1、项目二 酶 的 生 产1ppt课件 酶的生产方法酶的生产方法 提取分离法提取分离法：直接从动植物或微生物内利用：直接从动植物或微生物内利用化学化学等手段等手段提取酶。提取酶。 如胰蛋白酶直接从胰脏中提取，如胰蛋白酶直接从胰脏中提取，木瓜蛋白酶直接从木瓜中提取。木瓜蛋白酶直接从木瓜中提取。 生物合成法生物合成法：经过预选设计，通过人工操作控制，经过预选设计，通过人工操作控制，利用细胞（包括微生物细胞、动植物细胞）的生命利用细胞（包括微生物细胞、动植物细胞）的生命活动产生人们所需要的酶的过程，称为酶的活动产生人们所需要的酶的过程，称为酶的发酵法发酵法生产。生产。 化学合成法化学合成法：按照酶的化学
2、结构中氨基酸或者核按照酶的化学结构中氨基酸或者核苷酸的排列顺序，通过化学反应将一个一个的单体苷酸的排列顺序，通过化学反应将一个一个的单体连接起来而获得所需酶的技术过程。连接起来而获得所需酶的技术过程。2ppt课件动物细胞培养产酶动物细胞培养产酶微生物发酵产酶微生物发酵产酶1植物细胞培养产酶植物细胞培养产酶23ppt课件 提高酶产量的措施提高酶产量的措施培养基的配制培养基的配制2 产酶工艺条件及其调节控制产酶工艺条件及其调节控制4细胞的选择细胞的选择1 酶生物合成的模式酶生物合成的模式7 案例分析案例分析发酵方法的选择发酵方法的选择34ppt课件（1 1）酶的产量高；）酶的产量高；（2 2）易于
3、培养和管理；）易于培养和管理；（3 3）产酶性能稳定；）产酶性能稳定；（4 4）利于酶产品的分离纯）利于酶产品的分离纯化；化；（5)5)安全可靠安全可靠 优良产酶细胞应具备的条件优良产酶细胞应具备的条件5ppt课件微生物生长繁殖速度快微生物生长繁殖速度快，整个酶的生产周期可以缩短，酶产，整个酶的生产周期可以缩短，酶产量可以无限的扩大。量可以无限的扩大。微生物的种类繁多微生物的种类繁多，同一种微生物在不同的条件下，其生长，同一种微生物在不同的条件下，其生长代谢的机制也不相同，那么涉及到的各种酶也就不相同，这代谢的机制也不相同，那么涉及到的各种酶也就不相同，这就为各种各样的酶的生产提供了基础。就为
4、各种各样的酶的生产提供了基础。 例如：同样是微生物发酵生产例如：同样是微生物发酵生产LysLys，在大肠杆菌中，在大肠杆菌中LysLys的合成的合成途径与途径与谷氨酸棒谷氨酸棒杆菌杆菌LysLys的生物合成途径有很大的差异，所以的生物合成途径有很大的差异，所以可以利用不同的微生物分别生产不同的酶。可以利用不同的微生物分别生产不同的酶。 微生物发酵生产占主导地位的原因：微生物发酵生产占主导地位的原因：6ppt课件 目前投入工业发酵生产的酶约有目前投入工业发酵生产的酶约有50-60种。实际上酶的生产菌种十分广泛，包括种。实际上酶的生产菌种十分广泛，包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌细菌、放线菌、酵母菌
5、、霉菌（见表）（见表）.7ppt课件目前主要商品酶制剂及其来源目前主要商品酶制剂及其来源酶制剂酶制剂来来 源源 -淀粉酶淀粉酶黑曲霉、米曲霉、地衣芽孢杆菌、解黑曲霉、米曲霉、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、麦芽、猪胰淀粉芽孢杆菌、麦芽、猪胰 -淀粉酶淀粉酶黑曲霉、小麦、山芋、蜡状芽孢杆菌、黑曲霉、小麦、山芋、蜡状芽孢杆菌、变株等芽孢杆变株等芽孢杆 过氧化氢酶过氧化氢酶生机青霉、溶壁小球菌、牛肝、辣根生机青霉、溶壁小球菌、牛肝、辣根8ppt课件目前主要商品酶制剂及其来源目前主要商品酶制剂及其来源葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶黑曲霉、生机青霉、尼崎青霉黑曲霉、生机青霉、尼崎青霉半纤维素酶半纤维素酶黑曲霉黑
6、曲霉橙皮苷酶橙皮苷酶黑曲霉黑曲霉菊粉酶菊粉酶假丝酵母、曲霉属假丝酵母、曲霉属脂肪酶脂肪酶黑曲霉、米曲霉、圆柱状假丝酵母、根黑曲霉、米曲霉、圆柱状假丝酵母、根毛霉、无根毛霉、小球菌、类地青霉、毛霉、无根毛霉、小球菌、类地青霉、胰脏、山羊舌腺等胰脏、山羊舌腺等转化酶转化酶啤酒酵母、糖化酵母啤酒酵母、糖化酵母溶菌酶溶菌酶鸡卵清鸡卵清9ppt课件目前主要商品酶制剂及其来源目前主要商品酶制剂及其来源柚苷酶柚苷酶黑曲霉、洋葱曲霉、米根霉、葡萄孢霉、黑曲霉、洋葱曲霉、米根霉、葡萄孢霉、白腐梭霉、木盾壳霉白腐梭霉、木盾壳霉果胶酶果胶酶黑曲霉、米曲霉、蜜蜂曲霉、地衣牙孢黑曲霉、米曲霉、蜜蜂曲霉、地衣牙孢杆菌、枯
