1、Chapter 2 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism微生物發(fā)酵產(chǎn)酶制作：崔建東Contents of chapter 21、酶生物合成過程2、常見產(chǎn)酶微生物3、酶的發(fā)酵工藝條件及控制4、酶生產(chǎn)過程的動力學(xué)GoGoGoGo酶的生產(chǎn)方法提取分離法(Extraction)生物合成(Biosynthesis)化學(xué)合成(chemicalsynthesis)SOD - bloodPapain-PapayaChymotrypsin-Pancrea organ/tissue/cellAmylase from BacillusPr

2、otease from BacillusPhosphatase from BacillusGlucoamylase from AspergillusPlant cell cultureAnimal cell cultureFew example微生物發(fā)酵產(chǎn)酶n酶的發(fā)酵生產(chǎn)：酶的發(fā)酵生產(chǎn)：經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作，利用微生物的生命活動，獲得所需的酶的技術(shù)過程。n大多數(shù)酶的生產(chǎn)采用發(fā)酵生產(chǎn)大多數(shù)酶的生產(chǎn)采用發(fā)酵生產(chǎn)原因：微生物具有種類多、繁殖快、易培養(yǎng)、代謝能力強等特點微生物發(fā)酵產(chǎn)酶n優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物具備的條件：優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物具備的條件：n（1）酶的產(chǎn)量高；n（2）產(chǎn)酶穩(wěn)定性好；n（3）容易培

3、養(yǎng)和管理；n（4）利于酶的分離純化；n（5）安全可靠、無毒性等。微生物發(fā)酵產(chǎn)酶n酶的發(fā)酵生產(chǎn)的方式：酶的發(fā)酵生產(chǎn)的方式：n固體培養(yǎng)發(fā)酵n液體深層發(fā)酵n固定化微生物細胞發(fā)酵n固定化微生物原生質(zhì)體發(fā)酵微生物發(fā)酵產(chǎn)酶n酶生物合成的基本理論酶生物合成的基本理論n蛋白類酶和核酸類酶酶的生物合成主要是指細胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)的合成過程.n合成過程:n酶的基因（DNA）（轉(zhuǎn)錄）RNA （翻譯）多肽鏈（加工、組裝）蛋白質(zhì)酶生物合成過程 The biosynthesis process of Enzyme1、中心法則- Central Dogma 2、RNA的生物合成- Transcription3、蛋白質(zhì)的生物

4、合成- Translation4、酶生物合成的調(diào)節(jié)- RegulationGoGoGoGoReverse transcription1、中心法則-Central Dogma 2、RNA的生物合成(轉(zhuǎn)錄)- Transcription細胞內(nèi)RNA的生物功能 在蛋白質(zhì)的生物合成過程中，各種RNA起著重要的作用。其中，tRNA作為氨基酸載體，并由其上的反密碼子識別mRNA分子上的密碼子；mRNA作為蛋白質(zhì)合成的模板，由其分子上的三聯(lián)體密碼控制蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序；rRNA與蛋白質(zhì)一起組成核糖核蛋白體（核糖體），作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。3、蛋白質(zhì)的合成(翻譯)-Translation翻譯翻譯

5、: : 以以RNARNA中中mRNAmRNA為模板為模板, ,按照其按照其 核苷酸順序所組成的密碼指核苷酸順序所組成的密碼指 導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過程導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過程. .mRNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯 各種信息各種信息 各種蛋白質(zhì)各種蛋白質(zhì)（核苷酸排列順序）（核苷酸排列順序） （氨基酸排列順序）（氨基酸排列順序）酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)主要是轉(zhuǎn)錄水平的原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)主要是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)n雅各（雅各（Jacob）和莫諾德（）和莫諾德（Monod）于）于1960年提年提出的操縱

6、子學(xué)說（出的操縱子學(xué)說（Operon theory）來闡明的。）來闡明的。酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n操縱子（操縱子（OperonOperon）：是基因表達和控制的一個完）：是基因表達和控制的一個完整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操縱基整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操縱基因和啟動基因。因和啟動基因。酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n啟動基因（啟動基因（Promoter genePromoter g

7、ene）：由兩個位點組成，）：由兩個位點組成，一個是一個是RNARNA聚合酶的結(jié)合位點，另一個是環(huán)腺苷酸聚合酶的結(jié)合位點，另一個是環(huán)腺苷酸（cyclic AMP, cAMPcyclic AMP, cAMP）與）與CAPCAP組成的復(fù)合物組成的復(fù)合物 ( cAMP( cAMP-CAP) -CAP) 的結(jié)合位點。的結(jié)合位點。n操縱基因（操縱基因（Operator geneOperator gene）：與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的）：與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的變構(gòu)蛋白（阻遏蛋白）中的一種結(jié)構(gòu)結(jié)合，從而變構(gòu)蛋白（阻遏蛋白）中的一種結(jié)構(gòu)結(jié)合，從而操縱酶生物合成的時機和合成速度。操縱酶生物合成的時機和合成速度。酶生物合成的調(diào)節(jié)

8、酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n調(diào)節(jié)基因（調(diào)節(jié)基因（Regulator geneRegulator gene）: : 產(chǎn)生一種阻遏蛋產(chǎn)生一種阻遏蛋白。阻遏蛋白是一種由多個亞基組成的變構(gòu)蛋白，白。阻遏蛋白是一種由多個亞基組成的變構(gòu)蛋白，它可以通過與某些小分子效應(yīng)物（誘導(dǎo)物或阻遏它可以通過與某些小分子效應(yīng)物（誘導(dǎo)物或阻遏物）的特異結(jié)合而改變其結(jié)構(gòu)，從而改變它與操物）的特異結(jié)合而改變其結(jié)構(gòu)，從而改變它與操縱基因的結(jié)合力。當阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合時，縱基因的結(jié)合力。當阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合時，由于空間排擠作用，由于空間排擠作

