酶工程第三章发酵生产

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1、第二章酶的微生物发酵生产本章主要内容：酶的生产方法；酶生物合成的基本理论；发酵产酶的工艺条件及控制；酶发酵动力学；固定化细胞和原生质体发酵产酶．难点：酶生物合成的诱导和阻遏；发酵过程细胞生长与酶合成之间的关系。重点：酶生物合成的基本理论；微生物发酵产酶工艺。第一节酶的生产方法1894年，美籍日人高峰让吉首先从米曲霉中制备得到高峰淀粉酶（ａ-淀粉酶、他卡酶），用作消化剂，开创了近代酶的生产和应用的先例。1908年，德国的罗姆（Rohm）用动物胰脏制得胰酶，用于皮革的软化。1908年，法国的波伊定（B

2、oidin）制备得到细菌淀粉酶，用于纺织品的退浆；1911年，华勒斯坦（Wallerstein）从木瓜中获得木瓜蛋白酶，用于啤酒的澄清。1949年，日本开始采用微生物液体深层培养方法进行细菌ａ-淀粉酶的发酵生产，揭开了现代酶制剂工业的序幕。20世纪80年代发展起来的动、植物细胞培养技术，继微生物发酵生产酶之后，已成为酶生产的又一种途径。第一节酶的生产方法一、酶的生产方法1、提取法采用各种技术，直接从动、植物细胞或组织中将酶提取出来。提取法虽简单易行，但受原材料来源的限制。2、化学合成法是20世纪6

3、0年代中期出现的新技术。只能合成那些已知化学结构的酶；成本比较高。目前仍然停留在实验室内合成的阶段。牛胃→凝乳酶胰脏→胰酶血液→凝血酶木瓜→木瓜蛋白酶3、微生物发酵法是20世纪50年代以来生产酶的主要方法。利用微生物细胞的生命活动合成所需酶的方法称为发酵法。酶的发酵生产是现在酶生产的主要方法。二、应用微生物来开发酶的优点1、微生物种类多，酶种丰富；2、微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶；3、微生物培养基来源广泛，价格便宜；4、可采用微电脑等新技术，控制酶发酵生产过程；5、可利用以基因工程为主

4、的近代分子生物学技术选育菌种，增加酶的产率和开发新酶种。三、酶发酵生产的类型1、液体深层发酵：液体培养基，经灭菌、冷却后，接入产酶细胞，在一定条件下发酵。2、固体培养发酵培养基以麸皮、米糠等为主要原料，经灭菌后，接入产酶菌株，在一定条件下发酵。3、固定化细胞发酵（70年代后期发展）将细胞固定在载体上后，进行发酵生产。4、固定化原生质体发酵（80年代中期发展）原生质体是指除去了细胞壁的微生物细胞或植物细胞。第二节酶生物合成的基本理论一、酶生物合成的过程DNARNA蛋白质（新生多肽链）成熟蛋白质（酶）

5、胞内胞外转录翻译加工分泌或定位二、酶生物合成的调节按酶生物合成的速度把细胞中合成的酶分为两类：组成酶—恒定（速度、浓度）诱导酶—在外界环境因素诱导下合成速度急增，酶浓度成百上千倍增加(适应型酶、调节型酶)酶合成的基因调控类型：诱导和阻遏1、酶合成的诱导作用加进某些物质，使酶的生物合成开始或加速的现象，称为诱导作用。诱导物一般是酶催化作用的底物或其底物类似物。例：乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的合成淀粉诱导a-淀粉酶的合成2、酶合成的阻遏（1）终产物阻遏指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成

6、受到阻遏的现象。（2）分解代谢物阻遏（营养源阻遏）是指某些物质经过分解代谢产生的物质阻遏其他酶合成的现象。葡萄糖阻遏ß-半乳糖苷酶的生物合成果糖阻遏a-淀粉酶的生物合成A1B1A2B2E×A→→→→→BE×色氨酸过量时会阻遏催化色氨酸合成的相关酶第三节微生物发酵产酶工艺（重点）发酵法生产酶制剂，就是给酶的生产菌种提供适当的营养和生长环境，使生产菌大量增殖，同时合成所需要的酶，然后由发酵所得物料制成酶产品。现代酶制剂的大规模生产以深层液体发酵法为主。无论哪种发酵法，都要做三方面的工作：（1）从原料准

7、备培养基；（2）从原始菌种准备生产菌种；（3）发酵过程管理。一、发酵产酶的一般工艺流程[原料][原始菌种][麸皮等原料]↓↓饼粕等原料淀粉质原料试管斜面培养(活化)[配制培养基]↓↓↓(灭菌)按不同原料净化、粉碎摇瓶等分级扩大培养作不同处理↓↓水解种子罐培养↓↓[淀粉糖液][发酵罐(液体发酵)][发酵池(固体发酵)]↓↓↓培养配制培养基↓(灭菌)[发酵液][成品曲]↓↓↓下游加工{液态酶制剂}↓{固体粗酶制剂}{各种精制酶制剂}酶发酵生产的一般工艺流程图保藏菌种试管斜面培养（活化）摇瓶扩大培养种子

8、罐培养发酵罐分离纯化酶培养基无菌空气二、酶生产菌种（一）产酶菌种的要求（1）产酶量高；（2）繁殖快，发酵周期短；（3）产酶稳定性好，不易退化，不易被感染；（4）能够利用廉价原料，容易培养和管理；（5）安全性可靠，非致病菌。新开发的酶必须按规定进行下表的各项检查项目试验动物急性中毒鼠,大白鼠口服4周大白鼠12月狗致癌试验:24月两重啮齿动物畸胚组织发生试验(24月)两重啮齿动物生产病原性试验四种动物皮肤刺激性试验(肤,眼)兔子,人抗原性人（二）、常用的产酶微生物1、细菌大肠杆菌谷氨酸