7、草杆菌、嗜碱芽孢杆菌、热解杆菌、枯草杆菌、嗜碱芽孢杆菌、热解蛋白芽孢杆菌、根霉、木瓜、无花果、蛋白芽孢杆菌、根霉、木瓜、无花果、菠萝、猪胰、猪胃膜菠萝、猪胰、猪胃膜普鲁蓝酶普鲁蓝酶致热芽孢杆菌、产气气杆菌致热芽孢杆菌、产气气杆菌木聚糖酶木聚糖酶里氏木霉里氏木霉凝乳酶凝乳酶小牛胃、微小根霉、米赫根毛霉、蜡状小牛胃、微小根霉、米赫根毛霉、蜡状芽孢杆菌芽孢杆菌10ppt课件目前主要商品酶制剂及其来目前主要商品酶制剂及其来源源纤维素酶纤维素酶木霉（主要是里氏木霉）、绳状木霉木霉（主要是里氏木霉）、绳状木霉右旋糖苷酶右旋糖苷酶淡紫青霉、绳状青霉、毛壳霉淡紫青霉、绳状青霉、毛壳霉-半乳糖苷酶半乳糖苷酶葡萄
8、色被孢霉、黑曲霉、米曲霉、假丝葡萄色被孢霉、黑曲霉、米曲霉、假丝酵母、乳酸杆菌等芽孢杆菌酵母、乳酸杆菌等芽孢杆菌-葡聚糖酶葡聚糖酶黑曲霉、曲霉属、枯草杆菌、青霉黑曲霉、曲霉属、枯草杆菌、青霉糖化酶糖化酶黑曲霉、米曲霉、泡盛曲霉、根霉黑曲霉、米曲霉、泡盛曲霉、根霉葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶米苏里游动放线菌、二球状节杆菌、凝米苏里游动放线菌、二球状节杆菌、凝结芽孢杆菌、树枝状黄杆菌、橄榄色产结芽孢杆菌、树枝状黄杆菌、橄榄色产色链霉菌、白色链霉菌、鼠灰色链霉菌、色链霉菌、白色链霉菌、鼠灰色链霉菌、锈赤色链霉菌锈赤色链霉菌11ppt课件目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源微生物微生物
9、类别类别菌菌 名名产生产生的酶的酶用途用途所用菌号分离筛所用菌号分离筛选来源选来源细细菌菌枯草杆枯草杆菌菌淀粉酶淀粉酶纺织部门脱纺织部门脱浆、酒精厂浆、酒精厂淀液化淀液化S17，厨房空气中，厨房空气中分离分离S56，马铃薯，马铃薯中分离中分离枯草杆枯草杆菌菌蛋白酶蛋白酶生丝脱胶生丝脱胶S114大肠杆大肠杆菌菌L-天门天门冬酰胺冬酰胺酶酶治疗白血病治疗白血病AS1.35712ppt课件目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源微生物类微生物类别别菌菌 名名产生产生的酶的酶用途用途所用菌号分离筛所用菌号分离筛选来源选来源细细菌菌异型异型乳酸乳酸杆菌杆菌葡萄葡萄糖异糖异构酶构酶由葡萄糖
10、制果糖由葡萄糖制果糖D-80,酸泡菜中分酸泡菜中分离离短小短小芽孢芽孢杆菌杆菌碱性碱性蛋白蛋白酶酶皮革脱毛皮革脱毛209，河南省平，河南省平顶山制革晒生皮顶山制革晒生皮场地的土壤中分场地的土壤中分离离产气产气气杆气杆菌菌异淀异淀粉酶粉酶分解支链淀粉，支点的分解支链淀粉，支点的-1，6-葡萄糖苷键，产物为直链淀葡萄糖苷键，产物为直链淀粉与糊精，与粉与糊精，与-淀粉酶协同作淀粉酶协同作用，能降低用，能降低-界限糊精，显著界限糊精，显著提高提高-淀粉酶酶解程度淀粉酶酶解程度1001613ppt课件 目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源微生物微生物类别类别菌菌 名名产生产生的酶的酶
11、用途用途所用菌号分离所用菌号分离筛选来源筛选来源细细菌菌大肠杆菌大肠杆菌青霉素酰青霉素酰化酶化酶制取新青霉素的母制取新青霉素的母核核6-氨基青霉素烷氨基青霉素烷酸（酸（6-APA）AS1.76枯草杆菌枯草杆菌蛋白酶蛋白酶皮革脱毛，胶卷回皮革脱毛，胶卷回收，酱油酿造收，酱油酿造S1.398枯草杆菌枯草杆菌蛋白酶蛋白酶酒精发酵，啤酒酿酒精发酵，啤酒酿造，葡萄糖生产，造，葡萄糖生产，洗涤剂，糊精制造，洗涤剂，糊精制造，纺织品脱胶，香料纺织品脱胶，香料加工等加工等JD32BF765814ppt课件目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源微生物微生物类别类别菌菌 名名产生产生的酶的酶用途
12、用途所用菌号分离筛所用菌号分离筛选来源选来源霉霉菌菌点青霉点青霉葡萄糖葡萄糖氧化酶氧化酶食品加工、食品加工、试剂试剂AS3.3871,自北京自北京土壤分离得到土壤分离得到橘青霉橘青霉5-磷酸磷酸二脂酶二脂酶水解核酸生水解核酸生产四种产四种5-单单核苷，医院，核苷，医院，食品助鲜剂食品助鲜剂AS3.2788河内根河内根霉霉淀粉葡淀粉葡萄糖苷萄糖苷酶酶酿酒厂糖化酿酒厂糖化AS3.8666酒曲中酒曲中分离分离15ppt课件目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源16ppt课件目前工业用主要酶的生产菌来源目前工业用主要酶的生产菌来源微生物微生物类别类别菌菌 名名产生产生的酶的酶用途用途