9、用，RNARNA聚合酶就無法結(jié)合到啟動聚合酶就無法結(jié)合到啟動基因的位點上，也無法進行結(jié)構(gòu)基因的位置進行基因的位點上，也無法進行結(jié)構(gòu)基因的位置進行轉(zhuǎn)錄，酶的生物合成也就無法進行。轉(zhuǎn)錄，酶的生物合成也就無法進行。酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n結(jié)構(gòu)基因（結(jié)構(gòu)基因（StruturalStrutural gene gene）：結(jié)構(gòu)基因與多肽）：結(jié)構(gòu)基因與多肽鏈有各自的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)構(gòu)基因上的遺傳信息可鏈有各自的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)構(gòu)基因上的遺傳信息可以轉(zhuǎn)錄成為以轉(zhuǎn)錄成為mRNAmRNA上的遺傳密碼，再經(jīng)翻譯成為酶上的遺

10、傳密碼，再經(jīng)翻譯成為酶蛋白的多肽鏈，每一個結(jié)構(gòu)基因?qū)?yīng)一條多肽鏈。蛋白的多肽鏈，每一個結(jié)構(gòu)基因?qū)?yīng)一條多肽鏈。酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n誘導(dǎo)型操縱子（誘導(dǎo)型操縱子（Inducible operonInducible operon）大腸桿菌大腸桿菌乳糖操縱子乳糖操縱子酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制n操縱子學(xué)說概述操縱子學(xué)說概述n阻遏型操縱子（阻遏型操縱子（Repressible operonRepressible operon）色氨酸

11、色氨酸操縱子操縱子 ( Trp operon( Trp operon ) )n色氨酸操縱子色氨酸操縱子(tryptophane operon(tryptophane operon) )負責色氨酸負責色氨酸的生物合成，當培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時，這的生物合成，當培養(yǎng)基中有足夠的色氨酸時，這個操縱子自動關(guān)閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，個操縱子自動關(guān)閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，trptrp基因表達，色氨酸或與其代謝有關(guān)的某種物質(zhì)基因表達，色氨酸或與其代謝有關(guān)的某種物質(zhì)在阻遏過程（而不是誘導(dǎo)過程）中起作用。在阻遏過程（而不是誘導(dǎo)過程）中起作用。 酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)n真核生物酶生物合成的

12、調(diào)節(jié)真核生物酶生物合成的調(diào)節(jié)n目前為止，還沒有統(tǒng)一的理論和模型來闡述真核生物酶生物合成的調(diào)節(jié)規(guī)律。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production基本要求：n不是致病菌n發(fā)酵周期短,產(chǎn)酶量高n不易變異退化n最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分離。n對醫(yī)藥和食品用酶,還應(yīng)考慮安全性：n凡從可食部分或食品加工中傳統(tǒng)使用的微生物生產(chǎn)的酶,安全!n由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性實驗。n非常見微生物制取的酶,需做廣泛的毒性實驗,包括慢性中毒實驗。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn1、細菌n

13、細菌是在工業(yè)上有重要應(yīng)用價值的原核微生物。在酶的生產(chǎn)中常用的細菌有大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn1、細菌n細菌屬于真細菌綱細菌屬于真細菌綱( (SchizomycetesSchizomycetes) )，是單細胞，是單細胞，橫分裂或二分裂繁殖，依細胞的形狀和分裂后的橫分裂或二分裂繁殖，依細胞的形狀和分裂后的集合狀態(tài)而給予各種名稱。按形狀分為球菌、桿集合狀態(tài)而給予各種名稱。按形狀分為球菌、桿菌、螺旋菌等。球菌又有單球菌、雙球菌、四聯(lián)菌、螺旋菌等。球菌又有單球菌、雙球菌、四聯(lián)球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄

14、球菌等。球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄球菌等。 常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production 球菌球菌 鏈球菌鏈球菌常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production 四聯(lián)球菌四聯(lián)球菌 葡萄球菌葡萄球菌常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production 桿菌桿菌 螺旋菌螺旋菌n形態(tài)：短桿或長桿狀，0.51.01.03.0 um，革蘭氏陰性，運動(周毛)或不運動，無芽孢，一般無莢膜。菌落呈白色至黃白色，擴展，光滑，閃光。nEscherich屬菌株和大

15、多數(shù)大腸桿菌是無害，但也有些大腸桿菌是致病的，會引起腹瀉和尿路感染。n大腸桿菌的名聲主要因它易于在實驗室操作、生長迅速，而且營養(yǎng)要求低。n應(yīng)用：大腸桿菌能作為宿主供大量的細菌病毒生長繁殖大腸桿菌也是最早用作基因工程的宿主菌基因工程的宿主菌工業(yè)上生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶和 制備天冬氨酸、蘇氨酸及纈氨酸等n菌體從橢圓至桿狀，單個、成對或成鏈，革蘭氏陰性，運動（周毛）或不運動，不生芽孢。好氣。含糖、乙醇和酵母膏的培養(yǎng)基上生長良好。n應(yīng)用：有機酸(食醋等）、葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶( (高果糖漿高果糖漿 ) )、山梨糖 (維C中間體） n直狀、近直狀的桿菌，周生或側(cè)生鞭毛，

16、革蘭氏陽性，無莢膜，芽孢0.51.51.8m，中生或近中生。n枯草芽孢桿菌是工業(yè)發(fā)酵的重要菌種之一。生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、5-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。常用的產(chǎn)酶微生物常用的產(chǎn)酶微生物n放線菌放線菌(actinomycetes) n放線菌是具有分支狀菌絲的單細胞原核微生物。常用于酶發(fā)酵生產(chǎn)的放線菌主要是鏈霉菌(Streptomyces)。n鏈霉菌菌落呈放射狀，具有分枝的菌絲體，菌絲直徑0.21.2m。革蘭氏染色陽性。菌絲有氣生菌絲和基內(nèi)菌絲之分，基內(nèi)菌絲不斷裂，只有氣生菌絲形成孢子鏈。n鏈霉菌是生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶的主要微生物。還可以用于生產(chǎn)青霉素酰化酶、纖維素酶、堿性蛋白酶、中性蛋白

