yè)生產(chǎn)中最理想的合成模式 屬于這一類型的酶，在發(fā)酵過程中沒有生長期和產(chǎn)屬于這一類型的酶，在發(fā)酵過程中沒有生長期和產(chǎn) 酶期的明顯差別。細(xì)胞開始生長就有酶產(chǎn)生，直至酶期的明顯差別。細(xì)胞開始生長就有酶產(chǎn)生，直至 細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后，酶還可以繼續(xù)生長一段較細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后，酶還可以繼續(xù)生長一段較 長的時間。長的時間。二細(xì)胞生長動力

26、學(xué)（二細(xì)胞生長動力學(xué)（Monod方程）方程）(P56) 細(xì)胞培養(yǎng)過程中，細(xì)胞生長速率與細(xì)胞濃度成正比細(xì)胞培養(yǎng)過程中，細(xì)胞生長速率與細(xì)胞濃度成正比: : r rx x為細(xì)胞生長速率；為細(xì)胞生長速率；X X為細(xì)胞濃度；為細(xì)胞濃度；為比生長速為比生長速 率。率。 當(dāng)培養(yǎng)基中當(dāng)培養(yǎng)基中只有一種限制性底物，而不存在其他限只有一種限制性底物，而不存在其他限 制性生長因素時，制性生長因素時，為此限制性基質(zhì)的函數(shù)：為此限制性基質(zhì)的函數(shù)： S為限制性底物濃度；為限制性底物濃度；m為最大比生長速率；為最大比生長速率；Ks為為Monod常數(shù)。常數(shù)。 三產(chǎn)酶動力學(xué)三產(chǎn)酶動力學(xué)(P57) 宏觀產(chǎn)酶動力學(xué)方程：宏觀產(chǎn)酶動

27、力學(xué)方程： 式中，式中，X為細(xì)胞濃度；為細(xì)胞濃度；為細(xì)胞比生長速率；為細(xì)胞比生長速率；，生生 長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系數(shù)；長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系數(shù)；，非生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系非生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系 數(shù)；數(shù)；E為酶濃度；為酶濃度；t為時間。為時間。第四節(jié)第四節(jié) 微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶一菌種的分離純化：一菌種的分離純化： 優(yōu)良菌種的獲得途徑優(yōu)良菌種的獲得途徑 從自然界分離篩選；從自然界分離篩選； 通過物理或化學(xué)方法處理誘變；通過物理或化學(xué)方法處理誘變； 用基因重組或細(xì)胞融合技術(shù)改善性能。用基因重組或細(xì)胞融合技術(shù)改善性能。 如何從自然界分離篩選酶：如何從自然界分離篩選酶：1 1從含有該酶作用底物的場所分離

28、；從含有該酶作用底物的場所分離；2 2對具體來源不了解的產(chǎn)酶細(xì)胞，一般可從土壤中分離。對具體來源不了解的產(chǎn)酶細(xì)胞，一般可從土壤中分離。 過程：過程： （1）將表土刮去）將表土刮去23 cm; （2）在同一條件下選好）在同一條件下選好35個點；個點； （3）每點取樣）每點取樣10 g左右，混在一起包好。左右，混在一起包好。二富集培養(yǎng)：二富集培養(yǎng)： 使需要的菌大量繁殖，而不需要的菌不生長或少生長。使需要的菌大量繁殖，而不需要的菌不生長或少生長。 -淀粉酶的篩選三菌種純化：三菌種純化： 稀釋法和劃線法稀釋法和劃線法培養(yǎng)基含培養(yǎng)基含1可溶性淀粉?？扇苄缘矸?。I2+KI 四菌種變異：四菌種變異： 1 1

29、物理或化學(xué)方法誘變：物理或化學(xué)方法誘變： 紫外線、紫外線、X-射線，射線，-射線、光能電子、快中子射線、光能電子、快中子 等，亞硝基胍，亞硝酸等。等，亞硝基胍，亞硝酸等。 2 2基因工程方法：基因工程方法： 五酶的生產(chǎn)：五酶的生產(chǎn)： C源與源與N源大多為農(nóng)副產(chǎn)品。源大多為農(nóng)副產(chǎn)品。 第五節(jié)第五節(jié) 動植物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶動植物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶(P64) 一動植物細(xì)胞與微生物的主要特性差異一動植物細(xì)胞與微生物的主要特性差異 微生物細(xì)胞 植物細(xì)胞 動物細(xì)胞 細(xì)胞大小（m） 110 20300 10100 倍增時間（h） 0.36 12 15 營養(yǎng)要求 簡單 簡單 復(fù)雜 光照要求 不要求 大多數(shù)要求光照 不要

30、求 對剪切力 大多數(shù)不敏感 敏感 敏感 主要產(chǎn)物 醇類， 有機(jī)酸， 氨基酸，抗生素，酶，核苷酸 色素，香精，藥物，酶 激素，疫苗，但克隆抗體，酶 二植物細(xì)胞發(fā)酵二植物細(xì)胞發(fā)酵 1 1技術(shù)路線：技術(shù)路線： 篩選、誘變、原生質(zhì)體融合篩選、誘變、原生質(zhì)體融合 發(fā)酵發(fā)酵選育出植物細(xì)胞選育出植物細(xì)胞 高產(chǎn)、穩(wěn)定的植物細(xì)胞高產(chǎn)、穩(wěn)定的植物細(xì)胞 產(chǎn)物產(chǎn)物 DNADNA重組重組 2 2特點特點 產(chǎn)率提高；產(chǎn)率提高； 縮短周期；縮短周期； 易于管理，減輕勞動強度；易于管理，減輕勞動強度； 提高產(chǎn)品質(zhì)量。提高產(chǎn)品質(zhì)量。 缺點：對剪切力敏感，發(fā)酵周期長。缺點：對剪切力敏感，發(fā)酵周期長。 3 3工藝條件及控制工藝條件

31、及控制（1）培養(yǎng)基）培養(yǎng)基 a. 需大量的無機(jī)鹽；需大量的無機(jī)鹽； b. 需要各種維生素和植物激素；需要各種維生素和植物激素； c. 以無機(jī)氮為氮源；以無機(jī)氮為氮源； d. 以蔗糖為碳源。以蔗糖為碳源。 （2）溫度和）溫度和pH值：值：25左右，最適生長溫度和最適發(fā)左右，最適生長溫度和最適發(fā) 酵溫度有所差別。酵溫度有所差別。pH 56，培養(yǎng)基，培養(yǎng)基pH一般控制一般控制在在5.5。 （3 3）溶解氧的調(diào)節(jié)控制：通過通風(fēng)和攪拌。）溶解氧的調(diào)節(jié)控制：通過通風(fēng)和攪拌。（4 4）光照的控制：根據(jù)植物細(xì)胞的特性和目標(biāo)次級代謝）光照的控制：根據(jù)植物細(xì)胞的特性和目標(biāo)次級代謝 物的不同，進(jìn)行光照（光強、光質(zhì)和光周期）的調(diào)物的不同，進(jìn)行光照（光強、光質(zhì)和光周期）的調(diào) 節(jié)控制。節(jié)控制。（5 5）添加前體或中間產(chǎn)物：）添加前體或中間產(chǎn)物：（6 6）添加刺激劑：）添加刺激劑： 常用的刺激劑有微生物細(xì)胞壁碎片和微生物胞外酶。常用的刺激劑有微生物細(xì)胞壁碎片和微生物胞外