13、所用菌号分离所用菌号分离筛选来源筛选来源酵母酵母解脂假丝解脂假丝酵母酵母脂肪脂肪酶酶绢丝原料脱脂，绢丝原料脱脂，洗涤剂，医药，洗涤剂，医药，乳品增香乳品增香AS2.1203,绢纺废物中绢纺废物中得到得到放线放线菌菌转化微白转化微白色放线菌色放线菌蛋白蛋白酶酶皮革脱毛皮革脱毛16617ppt课件产酶菌种要求产酶菌种要求 必须符合如下条件：必须符合如下条件：不是致病菌、在系统发育上最好是与病原不是致病菌、在系统发育上最好是与病原体无关体无关;能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量高；高；菌种不易变异退化，不易感染噬菌体；菌种不易变异退化，不易感染噬菌体；最好选用产
14、生胞外酶的菌种，有利于菌的最好选用产生胞外酶的菌种，有利于菌的分离，回收率高。此外，在食品和医药工分离，回收率高。此外，在食品和医药工业上还应考虑安全性问题。业上还应考虑安全性问题。18ppt课件 此外，此外，1977年联合国粮农组织（年联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组）和世界卫生组织（织（WHO）的食品添加剂专家联合委员会（）的食品添加剂专家联合委员会（JEFA）就）就有关有关酶生产安全问题酶生产安全问题向向21届大会提出如下意见：届大会提出如下意见：凡从凡从动植物可食部分动植物可食部分组织或食品加工传统使用的微生物组织或食品加工传统使用的微生物生产的酶，可作为食品对待，生产的酶，可作为
15、食品对待，无须进行毒物学的研究无须进行毒物学的研究，而只需建立有关酶化学与微生物学的详细说明即可。而只需建立有关酶化学与微生物学的详细说明即可。凡由非致病的一般食品污染微生物所制取的酶，需作短凡由非致病的一般食品污染微生物所制取的酶，需作短期的毒性实验。期的毒性实验。是由非常见微生物制取的酶，应作广泛的毒性实验，包是由非常见微生物制取的酶，应作广泛的毒性实验，包括慢性中毒在内。括慢性中毒在内。19ppt课件新开发的酶规定如下表所示各项检查：新开发的酶规定如下表所示各项检查： 食品酶制剂毒性实验食品酶制剂毒性实验顶目顶目试验动物试验动物急性中毒急性中毒鼠、大白鼠鼠、大白鼠1、口服、口服 4周周大
16、白鼠大白鼠12个月个月狗狗2、致癌实验、致癌实验 24个月个月两种啮齿类两种啮齿类20ppt课件食品酶制剂毒性实验食品酶制剂毒性实验3、畸胚组织发生试验、畸胚组织发生试验 24个月个月两种啮齿类两种啮齿类4、生产菌病原性试验、生产菌病原性试验四种动物四种动物5、皮肤刺激性试验（肤、眼）、皮肤刺激性试验（肤、眼）兔子、人兔子、人6、抗原性、抗原性21ppt课件美国同意使用的食品用酶及生产菌种美国同意使用的食品用酶及生产菌种菌菌 种种酶酶黑曲霉（黑曲霉（A.mger)-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、纤维素淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、纤维素酶、乳糖酶、果胶酶、过氧化氢酶、酶、乳糖酶、果胶酶、过氧化氢酶、葡萄糖
17、氧化酶、脂肪酶葡萄糖氧化酶、脂肪酶米曲霉米曲霉(A.oryzae)-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、乳糖酶、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、乳糖酶、果胶酶、脂肪酶果胶酶、脂肪酶米根霉米根霉(Rh.oryzae)-淀粉酶、糖化酶、果胶酶、淀粉酶、糖化酶、果胶酶、雪白根霉雪白根霉(Rh.niveus)糖化酶糖化酶紫红被包霉紫红被包霉(Morterella vinaceae)蜜二糖酶蜜二糖酶粟疫霉粟疫霉(Endothia parasitica)凝乳酶凝乳酶微小毛霉微小毛霉(M.pusillus)凝乳酶凝乳酶22ppt课件菌菌 种种酶酶米赫毛霉米赫毛霉(M.miehei)凝乳酶、脂肪酶、酯酶凝乳酶、脂肪酶、酯酶面包酵
18、母面包酵母(S.cerevisia)转化酶转化酶克氏乳酸杆菌克氏乳酸杆菌(Klnyveyomyces lactis)乳糖酶乳糖酶链霉菌链霉菌(St.rubiginosus)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶米苏里游动放线菌米苏里游动放线菌(A.missourensis)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶橄榄色产色链霉菌橄榄色产色链霉菌(St.olivochromogenes)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶橄榄色链霉菌橄榄色链霉菌(St.olivaceus)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶美国同意使用的食品用酶及生产菌种美国同意使用的食品用酶及生产菌种23ppt课件菌菌 种种酶酶树枝状黄杆菌树枝状黄杆菌(Flavobcateri