17、酶、幾丁質(zhì)酶等。此外，鏈霉菌還含有豐富的16羥化酶，可用于甾體轉(zhuǎn)化。常用的產(chǎn)酶微生物常用的產(chǎn)酶微生物n放線菌放線菌n鏈霉菌屬 n諾卡氏菌屬常用的產(chǎn)酶微生物常用的產(chǎn)酶微生物n放線菌放線菌 n諾卡氏菌屬n多為需氧型腐生菌，少數(shù)厭氧型寄生菌。已報道有100余種，主要分布于土壤。許多種能產(chǎn)生抗生素，如利福霉素（rifomycin）等，有的用于石油脫蠟，烴類發(fā)酵及 污 水 處 理 等 。常用的產(chǎn)酶微生物常用的產(chǎn)酶微生物n放線菌放線菌n鏈霉菌屬n主要分布于含水量較低，有機質(zhì)豐富的中性或微堿性土壤中，多數(shù)為腐生，好氧菌。已知放線菌所產(chǎn)抗生素的90由本屬產(chǎn)生。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorgan

18、ism in Enzyme Productionn2、霉菌n霉菌是一類絲狀真菌。用于酶的發(fā)酵生產(chǎn)的霉菌主要有黑曲霉、米曲霉、紅曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。n分類：多數(shù)屬于子囊菌亞門，分類：多數(shù)屬于子囊菌亞門，少數(shù)屬于半知菌亞門。少數(shù)屬于半知菌亞門。n分布：廣泛分布于土壤、空氣分布：廣泛分布于土壤、空氣和谷物上，可引起食物、谷物和谷物上，可引起食物、谷物和果蔬的霉腐變質(zhì)，有的可產(chǎn)和果蔬的霉腐變質(zhì)，有的可產(chǎn)生致癌性的黃曲霉毒素。生致癌性的黃曲霉毒素。n代表種：代表種：黑曲霉黑曲霉Asp. NigerAsp. Niger、黃曲霉黃曲霉Asp.flavusAsp.flavusn應(yīng)用：應(yīng)用：是制醬、

19、釀酒、制醋的是制醬、釀酒、制醋的主要菌種。是生產(chǎn)酶制劑（蛋主要菌種。是生產(chǎn)酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌種。生產(chǎn)有機酸（如檸檬酸、種。生產(chǎn)有機酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）。農(nóng)業(yè)上用作生葡萄糖酸等）。農(nóng)業(yè)上用作生產(chǎn)糖化飼料的菌種。產(chǎn)糖化飼料的菌種。回本節(jié)常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn黑曲霉n黑曲霉是曲霉屬黑曲霉群霉菌。菌絲體由具有橫隔的分支菌絲構(gòu)成， 菌叢黑褐色，頂囊大球形，小梗雙層，分生孢子球形，平滑或粗糙。n黑曲酶可用于生產(chǎn)多種酶，有胞外酶也有胞內(nèi)酶。例如， 糖化酶，-淀粉酶, 酸性蛋白酶，果

20、膠酶，葡萄糖氧化酶，過氧化氫酶，核糖核酸酶，脂肪酶，纖維素酶，橙皮苷酶，核苷酶等。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn 米曲霉(Aspergillus oryzae)n米曲霉是曲霉屬黃曲霉群霉菌。菌叢一般為黃綠色，后變?yōu)辄S褐色，分生孢子頭呈放射形，分生孢子頭呈放射形，頂囊球形或瓶形，小梗一般為單層，分生孢子球形，平滑，少數(shù)有刺，分生孢子梗長達2 mm 左右，粗糙。n米曲霉中糖化酶和蛋白酶的活力較強，這使米曲霉在我國傳統(tǒng)的酒曲和醬油曲的

21、制造中廣泛應(yīng)用。此外，米曲霉還可以用于生產(chǎn)氨基酰化酶、磷酸二酯酶、果膠酶、核酸酶P等。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn紅曲霉（Monascus）n紅曲霉菌落初期白色，老熟后變?yōu)榈凵⒆霞t色或灰黑色。通常形成紅色色素。菌絲具有隔膜，多核，分枝甚繁。分生孢子著生在菌絲及其分枝的頂端，單生或成鏈，閉囊殼球形，有柄，其內(nèi)散生十多個子囊，子囊球形，內(nèi)含8個子囊孢子，成熟后子囊壁解體，孢子則留在閉囊殼內(nèi)。n紅曲霉可用于生產(chǎn)-淀粉酶、糖化酶、麥芽糖酶、蛋白酶等。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme

22、Productionn青霉(Penicillium)n青霉屬半知菌綱。其營養(yǎng)菌絲體無色、淡色或具有鮮明的顏色，有橫隔，分生孢子梗亦有橫隔，光滑或粗糙，頂端形成帚狀分枝，小梗頂端串生分生孢子，分生孢子球形、橢圓形或短柱形，光滑或粗糙，大部分在生長時呈藍綠色。有少數(shù)種會產(chǎn)生閉囊殼，其內(nèi)形成子囊和子囊孢子，亦有少數(shù)菌種產(chǎn)生菌核。n青霉菌種類很多，其中產(chǎn)黃青霉（Penicillium chrysogenum ）用于生產(chǎn)葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素酰化酶（主要作用于青霉素）果膠酶、纖維素酶等。桔青霉（Penicillium cityrinum）用于生產(chǎn)5-磷酸二酯酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶、核

