酶制剂发酵生产
酶制剂生产
2018/3/7
酶制剂发展概况
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（Boidin）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。
注意：在选择碳源时，应尽量选择对所需酶有诱导作用的 碳源，而不使用或少使用有分解代谢物阻遏作用的碳源。
2、氮源：提供氮元素。 来源：①有机氮：常利用农副产品的籽实榨油后的 副产品，如豆饼、花生饼、菜子饼等；
②无机氮：含氮的无机化合物，如（NH4）2SO4、 NH4NO3 、NaNO3和（NH4）3PO4等。 3、无机盐：大量元素和微量元素。
（4）影响pH值的因素
① 一般来说，培养基成分中C/N比高，发酵液倾向于酸性， pH低；C/N比低，发酵液倾向于碱性，pH高。 ① 不同盐的利用对pH也会产生影响。 ① pH值还与通气量有关。 （5）生产中控制pH值的方法 ①调节培养基的原始pH，保持一定的C/N比；
酶制剂工厂生产工艺
酶制剂工厂生产工艺、设备、发展现状
姓名：***
班级：生工101
学号：**********
酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。
酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。生产的微生物。将酶加工成不同纯度和剂型（包括固定化酶和固定化细胞）的生物制剂是酶制剂。动、植物和微生物产生的许多酶都能制成酶制剂。以下将酶制剂的生产工艺、生产设备及发展现状作简要介绍。
关键字：酶制剂固定化蛋白质设备发展现状
一、Abstract
Enzyme engineering is the enzyme or microbial cells, animal and plant cells, organelles in certain biological reaction device, such as using enzyme of biocatalysis function, through engineering, to the corresponding raw materials into useful material and applied in the social life of a science and technology. It includes the preparation of enzyme preparation, enzyme immobilization, modification of enzyme and enzyme reactor and contents. The application of enzyme engineering, mainly concentrated in the food industry, light industry and medicine industry.
酶制剂发酵工艺
A→×E → →→ →B
色氨酸过量时会阻遏催化色氨酸合成的相关酶
（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 A1
B1
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
[ 麸皮等原料 ] ↓
[ 配制培养基] (灭菌)
[ 发酵池(固体发酵) ]
[ 成品曲 ]
{固体粗酶制剂}
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）
培养基
摇瓶扩大培养 种子罐培养 发酵罐
无菌空气
分离纯化
酶
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；
工业的淀粉水解糖
中性蛋白酶
枯草芽胞杆菌，米 曲霉
皮革、毛皮加工，食品加工， 调味品制造、助消化、消炎、
啤酒澄清
碱性蛋白酶
地衣芽胞杆菌
加酶洗涤剂
植酸酶
黑曲霉，毕赤酵母 工程菌株
饲料添加剂
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源
[原 料 ]
饼粕等原料 ↓
按不同原料 作不同处理
国内外常见酶制剂产品及生产方法
国内外常见酶制剂产品及生产方法(饲料酶）