19、um arborescens)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶枯草杆菌枯草杆菌(B.licheni formis)-淀粉酶、蛋白酶淀粉酶、蛋白酶地衣芽孢杆菌地衣芽孢杆菌(B.licheni formis)-淀粉酶淀粉酶凝结芽孢杆菌凝结芽孢杆菌(B.coagulans)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶环状二形节杆菌环状二形节杆菌(A.globi formis)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶蜡状芽孢杆菌蜡状芽孢杆菌(B.cereus)凝乳酶凝乳酶溶壁微球菌溶壁微球菌(M.lysodeikticus)过氧化氢酶过氧化氢酶动植物动植物菠萝蛋白酶、木瓜蛋菠萝蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、白酶、无花果蛋白酶、胃蛋白酶、过氧
20、化氢胃蛋白酶、过氧化氢酶、溶菌酶、淀粉酶酶、溶菌酶、淀粉酶美国同意使用的食品用酶及生产菌种美国同意使用的食品用酶及生产菌种24ppt课件酶制剂的安全检查酶制剂的安全检查项目项目限量限量重金属重金属铅铅砷砷黄曲霉毒素黄曲霉毒素活数计（菌数活数计（菌数/g)大肠杆菌（个大肠杆菌（个/g)绿脓杆菌绿脓杆菌(个个/g)霉菌（个霉菌（个/g）沙门氏菌（个沙门氏菌（个/g）大肠杆菌样菌（个大肠杆菌样菌（个/g)40mg/kg10mg/kg3mg/kg不准含有不准含有5 104不准含有不准含有不准含有不准含有100不准含有不准含有3025ppt课件培养基成分培养基成分 C源源：碳素是菌体成分的主要元素，是细
21、胞贮藏物质和各碳素是菌体成分的主要元素，是细胞贮藏物质和各种代谢物的骨架，还是能量的主要来源。种代谢物的骨架，还是能量的主要来源。 酶制剂生产上使用的菌种大都是利用有机碳的异养型微生物。酶制剂生产上使用的菌种大都是利用有机碳的异养型微生物。有机碳主要来源：有机碳主要来源：z 一是农副产品中如甘薯、麸皮、玉米、米糠等淀粉质原料及一是农副产品中如甘薯、麸皮、玉米、米糠等淀粉质原料及其水解物；其水解物；z 二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉质资源。二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉质资源。z 此外，目前研究以石油产品中此外，目前研究以石油产品中12-16碳的成分等作碳源碳的成分等作碳源.如以如以
22、某些嗜石油菌生产蛋白酶、脂酶均已获得成功某些嗜石油菌生产蛋白酶、脂酶均已获得成功26ppt课件 N源： 供体内各种含氮物质，如氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸等的组供体内各种含氮物质，如氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸等的组成成分。成成分。 氮源氮源2种：种： （1）有机态氮：有机态氮：主要是各种蛋白质及其水解产物。如酪蛋白、豆饼粉、主要是各种蛋白质及其水解产物。如酪蛋白、豆饼粉、花生饼粉、菜籽饼、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、蛋白水解液、多肽、花生饼粉、菜籽饼、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、蛋白水解液、多肽、氨基酸等。氨基酸等。 （2）无机态氮：无机态氮：是各种含氮的无机化合物。如氨水、（是各种含氮的无机化合物
23、。如氨水、（NH4）SO4、NH4Cl、NH4NO3和（和（NH4）3PO4等。等。 27ppt课件 N源： 不同细胞对氮源有不同的要求，一般情况：不同细胞对氮源有不同的要求，一般情况：p 动物细胞要求氨基酸、蛋白胨等有机氮源；动物细胞要求氨基酸、蛋白胨等有机氮源；p 植物细胞主要使用铵盐、硝酸盐等无机氮源。植物细胞主要使用铵盐、硝酸盐等无机氮源。p 微生物细胞中，异养性细胞要求有机氮源，自养微生物细胞中，异养性细胞要求有机氮源，自养型可以采用无机氮源。一般微生物使用混合氮源。型可以采用无机氮源。一般微生物使用混合氮源。28ppt课件 N源： 使用无机氮源时，铵盐和硝酸盐的比例对细胞生使用无机