23、酸酶S1、核酸酶P1等。 常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn木霉(Trichoderma)n木霉屬于半知菌綱。生長時菌落生長迅速，呈棉絮狀或致密叢束狀，菌落表面呈不同程度的綠色，菌絲透明，有分隔，分枝繁復(fù)，分枝上可繼續(xù)分枝，形成二級分枝、三級分枝，分支末端為小梗，瓶狀，束生、對生、互生或單生，分生孢子由小梗相繼生出，靠粘液把它們聚成球形或近球形的孢子頭。分生孢子近球形、橢圓形、圓筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透明或亮黃綠色。n木霉是生產(chǎn)纖維素酶的重要菌株。木霉生產(chǎn)的纖維素酶中包含有C1酶、Cx酶和纖維二糖酶等。此外，木霉中含有較強的

24、17 -羥化酶，常用于甾體轉(zhuǎn)化。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn 根霉(Rhizopus)n根霉生長時,由營養(yǎng)菌絲產(chǎn)生匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有假根的匍匐枝上生出成群的孢子囊梗，梗的頂端膨大形成孢子囊，囊內(nèi)產(chǎn)生孢子囊包子。孢子呈球形、卵形或不規(guī)則形狀。根霉可用于生產(chǎn)糖化酶、-淀粉酶、蔗糖酶、堿性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等。根霉有強的11-羥化酶，是用于甾體轉(zhuǎn)化的重要菌株。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn毛霉(Mucor)

25、n毛霉的菌絲體在基質(zhì)上或基質(zhì)內(nèi)廣泛蔓延，無假根。菌絲體上直接生出孢子囊梗，一般單生，分枝較少或不分枝。孢子囊梗頂端都有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有針狀的草酸鈣結(jié)晶。n毛霉常用于生產(chǎn)蛋白酶、糖化酶、-淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、凝乳酶等。 常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn酵母酵母酵母是一群屬于真菌的單細酵母是一群屬于真菌的單細胞微生物。它分為兩大類胞微生物。它分為兩大類: : 一類能產(chǎn)生子囊孢子，稱為一類能產(chǎn)生子囊孢子，稱為真酵母；另一類不能生成子真酵母；另一類不能生成子囊孢子，稱為類酵母。通常囊孢子，稱為類酵母。通常以出芽方式進

26、行無性繁殖，以出芽方式進行無性繁殖，也有少數(shù)酵母進行有性繁殖。也有少數(shù)酵母進行有性繁殖。細胞形狀因菌株而異，有球細胞形狀因菌株而異，有球形、卵園形、檸檬形、梨形、形、卵園形、檸檬形、梨形、臘腸形、也有絲狀。大小一臘腸形、也有絲狀。大小一般為般為1 130m30m。 常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn酵母酵母n啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)n啤酒酵母是啤酒工業(yè)上廣泛應(yīng)用的酵母。細胞由圓形、卵形、橢圓形到臘腸形。在麥芽汁培養(yǎng)基上，菌落為白色，有光澤，平滑，邊緣整齊。營養(yǎng)細胞可以直接變?yōu)樽幽遥總€子囊含有

27、14個圓形光亮的子囊孢子。n啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒類的生產(chǎn)外，還可以用于轉(zhuǎn)化酶、丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等的生產(chǎn)。常見產(chǎn)酶微生物 Common microorganism in Enzyme Productionn酵母酵母n假絲酵母假絲酵母( (CandidaCandida) )n假絲酵母的細胞圓形，卵形或長形。無性繁殖假絲酵母的細胞圓形，卵形或長形。無性繁殖為多邊芽殖，形成假菌絲，也有真菌絲，可生為多邊芽殖，形成假菌絲，也有真菌絲，可生成無節(jié)孢子、子囊孢子、冬孢子或擲孢子。不成無節(jié)孢子、子囊孢子、冬孢子或擲孢子。不產(chǎn)生色素。在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上，菌落呈乳產(chǎn)生色素。在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上，菌

28、落呈乳白色或奶油色。白色或奶油色。n假絲酵母可以用于生產(chǎn)脂肪酶、尿酸酶、尿囊假絲酵母可以用于生產(chǎn)脂肪酶、尿酸酶、尿囊素酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等。具有較強的素酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等。具有較強的17-17-羥基化酶，可以用于甾體轉(zhuǎn)化。羥基化酶，可以用于甾體轉(zhuǎn)化。發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵工藝條件及其控制 n微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程 細胞擴大培養(yǎng)養(yǎng)保藏細胞細胞活化發(fā)酵 分離純化酶固定化細胞原生質(zhì)體 固定化原生質(zhì)體培養(yǎng)基預(yù)培養(yǎng)無菌空氣2.3 酶的發(fā)酵工藝條件與控制 The fermentation principles and its control of enzyme p

29、roduction1、培養(yǎng)基2、發(fā)酵條件及控制3、提高產(chǎn)酶的措施GoGoGo下一節(jié)下一節(jié)本章目錄五大要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水五大要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎(chǔ)培養(yǎng)基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎(chǔ)培養(yǎng)基（培養(yǎng)基（mediummedium）是人工配制的，適合微生物生長繁殖）是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。構(gòu)成細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳架構(gòu)成細胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳架 碳源可作能源，為生命活動提供能量碳源可作能源，為生命活動提供能量常用碳源：糖類、醇類、脂類、有機酸、烴類、

30、蛋白常用碳源：糖類、醇類、脂類、有機酸、烴類、蛋白質(zhì)及其降解物質(zhì)及其降解物水是微生物最基本的組成分（水是微生物最基本的組成分（）水是微生物體內(nèi)和體外的溶劑（吸收營養(yǎng)成分和代謝廢物）水是微生物體內(nèi)和體外的溶劑（吸收營養(yǎng)成分和代謝廢物）水是細胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動水是細胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動調(diào)節(jié)細胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定（比熱高，傳熱快）調(diào)節(jié)細胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定（比熱高，傳熱快）水水碳源碳源選擇合適碳源，以適應(yīng)目的酶的合成調(diào)節(jié)機制選擇合適碳源，以適應(yīng)目的酶的合成調(diào)節(jié)機制構(gòu)成細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素（不能用作能源構(gòu)成細胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素（不能用作能源 ）氮源有機氮源蛋白