摘自中国酶网 05年左右的资料
市场上常见的复合酶制剂:
生产商代表性产品主要标识酶活种类
丹尼斯克动物营养爱维生保安生 ( 木聚糖酶等…复配)
德国AB酶制剂艾克拿斯(Econase®) ( 木聚糖酶+葡聚糖酶…复配)
法国安迪苏罗酶宝 ( 木聚糖酶等…单菌发酵)
帝斯曼动物营养乐多仙VP ( 葡聚糖酶+果胶酶…复配)
奥特奇Alltech. 特威宝SSF ( 葡聚糖酶+淀粉酶+植酸酶...固体自然发酵 )
美国genmchen 和美酵素® ( 甘露聚糖酶 )
建明 kemin 八宝威® W ( 木聚糖酶+淀粉酶…复配)
日本新水饲乐酶 ( 木聚糖酶+蛋白酶+淀粉酶+..液体自然发酵 )
泛亚太保来康 (复合酶)
华芬酶华芬酶 (复合酶)
英恒酶制剂英恒酶 (复合酶)
溢多利公司溢多酶 (木聚糖酶,植酸酶单酶,复合酶)
华扬生物华扬酶 (木聚糖酶,甘露聚糖酶,植酸酶单酶,复合酶)
挑战集团特节酶 (木聚糖酶,植酸酶单酶,复合酶)
夏盛公司夏盛酶 (木聚糖酶…各种单酶,复合酶)
尤特尔公司尤特尔 (木聚糖酶…各种单酶,复合酶)
总结:
1.绝大多数酶制剂来源于基因工程菌株液体发酵方法生产 ( 特威宝罗酶宝除外)
2.绝大多数酶制剂的主要作用成分为木聚糖酶等NSP酶. (和美酵素速美肥除外)
3.国内酶工业发展都以购买单酶复配为主, 后来部分企业获得木聚糖等酶生产技术
4.部分企业采用自然固体发酵的方法生产酶制剂. (奥特奇) ,部分产品关注于分解豆粕等原料( 和美酵素-甘露聚糖酶速美肥-半乳糖苷酶系)
酶制剂的制备
酶制剂的制备
全文共四篇示例，供读者参考
第一篇示例：
酶制剂是一种应用于生物工程领域的重要生物催化剂，广泛应用
于食品、医药、农业等领域。酶制剂的制备主要通过菌种培养、酶提
取和纯化、酶活力测定等步骤完成。本文将详细介绍酶制剂的制备的
各个环节及其相关技术。
一、菌种培养
1. 选择菌株：酶制剂的制备首先要选择适合生产目标酶的菌株。
常见的菌种有大肠杆菌、酵母菌、真菌等。
2. 培养条件：菌种培养需要控制适当的温度、PH值、营养液成分等条件。常用的培养基有LB培养基、YP培养基等。
3. 菌种培养：将选定的菌株接种到含有适当培养基的培养皿中，
进行静态或摇床培养，通过控制时间和条件，使菌株在培养基中生长
繁殖。
二、酶提取和纯化
1. 酶提取：将培养好的菌株经过离心、过滤等方法将酶提取出来。不同的酶可采用不同的提取方法，如超声波法、冻融法、离心法等。
2. 酶纯化：提取出的酶一般含有其他杂质，需要经过一系列纯化步骤进行纯化。纯化的方法包括离子交换层析、凝胶渗透层析等。
三、酶活力测定
1. 酶活力测定：通过测定酶的活性来评估酶的品质。常用的测定方法有比色法、荧光法、密度法等。
2. 酶活性稳定性：除了测定酶的活性，还需要考虑酶的活性稳定性，即在不同温度、PH值下酶的活性是否保持稳定。
四、酶制剂配方设计
1. 酶活性强化：根据不同的应用需求，可以对酶进行改良，提高其催化性能和特异性。
2. 辅酶添加：在制备酶制剂的过程中，有时需要添加一些辅酶或辅因子来增强酶的活性。
五、酶制剂的应用
1. 食品工业：酶制剂广泛应用于食品加工领域，如发酵剂、酶改良剂等。
酶工程微生物发酵产酶
（3）霉菌 黑曲霉：生产糖化酶、α-淀粉酶、果胶酶、酸性蛋白酶、过氧化氢酶、核糖核酸酶、脂肪酶等 米曲霉：生产糖化酶和蛋白酶，在我国传统的酒曲和酱油曲中得到广泛应用 红曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉 （4）酵母 啤酒酵母：主要用于酿造啤酒、酒精、饮料酒和面包制造。用于转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等的生产 假丝酵母：单细胞蛋白的主要生产菌
二、液体深层通气发酵法（最广泛应用） 采用液体培养基，置于发酵容器中，经灭菌、冷却后接入产酶细胞，在一定条件下进行发酵。 液体深层发酵是目前酶发酵生产的主要方式。 优点： ⑴不仅适用于微生物细胞，也可用于各种植物细胞和动物细胞的悬浮培养和发酵。 ⑵机械化程度较高，技术管理较严，酶产率较高，质量较好，产品回收率较高。 ⑶易于为人为控制。
第二章 微生物发酵产酶
本章内容
酶的发酵生产的概念——→优良菌种的筛选——→发酵的基本类型——→发酵工艺过程及条件控制 *酶的生物合成模式