24、氮源时，铵盐和硝酸盐的比例对细胞生长代谢有显著影响。长代谢有显著影响。29ppt课件 C/N比：30ppt课件无机盐无机盐 主要是主要是P、S、K、Mg、Ca、Na盐等。一般采用添加盐等。一般采用添加水溶性的硫酸盐、磷酸盐、盐酸盐或硝酸盐等。水溶性的硫酸盐、磷酸盐、盐酸盐或硝酸盐等。p细胞的组成元素细胞的组成元素p酶的组成元素酶的组成元素p酶的激活剂调节酶活性酶的激活剂调节酶活性p对对pH、氧化还原电位、渗透压起调节作用、氧化还原电位、渗透压起调节作用微量元素微量元素 主要有主要有Fe、Mn、Zn、Cu、Co、Mo等。有些等。有些 微量元微量元素在水中已经足量，不必再加。素在水中已经足量，不必
25、再加。31ppt课件 生长因子：生长因子： 微生物还需一些微量的像维生素一类的物质，微生物还需一些微量的像维生素一类的物质，才能正常生长发育，这类物质统称生长因子（或生才能正常生长发育，这类物质统称生长因子（或生长素）。长素）。 其中包括其中包括某些氨基酸、维生素、嘌呤或嘧啶类某些氨基酸、维生素、嘌呤或嘧啶类等。酶制剂生产中的生长因素大都由等。酶制剂生产中的生长因素大都由天然原料天然原料中提中提供，如玉米浆中含有生长素供，如玉米浆中含有生长素32-128mg/mL。麦芽麦芽汁、豆芽汁、酵母膏等。目前广泛应用玉米浆。汁、豆芽汁、酵母膏等。目前广泛应用玉米浆。32ppt课件 产酶促进剂：产酶促进剂
26、： 于培养基中添加某种少量物质，能显著提高酶于培养基中添加某种少量物质，能显著提高酶的产率，这类物质叫产酶促进剂的产率，这类物质叫产酶促进剂。 大体上分为两种：大体上分为两种： 一是诱导物一是诱导物 二是表面活性剂。如吐温二是表面活性剂。如吐温-20的浓度为的浓度为0.1%时，时，能增加许多酶的产量。表面活性剂可能是：能增加许多酶的产量。表面活性剂可能是：（1）增加细胞的通透性；）增加细胞的通透性；（2）改善氧的传递速度；）改善氧的传递速度；（3）保护酶活性。通常用非离子型表面活性剂如聚）保护酶活性。通常用非离子型表面活性剂如聚乙二醇、聚乙烯醇衍生物、植酸类、焦糖、羧甲乙二醇、聚乙烯醇衍生物、
27、植酸类、焦糖、羧甲基纤维素、苯乙醇等。离子型的表面活性剂对微基纤维素、苯乙醇等。离子型的表面活性剂对微生物有害，同时表面活性剂还必须对人、畜无害。生物有害，同时表面活性剂还必须对人、畜无害。33ppt课件在设计和配制培养基时，首先要根据不同细胞和不同用途的不同要求，确定各组分的种类和含量，并要调节所需pH，以满足细胞生长、繁殖和新陈代谢的需要。微生物培养基中，碳源一般采用淀粉或其水解产物，氮源一般采用混合氮源，无机盐和生长因子则根据需要而添加。34ppt课件按照微生物培养基形态按照微生物培养基形态 1.1.固体法酶的生产：固体法酶的生产：将微生物菌种接种在固体培养基上将微生物菌种接种在固体培养
28、基上（以麸皮、米糠等为主要原料），先拌入适当水或加入含有（以麸皮、米糠等为主要原料），先拌入适当水或加入含有Zn2+Zn2+、Fe2+Fe2+、Co2+Co2+、Mg2+Mg2+等微量元素的水溶液，以蒸气灭菌等微量元素的水溶液，以蒸气灭菌后凉至后凉至3030左右，拌入种曲后，装入盘或帘子上，摊成薄层左右，拌入种曲后，装入盘或帘子上，摊成薄层（厚约（厚约1cm1cm左右），在培养室内一定温度和湿度（左右），在培养室内一定温度和湿度（RH90-100%RH90-100%）下进行培养。下进行培养。 逐日测定酶活，到活力不再增加，停止发酵，进行酶提逐日测定酶活，到活力不再增加，停止发酵，进行酶提取。这
29、种固体培养物称为取。这种固体培养物称为“麸曲麸曲”。在培养过程中，由于呼。在培养过程中，由于呼吸发热需进行吸发热需进行“扣盘扣盘”，将甲盘翻入乙盘，盘为木制或底部，将甲盘翻入乙盘，盘为木制或底部带有小孔的铝盘或不锈钢盘。带有小孔的铝盘或不锈钢盘。505065cm65cm，高，高5cm5cm，每盘可装，每盘可装麸曲麸曲1kg1kg。用于。用于-淀粉酶、蛋白酶、乳糖酶、木霉的纤维素淀粉酶、蛋白酶、乳糖酶、木霉的纤维素霉、黑曲霉的果胶酶等。霉、黑曲霉的果胶酶等。发酵方法发酵方法35ppt课件 1.1.固体法酶的生产：固体法酶的生产： 优点：优点：（1 1）设备投资少，易于上马，适合于中）设备投资少，
30、易于上马，适合于中小型企业。小型企业。 （2 2）生产管理要求不高，对于培养过程）生产管理要求不高，对于培养过程中的无菌程度要求也不高，这就相应的降低了生产成中的无菌程度要求也不高，这就相应的降低了生产成本。本。 （3 3）单位产品的酶活力较高。）单位产品的酶活力较高。 缺点：缺点：（1 1）无菌程度较低，生产的酶制剂大部）无菌程度较低，生产的酶制剂大部分是水解酶类，而且往往只适合于混合物的水解。分是水解酶类，而且往往只适合于混合物的水解。 （2 2）发酵周期较长，通常需要）发酵周期较长，通常需要4-54-5天。天。 （3 3）生产过程中工人的劳动强度较大。）生产过程中工人的劳动强度较大。36