31、胨、酵母膏、牛肉膏無機氮源銨鹽、硝酸鹽 參與酶的組成、構(gòu)成酶活性基、激活酶活性參與酶的組成、構(gòu)成酶活性基、激活酶活性維持細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性維持細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)細胞滲透壓調(diào)節(jié)細胞滲透壓控制細胞的氧化還原電位控制細胞的氧化還原電位有時可作某些微生物生長的能源物質(zhì)有時可作某些微生物生長的能源物質(zhì) 常用：硫酸鹽、常用：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物磷酸鹽、氯化物以及含有鉀、鈉、以及含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元鈣、鎂、鐵等元素的化合物。素的化合物。 氮源氮源無機鹽無機鹽需要注意合適的碳氮比需要注意合適的碳氮比生長因子生長因子是指某些微生物不能用普通的碳源、氮源物質(zhì)進生長因子是指某些微生物不能用普通的碳源、氮源物

32、質(zhì)進行合成，而必須另外加入少量的生長需求的有機物質(zhì)。行合成，而必須另外加入少量的生長需求的有機物質(zhì)。 分類：分類：化學(xué)結(jié)構(gòu)分成維生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及其衍化學(xué)結(jié)構(gòu)分成維生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及其衍生物和類脂成分生物和類脂成分 等四類等四類功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反應(yīng)功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反應(yīng) 實驗室中常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等作為各種生長因?qū)嶒炇抑谐Ｓ媒湍父唷⒌鞍纂恕⑴Ｈ飧嗟茸鳛楦鞣N生長因子的需要，麥芽汁、米曲汁等天然培養(yǎng)基中本身含有各種子的需要，麥芽汁、米曲汁等天然培養(yǎng)基中本身含有各種生長因子生長因子 培養(yǎng)基各種生物對營養(yǎng)的需求各種生物對營養(yǎng)

33、的需求n1、選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)n2、營養(yǎng)物的濃度及配比合適n3、物理、化學(xué)條件適宜n4、經(jīng)濟節(jié)約n5、精心設(shè)計、試驗比較培養(yǎng)不同的微生物必須采用不同的培養(yǎng)條件；培養(yǎng)目的不同，原料的選擇和配比不同；不同階段，培養(yǎng)條件也有所差異。培養(yǎng)基的設(shè)計原則培養(yǎng)基的設(shè)計原則實驗室的常用培養(yǎng)基：實驗室的常用培養(yǎng)基：細菌：細菌： 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏放線菌：高氏1 1號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：霉菌： 查氏合成培養(yǎng)基；查氏合成培養(yǎng)基；例如枯草芽孢桿菌：例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)

34、：肉湯培養(yǎng)基或一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LBLB培養(yǎng)基；培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；n枯草桿菌枯草桿菌BF7658-BF7658-淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)基淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉8%，豆餅粉4%，磷酸氫二鈉 0.8%，硫酸銨0.4%，氯化鈣0.2%，氯化按0.15%（自然pH）。n枯草桿菌枯草桿菌AS1.398AS1.398中性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基中性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉4%，豆餅粉3%，麩皮3.2%, 糠1%, 磷酸氫二鈉0.4%, 磷酸二氫

35、鉀0.03%（自然pH）。n黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉10%，豆餅粉4%，麩皮1%（pH4.45.0）。n地衣芽孢桿菌地衣芽孢桿菌27092709堿性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基堿性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉5.5%, 豆餅4%, 磷酸氫二鈉0.4%, 磷酸二氫鉀0.03%(pH 8.5)。n黑曲霉黑曲霉AS 3.350AS 3.350酸性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基酸性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基: 玉米粉6%, 豆餅粉4%, 玉米漿0.6%, 氯化鈣0.5%, 氯化銨1%, 磷酸氫二鈉0.2% (pH 5.5)。 n游動放線菌葡萄糖異構(gòu)酶發(fā)酵培養(yǎng)基游動放線菌葡萄糖異構(gòu)酶發(fā)酵培養(yǎng)基：糖蜜2%，豆餅粉2%

36、，磷酸氫二鈉0。1%，硫酸鎂0。05% (pH 7.2)。n桔青霉磷酸二酯酶發(fā)酵培養(yǎng)基桔青霉磷酸二酯酶發(fā)酵培養(yǎng)基：淀粉水解糖5%，蛋白胨0.5%, 硫酸鎂0.05%, 氯化鈣0.04%, 磷酸氫二鈉0.05%, 磷酸二氫鉀0.05% (自然pH)。n黑曲霉黑曲霉AS3.396AS3.396果膠酶發(fā)酵培養(yǎng)基果膠酶發(fā)酵培養(yǎng)基: 麩皮5%, 果膠0.3%, 硫酸銨2%, 磷酸二氫鉀0.25%, 硫酸鎂0.05%, 硝酸鈉0.02%, 硫酸亞鐵0.001% (自然pH)。n枯草桿菌枯草桿菌AS1.398AS1.398堿性磷酸酶發(fā)酵培養(yǎng)基堿性磷酸酶發(fā)酵培養(yǎng)基: 葡萄糖0.4%, 乳蛋白水解物0.1%,

37、硫酸銨1%, 氯化鉀0.1%, 氯化鈣0.1mmol/L, 氯化鎂1.0mmol/L, 磷酸氫二鈉20mol/L ( 用pH7.4的Tris-HCl緩沖液配制)回本節(jié)2 2、發(fā)酵條件及控制、發(fā)酵條件及控制npHpH值的調(diào)節(jié)控制值的調(diào)節(jié)控制 n溫度的調(diào)節(jié)控制溫度的調(diào)節(jié)控制 n溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制 發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制npHpH值的調(diào)節(jié)控制值的調(diào)節(jié)控制n不同的細胞，其生長繁殖的最適不同的細胞，其生長繁殖的最適pHpH值有所不同。值有所不同。一般細菌和放線菌的生長最適一般細菌和放線菌的生長最適pHpH值在中性或堿性值在中性或堿性范圍（范圍（pH6.5pH6.58.08.0）；霉菌