在酶制剂发展的早期，酶多是从动植物原料中提取的。但是由于它们的生长周期长，酶在动植物组织中的含量低，又受地理、气候和季节等因素的影响，来源受到限制，不适于大规模的工业生产，因此除了部分用于医疗、疾病诊断及食品工业的酶外，目前基本都是以微生物作为生产酶的酶源，产酶微生Baidu Nhomakorabea的发酵技术在酶生产中是极为重要的。
六、提高酶产量的措施 1、添加诱导物 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添加诱导物能使酶的产量显著增加。一般可分为三类： ①酶的作用底物，例如乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的生成，青霉素是青霉素酚化酶的诱导物。 ②酶的反应产物，例如纤维素二糖可诱导纤维素酶的产生。 ③酶的底物类似物，例如异丙基-ß-D-硫代半乳糖苷（IPTG）对ß-半乳糖苷酶的诱导效果比乳糖高几百倍。其中使用最广泛的诱导物是不参与代谢的底物类似物。
酶制剂的工业生产
*酶制剂的工业生产方法
1.固态发酵法浅盘法转桶法厚层机械通风法
2.液体发酵法液体表面发酵法液体深层发酵法
*发酵生产的定义经过预先设计，通过人工操作控制，利用微生物或其他生物细胞的生命活动，生产人们所需要的酶的过程。
*核酸某些RNA分子也具有生物催化功能，被成为核酸。
*抗体酶一类具有催化活性的抗体分子，称为抗体酶，是抗体高度选择性和酶的高效催化能力的结合。
*固定化细胞又称固定化活细胞或固定化增殖细胞，是被限制自由移动的细胞，细胞受到物理化学等因素约束限制在一定的空间界限内，但仍保留生理生活性并具有能被反复或连续使用的活力，能进行生长繁殖和新陈代谢的细胞。
*固定化细胞的制备方法？
1化学法2吸附螯合法3包埋法4交联法
*固定化细胞发酵产酶的特点？
1提高产酶率2可在高稀释率条件下连续发酵3发酵稳定性高4缩短发酵周期，提高设备利用率5产品容易分离纯化
*植物细胞发酵的特点
1提高产率2缩短周期3易于管理，减轻劳动强度4提高产品质量
*酶的分离纯化是指将酶从菌体（胞内酶）或培养基中（胞外酶）提取出来，再与杂质分开，使之达到与使用目的要求相适应的纯度的过程。
*酶的分离纯化的步骤：1发酵液的预处理2发酵液的过滤3酶液的浓缩4酶的沉淀分离5收集酶沉淀，干燥，磨粉，添加稳定剂，填充剂等，制成粉末状固体酶。
酶在发酵工业生产的应用现状及发展趋势
酶在发酵工业生产中的应用现状和发展趋势
塔骥
1032103030
摘要：本文通过列举酶在发酵工业生产中的应用，及在这些应用中的应用现状，对酶法在这些工业生产中未来的发展进行了探讨。
关键词：酶；发酵；工业生产
一、前言
酶制剂行业是高技术产业，它的特点是用量少、催化效率高、专一性强，是为其他相关行业服务的工业。酶制剂产业经历了半个多世纪的起步和迅速成长之后，现已形成一个富有活力的高新技术产业，保持持续高速度发展。过去10年里，国际酶制剂产业的生产技术发生了根本性的变化，以基因工程和蛋白质工程为代表的分子生物学技术的不断进步和成熟，以及对各个应用行业的引入和实践，把酶制剂产业带入了一个全新的发展时期。我国酶制剂已广泛应用于食品、酿造、味精、制药、有机酸、淀粉糖、纺织、皮革、洗涤剂及保健品等很多领域，并且应用领域不断扩大，应用技术水平不断提高，然而与国外先进国家相比尚有差距。
二、酶在发酵工业中的应用
2.1酶法生产葡萄糖
利用酶水解淀粉生产葡萄糖是酶催化工业的一项重大成就，由日本在20世纪50年代末研究成功，现已在全世界普遍采用。酶法生产葡萄糖是以淀粉为原料，先经。一淀粉酶液化成糊精，再用糖化酶催化生成葡萄糖。如北京房山酶制剂总厂的产品耐高温a-淀粉酶采用地衣芽孢杆菌深层培养、提炼等工序精制而成；能随机水解淀粉、糖原及降解物内部的 a-1.4 葡
萄糖苷键使得胶状淀粉溶液的黏度迅速下降，产生可溶性糊精和寡聚糖，过度的水解则可产生葡萄糖和麦芽糖。低聚糖的制备：低聚糖是由3-9个单糖昔键连接而成的低度聚合糖。它之所以具有生理功效，是因为他能促进人体肠道内固有的有益细菌一双歧杆菌的增殖，从而抑制肠道内腐败菌的生长，减少有毒发酵产物的形成。目前，微生物糖昔水解酶在生产中应用较多，而且技术都比较成熟。如利用α-葡萄糖苷酶生产的低聚异麦芽糖，利用节杆菌产生的β一呋喃果糖苷酶合成的低聚乳果糖、低聚半乳果糖等，利用α-半乳糖昔酶生产的棉子糖和密二糖等。
酶制剂工厂生产工艺