31、ppt课件2.液体法酶的生产： 以液体培养基进行微生物生长繁殖和产酶。根据方法不同以液体培养基进行微生物生长繁殖和产酶。根据方法不同可分为液体表层和深层发酵法。可分为液体表层和深层发酵法。 1 1、液体表层发酵法：、液体表层发酵法： 又称液体浅层静置发酵法。灭菌培养基直接加入微生物后，又称液体浅层静置发酵法。灭菌培养基直接加入微生物后，装入可密闭的发酵箱内的盘架上的浅盘中，装入可密闭的发酵箱内的盘架上的浅盘中，1-2cm1-2cm厚，然后厚，然后通入无菌空气，保持一定温度，进行发酵，不断搅拌，被淘通入无菌空气，保持一定温度，进行发酵，不断搅拌，被淘汰。汰。 2 2、液体深层发酵法：、液体深层发
32、酵法： 生物反应器、发酵罐生物反应器、发酵罐, ,带有桨叶和通风系统，培养基的灭菌、带有桨叶和通风系统，培养基的灭菌、冷却到发酵都在同一罐内，普遍采用的方法。我国的生产抗冷却到发酵都在同一罐内，普遍采用的方法。我国的生产抗菌素、有机酸、氨基酸、核苷酸、酶制剂等的发酵生产都采菌素、有机酸、氨基酸、核苷酸、酶制剂等的发酵生产都采用此法。用此法。 影响深层发酵的主要因素：影响深层发酵的主要因素： 菌种、培养基、温度、通风量、搅拌速度菌种、培养基、温度、通风量、搅拌速度37ppt课件2.液体法酶的生产： 优点：优点：（1 1）微生物生长在液体培养基中，有着良好的控温、传）微生物生长在液体培养基中，有着
33、良好的控温、传 质的条件，生长速度较快，生产效率高，自动化程度高。质的条件，生长速度较快，生产效率高，自动化程度高。 （2 2）无菌程度较高，发酵液中的酶的种类比较单一，有利）无菌程度较高，发酵液中的酶的种类比较单一，有利于酶制剂的分离提出。于酶制剂的分离提出。 缺点缺点：（：（1 1）由于生产过程中的无菌程度较高，生产成本增加。）由于生产过程中的无菌程度较高，生产成本增加。 （2 2）产品往往需要分离、浓缩的等后处理，增加了设备投）产品往往需要分离、浓缩的等后处理，增加了设备投资和生产成本。如果生产粉剂型的生产成本更高，如果生资和生产成本。如果生产粉剂型的生产成本更高，如果生 产液剂型的，则
34、产品的保质期较短，且需要添加防腐剂。产液剂型的，则产品的保质期较短，且需要添加防腐剂。38ppt课件按照微生物的培养方式 1.1.微生物的纯培养：微生物的纯培养：指单一的微生物菌种的培养，包括固体和液体培养。指单一的微生物菌种的培养，包括固体和液体培养。 2.2.混合培养：混合培养：多菌种的混合培养，大多数情况下是利用空气或者原料本多菌种的混合培养，大多数情况下是利用空气或者原料本身所含有的微生物菌群接种培养，利用培养过程中的温度的调整来选择身所含有的微生物菌群接种培养，利用培养过程中的温度的调整来选择或者说淘汰某些微生物。通常采用固体培养。或者说淘汰某些微生物。通常采用固体培养。 混合培养方
35、法目前在我国的白酒生产领域仍然广泛的使用，其产品混合培养方法目前在我国的白酒生产领域仍然广泛的使用，其产品又称之为：大曲、药曲等，有着浓厚的地方特点。这种生产方法的主要又称之为：大曲、药曲等，有着浓厚的地方特点。这种生产方法的主要缺点是缺点是，生产效率较低，酶制剂中以水解酶类为主，而且水解酶类的种，生产效率较低，酶制剂中以水解酶类为主，而且水解酶类的种类比较复杂，适合于混合原料的水解工艺；从工业化的角度讲，产品有类比较复杂，适合于混合原料的水解工艺；从工业化的角度讲，产品有着浓厚的地方特点，难以标准化。着浓厚的地方特点，难以标准化。 酶的液体深层培养生产方法，是建立在现代发酵工业的理论与实践酶
36、的液体深层培养生产方法，是建立在现代发酵工业的理论与实践的基础上的的基础上的. .两种方法的发酵，酶的生物合成机制，酶发酵的基本理论是两种方法的发酵，酶的生物合成机制，酶发酵的基本理论是相同的相同的 39ppt课件酶的生产工艺40ppt课件一、菌种分离一、菌种分离1、含酶菌的收集：、含酶菌的收集：根据微生物的生态征，从自然中取样分根据微生物的生态征，从自然中取样分离出所需菌种，土壤是微生物的大本营，离出所需菌种，土壤是微生物的大本营，可从土壤中采们分离。取样时先刮开可从土壤中采们分离。取样时先刮开2-3cm表土，在同一线上选取表土，在同一线上选取3-5个取样点，个取样点，每点取每点取10g，混
37、合包装，注明采样日期和，混合包装，注明采样日期和地点备用。地点备用。从发酵生产材料中进行分离。从发酵生产材料中进行分离。向菌种保存机购索取。向菌种保存机购索取。41ppt课件2、细胞保藏： 保持细胞的生长、繁殖和产酶特性p斜面保藏p沙土管保藏p真空冷冻干燥保藏p低温保藏p石蜡油保藏菌种分离菌种分离42ppt课件3、细胞的活化： 应用时，保藏的细胞必须接种于新鲜的培养基上，在一定条件下培养，使细胞的生命活动得以恢复。43ppt课件44ppt课件4、细胞的扩大培养：45ppt课件 结合菌种选育和纯化一般需进行培养物的酶活力测定。结合菌种选育和纯化一般需进行培养物的酶活力测定。如蛋白酶产酶株的筛选和