38、和酵母的最適生長）；霉菌和酵母的最適生長pHpH值為偏酸性值為偏酸性(pH4(pH46)6)；植物細胞生長的最適；植物細胞生長的最適pHpH值值為為5 56 6。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制npHpH值的調(diào)節(jié)控制值的調(diào)節(jié)控制n細胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適細胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適pHpH值與生長最適值與生長最適pHpH值往往有所不同。值往往有所不同。細胞生產(chǎn)某種酶的最適細胞生產(chǎn)某種酶的最適pHpH值通常接近于該酶催化反應(yīng)的最值通常接近于該酶催化反應(yīng)的最適適pHpH值。值。n有些細胞可以同時產(chǎn)生若干種酶，在生產(chǎn)過程中，通過控有些細胞可以同時產(chǎn)生若干種酶，在生產(chǎn)過程中，通過控制培養(yǎng)基的制培養(yǎng)基的pHpH值，往往可以

39、改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。值，往往可以改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。例如，采用米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶時，當培養(yǎng)基的例如，采用米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶時，當培養(yǎng)基的pHpH值為值為堿性時，主要生產(chǎn)堿性蛋白酶；培養(yǎng)基的堿性時，主要生產(chǎn)堿性蛋白酶；培養(yǎng)基的pHpH值為中性時，值為中性時， 主要生產(chǎn)中性蛋白酶；而在酸性的條件下，則以生產(chǎn)酸性主要生產(chǎn)中性蛋白酶；而在酸性的條件下，則以生產(chǎn)酸性蛋白酶為主。蛋白酶為主。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制npHpH值的調(diào)節(jié)控制值的調(diào)節(jié)控制n培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pHpH值與培養(yǎng)基的組成成分以及發(fā)酵工藝值與培養(yǎng)基的組成成分以及發(fā)酵工藝條件密切相關(guān)。條件密切相關(guān)。n含糖量高的培養(yǎng)基，由

40、于糖代謝產(chǎn)生有機酸，會使含糖量高的培養(yǎng)基，由于糖代謝產(chǎn)生有機酸，會使pHpH值值向酸性方向移動；向酸性方向移動；n含蛋白質(zhì)、氨基酸較多的培養(yǎng)基，經(jīng)過代謝產(chǎn)生較多的含蛋白質(zhì)、氨基酸較多的培養(yǎng)基，經(jīng)過代謝產(chǎn)生較多的胺類物質(zhì)，使胺類物質(zhì)，使pHpH值向堿性方向移動；值向堿性方向移動；n以硫酸銨為氮源時，隨著銨離子被利用，培養(yǎng)基中積累以硫酸銨為氮源時，隨著銨離子被利用，培養(yǎng)基中積累的硫酸根會使的硫酸根會使pHpH值降低；值降低；n以尿素為氮源的，隨著尿素被水解生成氨，而使培養(yǎng)基以尿素為氮源的，隨著尿素被水解生成氨，而使培養(yǎng)基的的pHpH值上升，然后又隨著氨被細胞同化而使值上升，然后又隨著氨被細胞同化而

41、使pHpH值下降；值下降；發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制npHpH值的調(diào)節(jié)控制值的調(diào)節(jié)控制n磷酸鹽的存在，對培養(yǎng)基的pH值變化有一定的緩沖作用。n在氧氣供應(yīng)不足時，由于代謝積累有機酸，可使培養(yǎng)基的pH值向酸性方向移動。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n發(fā)酵過程中，對培養(yǎng)基pH值進行適當?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)方法:n調(diào)節(jié)pH值的方法可以通過改變培養(yǎng)基的組分或其比例；n也可以使用緩沖液來穩(wěn)定pH值；n或者在必要時通過流加適宜的酸、堿溶液的方法，調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH值，以滿足細胞生長和產(chǎn)酶的要求。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溫度的調(diào)節(jié)控制溫度的調(diào)節(jié)控制n不同的細胞有不同的最適生長溫度。例如，枯草桿菌的最不同的細胞有不

42、同的最適生長溫度。例如，枯草桿菌的最適生長溫度為適生長溫度為34343737，黑曲霉的最適生長溫度為，黑曲霉的最適生長溫度為282832 32 等。等。通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高10，生長速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應(yīng)，對于微生物來說，溫度直接影響其生長和合成酶。溫度的控制溫度的控制有些細胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與細胞生長最適溫度有所不同，而且往往低于生長最適溫度。這是由于在較低的溫度條件下，可以提高酶所對應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性，增加酶生物合成的延續(xù)時間，從而提高酶的產(chǎn)量。 發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溫度的調(diào)節(jié)控制溫度的調(diào)節(jié)控制n溫度的調(diào)節(jié)一般采用熱水升溫、冷水降溫的方溫度的調(diào)節(jié)一般采用熱

43、水升溫、冷水降溫的方法。為了及時地進行溫度的調(diào)節(jié)控制，在發(fā)酵罐法。為了及時地進行溫度的調(diào)節(jié)控制，在發(fā)酵罐或其他生物反應(yīng)器中，均應(yīng)設(shè)計有足夠傳熱面積或其他生物反應(yīng)器中，均應(yīng)設(shè)計有足夠傳熱面積的熱交換裝置，如排管、蛇管、夾套、噴淋管等，的熱交換裝置，如排管、蛇管、夾套、噴淋管等，并且隨時備有冷水和熱水，以滿足溫度調(diào)控的需并且隨時備有冷水和熱水，以滿足溫度調(diào)控的需要。要。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制 n細胞必須獲得充足的氧氣，使從培養(yǎng)基中獲得的能源物質(zhì)（一般是指各種碳源）經(jīng)過有氧降解而生成大量的細胞的生長繁殖和酶的生物合成過程需要大量的能量ATP。溶解氧的控制溶解氧

44、的控制在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中， 處于不同生長階段的細胞，其細胞濃度和細胞呼吸強度各不相同，致使耗氧速率有很大的差別。因此必須根據(jù)耗氧量的不同，不斷供給適量的溶解氧。 培養(yǎng)液中溶解氧的量，決定于在一定條件下氧氣的溶解速度。溶氧速率與通氣量、氧氣分壓、氣液接觸時間、氣液接觸面積以及培養(yǎng)液的性質(zhì)等有密切關(guān)系。一般說來，通氣量越大、氧氣分壓越高、氣液接觸時間越長、氣液接觸面積越大，則溶氧速率越大。培養(yǎng)液的性質(zhì)，主要是黏度、氣泡、以及溫度等對于溶氧速率有明顯影響。回本節(jié)發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)通氣量調(diào)節(jié)氧的分壓 調(diào)節(jié)氣液接觸時間 調(diào)節(jié)氣液接觸面積 改變培養(yǎng)液的性質(zhì)

45、 控制溶解氧方法發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制n調(diào)節(jié)氣液接觸面積的措施調(diào)節(jié)氣液接觸面積的措施:n為了增大氣液兩相接觸面積，應(yīng)是通過培養(yǎng)液的空氣盡為了增大氣液兩相接觸面積，應(yīng)是通過培養(yǎng)液的空氣盡量分散成小氣泡。量分散成小氣泡。n在發(fā)酵容器的底部安裝空氣分配管，使氣體分散成小氣在發(fā)酵容器的底部安裝空氣分配管，使氣體分散成小氣泡進入培養(yǎng)液中，是增加氣液接觸面積的主要方法。泡進入培養(yǎng)液中，是增加氣液接觸面積的主要方法。n裝設(shè)攪拌裝置或增設(shè)擋板等可以使氣泡進一步打碎和分裝設(shè)攪拌裝置或增設(shè)擋板等可以使氣泡進一步打碎和分散，也可以有效地增加氣液接觸面積，從而提高溶氧速率。散，

46、也可以有效地增加氣液接觸面積，從而提高溶氧速率。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制n改變培養(yǎng)液的性質(zhì)： n可以通過改變培養(yǎng)液的組分或濃度等方法，有效地降低培養(yǎng)液的黏度；設(shè)置消泡裝置或添加適當?shù)南輨梢詼p少或消除泡沫的影響，以提高溶氧速率。發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施n添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物n控制阻遏物的濃度控制阻遏物的濃度 n添加表面活性劑添加表面活性劑 n添加產(chǎn)酶促進劑添加產(chǎn)酶促進劑 提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施 添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物對于誘導(dǎo)酶的發(fā)酵生產(chǎn)，在發(fā)酵過程中的某個適宜的時機，添加適宜的誘導(dǎo)物，可以顯著提高酶的產(chǎn)量。

47、例如，乳糖誘導(dǎo)-半乳糖苷酶，纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶，蔗糖甘油單棕櫚酸誘導(dǎo)蔗糖酶的生物合成等。 誘導(dǎo)物一般可以分為3類 酶的作用底物酶的作用底物 酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物 作用底物的類似物作用底物的類似物發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施n添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物n1. 1. 酶的作用底物酶的作用底物n許多誘導(dǎo)酶都可以由其作用底物誘導(dǎo)產(chǎn)生。例如，乳糖許多誘導(dǎo)酶都可以由其作用底物誘導(dǎo)產(chǎn)生。例如，乳糖誘導(dǎo)大腸桿菌誘導(dǎo)大腸桿菌-半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。L-L-苯丙氨酸誘導(dǎo)苯丙氨苯丙氨酸誘導(dǎo)苯丙氨酸解氨酶的合成等酸解氨酶的合成等發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施

48、提高酶產(chǎn)量的措施n添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物n2. 2. 酶的反應(yīng)產(chǎn)物酶的反應(yīng)產(chǎn)物n有些酶可以由其催化反應(yīng)產(chǎn)物誘導(dǎo)產(chǎn)生。例如，半乳糖醛有些酶可以由其催化反應(yīng)產(chǎn)物誘導(dǎo)產(chǎn)生。例如，半乳糖醛酸是果膠酶催化果膠水解的產(chǎn)物，它可以作為誘導(dǎo)物，誘酸是果膠酶催化果膠水解的產(chǎn)物，它可以作為誘導(dǎo)物，誘導(dǎo)果膠酶的生物合成；纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶的生物合成；導(dǎo)果膠酶的生物合成；纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶的生物合成；沒食子酸誘導(dǎo)單寧酶的產(chǎn)生等。沒食子酸誘導(dǎo)單寧酶的產(chǎn)生等。 發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的提高酶產(chǎn)量的措施措施n添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施n添加誘導(dǎo)物添

49、加誘導(dǎo)物發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施n添加誘導(dǎo)物添加誘導(dǎo)物n酶作用底物的類似物n有些酶的最有效的誘導(dǎo)物是可以與酶結(jié)合，但不能被酶催化的底物類似物。例如，異丙基-硫代半乳糖苷（IPTG）對-半乳糖苷酶的誘導(dǎo)效果比乳糖高幾百倍； 控制阻遏物的濃度控制阻遏物的濃度阻遏作用根據(jù)機理不同，可分為：產(chǎn)物阻遏和分解代謝物阻遏兩種。1.1.產(chǎn)物阻遏作用是由酶催化作用的產(chǎn)物或者代謝途徑的末端產(chǎn)物引起產(chǎn)物阻遏作用是由酶催化作用的產(chǎn)物或者代謝途徑的末端產(chǎn)物引起的阻遏作用。的阻遏作用。2.2.分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物（葡萄糖等和其它容易利用的分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物（