38、培养时于培养基内加入一定如蛋白酶产酶株的筛选和培养时于培养基内加入一定的酪蛋白；培养的酪蛋白；培养-淀粉酶时，加入淀粉酶时，加入0.5-0.1%可溶性淀可溶性淀粉。培养后在菌落周围产生透明水解圈，粉。培养后在菌落周围产生透明水解圈，水解圈越大，水解圈越大，酶活力越高。酶活力越高。透明圈直径与产酶的关系是：透明圈直径与产酶的关系是：lgE/D=k.(R/r).(C/lgt)E 产酶酶浓度；产酶酶浓度； D 菌体重量；菌体重量； k 为常数；为常数； R 水解圈直径；水解圈直径；r 为菌落直径；为菌落直径； 为琼脂厚度；为琼脂厚度； C为底物浓度；为底物浓度； t 培养时间培养时间 46ppt课件
39、二、产酶条件的调节控制二、产酶条件的调节控制1、温度的调节控制：、温度的调节控制： p注意区分和控制最适生长温度、最适产酶温度。有些细注意区分和控制最适生长温度、最适产酶温度。有些细胞二者不同，且往往产酶最适温度低于生长最适温度。胞二者不同，且往往产酶最适温度低于生长最适温度。p不同细胞有不同生长温度。一般，枯草杆菌不同细胞有不同生长温度。一般，枯草杆菌34-37，黑曲霉黑曲霉28-32 ，植物细胞，植物细胞22-28 ，动物细胞，动物细胞36-37 。47ppt课件二、产酶条件的调节控制二、产酶条件的调节控制1、温度的调节控制：、温度的调节控制： p发酵温度随着微生物代谢反应，发酵中随搅拌的
40、变化发酵温度随着微生物代谢反应，发酵中随搅拌的变化而变化。微生物在生长发育中，不断地吸收培养基营而变化。微生物在生长发育中，不断地吸收培养基营养成分来养成分来合成合成菌株的细胞物质和酶时的生化反应为菌株的细胞物质和酶时的生化反应为吸吸热反应；热反应；当培养基中营养物质被当培养基中营养物质被分解分解时的生化反应为时的生化反应为放热反应。放热反应。p培养基温度是二者综合的结果。培养基温度是二者综合的结果。p培养时需经常及时地对温度进行调节控制，使其维持培养时需经常及时地对温度进行调节控制，使其维持在适宜的范围内。在适宜的范围内。p方法：热水升温、冷水降温方法：热水升温、冷水降温48ppt课件 （1
41、）发酵初期合成反应吸收的热量大于发酵初期合成反应吸收的热量大于分解反应放出的热量，发酵需要升温。分解反应放出的热量，发酵需要升温。 （2）当菌体繁殖旺盛时情况相反，发酵当菌体繁殖旺盛时情况相反，发酵液温度自行上升，加上通风搅拌带来的液温度自行上升，加上通风搅拌带来的热量，发酵液需降温。以保持菌种生长热量，发酵液需降温。以保持菌种生长繁殖和产酶最适温度。繁殖和产酶最适温度。49ppt课件2、pH的调节控制：生长最适生长最适pH：不同细胞的生长最适：不同细胞的生长最适pH不同。不同。细菌和放线菌：细菌和放线菌：6.5-8.0霉菌和酵母：霉菌和酵母：4-6植物细胞：植物细胞：5.2-5.8动物细胞：
42、动物细胞：7.2-7.650ppt课件2、pH的调节控制：产酶产酶pH： 与生长最适与生长最适pH不同。产酶不同。产酶pH通常接近通常接近该酶催化反应的最适该酶催化反应的最适pH。碱性蛋白酶：碱性蛋白酶：8.5-9.0中性蛋白酶：中性蛋白酶：6-7酸性蛋白酶：酸性蛋白酶：4-6 可通过控制可通过控制pH，改变生产各种酶的比例。，改变生产各种酶的比例。51ppt课件p 一般来说，当培养基一般来说，当培养基C/N比高，发酵液倾向于比高，发酵液倾向于酸性，酸性，pH低；低；C/N比低，发酵液倾向于中性、比低，发酵液倾向于中性、碱性，碱性，pH上升。上升。p 如果通气足，糖脂完全氧化、产物为二氧化碳如
43、果通气足，糖脂完全氧化、产物为二氧化碳+H2O;通气不足，糖、脂氧化不完全，产生中通气不足，糖、脂氧化不完全，产生中间产物有机酸，发酵液间产物有机酸，发酵液pH下降。下降。p 培养量中无培养量中无N利用，则利用利用，则利用(NH4)2SO4后，后，pH下降。下降。p 当生理碱性盐（当生理碱性盐（NaNO3）被利用，）被利用，pH上升。上升。p 碳源严重不足，被迫利用氨基酸的碳架，留下碳源严重不足，被迫利用氨基酸的碳架，留下NH3，pH上升。上升。p 碳源过量，氮源不足，微生物产酸碳源过量，氮源不足，微生物产酸 pH下降。下降。 随着细胞的生长和代谢产物的积累，培养基的pH往往发生变化：52pp