50、葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物質(zhì)經(jīng)過分解代謝而產(chǎn)生的物質(zhì)）引起的阻遏作用碳源等物質(zhì)經(jīng)過分解代謝而產(chǎn)生的物質(zhì)）引起的阻遏作用。控制阻遏物的濃度是解除阻遏、提高酶產(chǎn)量的有效措施。 為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用，應(yīng)當控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度用的碳源的濃度。采用其他較難利用的碳源，如淀粉等采用補料、分次流加碳源添加一定量的環(huán)腺苷酸（cAMP）對于受代謝途徑末端產(chǎn)物阻遏的酶，可以通過控制末端產(chǎn)物的濃度的方法控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除使阻遏解除。 添加表面活性劑添加表面活性劑表面活性劑可以與細胞膜相互作用，增加細胞的透過性，有利于胞表面活性劑可以與

51、細胞膜相互作用，增加細胞的透過性，有利于胞外酶的分泌，從而提高酶的產(chǎn)量。外酶的分泌，從而提高酶的產(chǎn)量。 將適量的非離子型表面活性劑非離子型表面活性劑，如吐溫（吐溫（TweenTween）、曲通曲通(Triton)(Triton)等添加到培養(yǎng)基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的產(chǎn)量增加。 由于離子型表面活性劑對細胞有毒害作用離子型表面活性劑對細胞有毒害作用，尤其是季胺型表面活性劑（如新潔而滅等）是消毒劑，對細胞的毒性較大，不能在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中添加到培養(yǎng)基中。 回本節(jié)添加表面活性劑添加表面活性劑發(fā)酵條件及控制發(fā)酵條件及控制n提高酶產(chǎn)量的措施提高酶產(chǎn)量的措施n添加產(chǎn)酶促進劑添加產(chǎn)酶促進劑n產(chǎn)酶促進劑

52、是指可以促進產(chǎn)酶、但是作用機理未闡明清楚產(chǎn)酶促進劑是指可以促進產(chǎn)酶、但是作用機理未闡明清楚的物質(zhì)。在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，添加適宜的產(chǎn)酶促進劑，的物質(zhì)。在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，添加適宜的產(chǎn)酶促進劑，往往可以顯著提高酶的產(chǎn)量。例如，添加一定量的植酸鈣往往可以顯著提高酶的產(chǎn)量。例如，添加一定量的植酸鈣鎂，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高鎂，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高1 12020倍倍, ,添加聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol）可以提高糖化酶的產(chǎn)量。產(chǎn)酶促進劑對不同細胞、不同酶的作用效果各不相同，現(xiàn)在還沒有規(guī)律可循，要通過試驗確定所添要通過試驗確定所添加的產(chǎn)酶促

53、進劑的種類和濃度加的產(chǎn)酶促進劑的種類和濃度。 酶生產(chǎn)過程的動力學(xué)酶生產(chǎn)過程的動力學(xué)1、酶生物合成的模式2、酶生產(chǎn)過程中細胞生長動力學(xué)3、酶生產(chǎn)過程中產(chǎn)酶動力學(xué)GoGoGo本章目錄酶生產(chǎn)過程的動力學(xué)酶生產(chǎn)過程的動力學(xué)n酶發(fā)酵動力學(xué)酶發(fā)酵動力學(xué) n發(fā)酵動力學(xué)主要研究發(fā)酵過程中細胞生長速度、產(chǎn)物生成速度、基質(zhì)消耗速度以及環(huán)境因素對這些速度的影響等。 1 1、酶生物合成的模式、酶生物合成的模式細胞在一定條件下培養(yǎng)生長，細胞在一定條件下培養(yǎng)生長， 其生長過程一般經(jīng)歷調(diào)整期、生長期、其生長過程一般經(jīng)歷調(diào)整期、生長期、平衡期和衰退期等平衡期和衰退期等4 4個階段個階段 通過分析比較細胞生長與酶產(chǎn)生的關(guān)系,

54、可以把酶生物合成的模式分為4種類型。即同步合成型同步合成型，延續(xù)合成型延續(xù)合成型，中期合成型中期合成型和滯后合成型。滯后合成型。 同步合成型同步合成型 酶的生物合成與細胞生長同步進行的一種酶生物合成模式。該類型酶的生物合成速度與細胞生長速度緊密聯(lián)系， 又稱為生長偶聯(lián)型生長偶聯(lián)型。 屬于該合成型的酶，其生物合成伴隨著細胞的生長而開始；在細胞進入旺盛生長期時，酶大量生成；當細胞生長進入平衡期后，酶的合成隨著停止。 大部分組成酶的生物合成屬于同步合成型，有部分誘導(dǎo)酶也按照大部分組成酶的生物合成屬于同步合成型，有部分誘導(dǎo)酶也按照此種模式進行生物合成。此種模式進行生物合成。 例如米曲霉在含有單寧或者沒食

55、子酸的培養(yǎng)基中生長，在單寧或沒食子酸的誘導(dǎo)作用下，合成單寧酶（tanase EC3.1.1.20）。 延續(xù)合成型延續(xù)合成型 酶的生物合成在細胞的生長階段開始，在細胞生長進入平衡期后，酶的生物合成在細胞的生長階段開始，在細胞生長進入平衡期后，酶還可以延續(xù)合成一段較長時間。酶還可以延續(xù)合成一段較長時間。 屬于該類型的酶可以是組成酶，也可以是誘導(dǎo)酶。例如， 在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果膠為單一碳源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，可以誘導(dǎo)聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，EC3.2.1.15）的生物合成。 中期合成型中期合成型 該類型的酶在細胞生長一段時間以后才開始，而在細胞生長進入該類型的酶在細胞生長一段時間以后才開始，而在細胞生長進入平衡期以后，酶的生物合成也隨著停止平衡期以后，酶的生物合成也隨著停止。 例如，枯草桿菌堿性磷酸酶（Alkaline phophatase，EC 3.1.3.1)的生物合成模式屬于中期合成型。這是由于該酶的合成受到其反應(yīng)產(chǎn)物無機磷酸的反饋阻遏，而磷又是細胞生長所必不可缺的營養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)基中必須有磷的存在。這樣， 在細胞生長的開始階段, 培養(yǎng)基中的磷