44、t课件2、pH的调节控制：产酶过程中，必要时对培养基的产酶过程中，必要时对培养基的pH进行适当调节控制进行适当调节控制。方法：。方法：p改变培养基的组分或其比例改变培养基的组分或其比例p使用缓冲液使用缓冲液p添加稀酸、稀碱添加稀酸、稀碱p发酵液发酵液pH高用糖或淀粉调节，过低通高用糖或淀粉调节，过低通过氮调节。过氮调节。53ppt课件3 3、溶解氧的调节控制：、溶解氧的调节控制：目前用于产酶微生物大多为好气性微生物，培目前用于产酶微生物大多为好气性微生物，培养基中溶解氧很少，很快被利用完，需供氧。养基中溶解氧很少，很快被利用完，需供氧。（1）调节通气量。）调节通气量。p通气量小，有利霉菌孢子的
45、萌发和生长；通气量小，有利霉菌孢子的萌发和生长；p在发酵初期，虽然细胞呼吸强度大，耗氧多，但由于在发酵初期，虽然细胞呼吸强度大，耗氧多，但由于菌体少，相对通风量可以少些；菌体少，相对通风量可以少些；p菌体生长繁殖旺盛期，耗氧多，要求通风量大些；菌体生长繁殖旺盛期，耗氧多，要求通风量大些；p产酶旺盛一般需强烈通风；产酶旺盛一般需强烈通风；54ppt课件3 3、溶解氧的调节控制：、溶解氧的调节控制：（2）调节氧分压）调节氧分压（3）调节气液接触时间）调节气液接触时间 （4）调节气液接触面积：）调节气液接触面积：在反应器底部安装空在反应器底部安装空气分配管，使气体分散成小气泡进入培养液气分配管，使气
46、体分散成小气泡进入培养液中，是增加气液接触面积的主要办法。中，是增加气液接触面积的主要办法。 （5）改变培养液的性质：）改变培养液的性质：粘度大，搅拌溶氧时粘度大，搅拌溶氧时会产生泡沫，影响溶氧。可改变培养基组分会产生泡沫，影响溶氧。可改变培养基组分或浓度等降低粘度；可加消泡剂或消泡装置或浓度等降低粘度；可加消泡剂或消泡装置减少泡沫。减少泡沫。55ppt课件4 4、搅拌：、搅拌：（1）有利于热交换，使营养物质和菌体均匀接触，有利于热交换，使营养物质和菌体均匀接触，降低细胞周围的代谢产物，从而有利于新陈代谢；降低细胞周围的代谢产物，从而有利于新陈代谢；（2）打破空气气泡，使发酵液形成湍流，增加湍
47、流打破空气气泡，使发酵液形成湍流，增加湍流速度，从而提高溶氧量，增加空气利用。但搅拌速度，从而提高溶氧量，增加空气利用。但搅拌易产生切应力，使细胞受损，同时带来一定的热易产生切应力，使细胞受损，同时带来一定的热量，使发酵液温度发生变化。搅拌与发酵液粘度量，使发酵液温度发生变化。搅拌与发酵液粘度有关。有关。56ppt课件5 5、泡沫影响：、泡沫影响：泡沫的存在泡沫的存在（1）阻碍）阻碍carbon dioxide 二氧化碳的排除；二氧化碳的排除；（2）影响溶氧量；）影响溶氧量；（3）影响添料；）影响添料；（4）发酵液易溢出罐外。）发酵液易溢出罐外。消除措施：消除措施：（1）机械消泡；）机械消泡；
48、（2）消泡剂：天然的矿物油、醇类、脂肪酸类、胺类、）消泡剂：天然的矿物油、醇类、脂肪酸类、胺类、酰胺类、醚类、硫酸酯类、金属皂类、聚硅氧烷和酰胺类、醚类、硫酸酯类、金属皂类、聚硅氧烷和聚硅酮。其中，以聚甲基硅氧烷最好。聚硅酮。其中，以聚甲基硅氧烷最好。57ppt课件58ppt课件1.1.选育优良的产酶细胞株系选育优良的产酶细胞株系 物理方法物理方法诱变诱变, ,如紫外线如紫外线,r-,r-射线射线( (6060Co)Co)等。等。 化学方法化学方法诱导诱导, ,如亚硝酸如亚硝酸,s-,s-溴代尿嘧啶等。溴代尿嘧啶等。 重组重组DNADNA技术技术。59ppt课件2.2.添加诱导物添加诱导物 对
49、诱导酶而言对诱导酶而言, ,在发酵培养基中添加诱导物在发酵培养基中添加诱导物, ,使产量显著提高。使产量显著提高。(1)(1)酶作用的底物酶作用的底物. . 例如例如b-b-半乳糖苷酶受乳糖半乳糖苷酶受乳糖诱导诱导. .(2)(2)酶反应的产物酶反应的产物. . 半乳糖醋酸诱导果胶酶半乳糖醋酸诱导果胶酶(3)(3)酶的底物类似物酶的底物类似物. . 例如异丙基例如异丙基- -b-db-d- -硫代半硫代半乳糖苷对乳糖苷对b-b-半乳糖苷酶诱导效果高几百倍半乳糖苷酶诱导效果高几百倍 60ppt课件3.3.控制阻遏物浓度控制阻遏物浓度 一些酶的生物合成受阻遏物的阻遏作用一些酶的生物合成受阻遏物的阻
50、遏作用( (参参读操纵子学说读操纵子学说),),因此控制阻遏物浓度因此控制阻遏物浓度, ,可有效提可有效提高酶产量高酶产量. .阻遏作用有产物阻遏和分解代谢物阻阻遏作用有产物阻遏和分解代谢物阻遏两种遏两种, ,阻遏物可以是酶催化作用的产物阻遏物可以是酶催化作用的产物, ,代谢代谢途径的末端产物及分解代谢物途径的末端产物及分解代谢物. .例如例如: :p碱性磷酸酶受产物碱性磷酸酶受产物PiPi的阻遏的阻遏, ,当培养基当培养基PiPi含量含量在在1.0mM1.0mM时时, ,该酶合成完全受阻遏该酶合成完全受阻遏, ,但降至但降至0.01mM0.01mM时时, ,该酶大量产生该酶大量产生61ppt