酶制剂工厂生产工艺、设备、发展现状
姓名：***
班级：生工101
学号：**********
酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。
酶制剂是一类从动物、植物、微生物中提取具有生物催化能力的蛋白质。生产的微生物。将酶加工成不同纯度和剂型（包括固定化酶和固定化细胞）的生物制剂是酶制剂。动、植物和微生物产生的许多酶都能制成酶制剂。以下将酶制剂的生产工艺、生产设备及发展现状作简要介绍。
关键字：酶制剂固定化蛋白质设备发展现状
一、Abstract
Enzyme engineering is the enzyme or microbial cells, animal and plant cells, organelles in certain biological reaction device, such as using enzyme of biocatalysis function, through engineering, to the corresponding raw materials into useful material and applied in the social life of a science and technology. It includes the preparation of enzyme preparation, enzyme immobilization, modification of enzyme and enzyme reactor and contents. The application of enzyme engineering, mainly concentrated in the food industry, light industry and medicine industry.
酶制剂的发酵(培养)生产
武汉生物工程学院生物工程系酶工程教研室
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。
武汉生物工程学院生物工程系酶工程教研室
选择与改造
（1）选择最理想的酶合成模式——延续合成型； （2）改造非理想模式 A、同步合成型：适当降低发酵温度，尽量提 高相应的mRNA的稳定性； B、滞后合成型：尽量减少甚至解除分解代谢 物阻遏，使酶合成提早开始； C、中期合成型：努力提高mRNA稳定性，解 除代谢物阻遏物。
第三章 酶制剂的发酵（培养）生产
本章主要内容： 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。
重点： 酶生物合成的基本理论； 微生物发酵产酶工艺。 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。
武汉生物工程学院生物工程系酶工程教研室
50 50 40 30 20
细胞 或酶浓 度
细胞 酶
细胞 浓 度 (g/L)
40 30 20 10 0
酶浓 度 细胞 浓 度
0 20 40 60 80
6.8酶制剂发酵
第一种能以纯净的水晶形态提取出的酶制剂 是尿素(urease), 由美国生化学家J. B. Summer 于1926年提炼出来的。J. B. Summer更反对 了当时大众的观念，大胆提出并假设了这些 水晶形态的尿素分子是蛋白质。后来在1930 年到1936年期间，蛋白酶(pepsin), 糜胆白酶 (chymotrypsin), 并且胰蛋白trypsin成功地被 结晶了；尿素水晶分子被证实是蛋白质, 并 且酶制剂的蛋白质本质从而牢固地建立了。
碱性蛋白酶是经细菌原生质体诱变方法造育 的2709枯草杆微生物通过深层发酵、提取 及精制而成的一种蛋白水解酶，属于一种丝 氨酸脆外高碱性蛋白酶，它能水解蛋白质分 子肽链生成多肽或氨基酸，具有较强的分解 蛋白质的能力。生产工艺是采用微滤超滤膜 分离、喷雾干燥或真空冷冻干燥等先进技术， 产品质量达到食品级标准及试剂级标准，广 泛应用于食品、医疗、酿造、丝绸、制革等 行业，满足各种不同要求需要。
第三章 酶的发酵生产
⑵ mRNA稳定性差的，随着细胞的停止生长而 终止酶的合成。
⑶不受培养基中阻遏物阻遏的，可随着细胞的生 长而开始酶的合成。 ⑷受阻遏的酶，要在细胞生长一段时间或进入平 衡期后，解除阻遏，酶才合成。
四、延续合成型是酶的工业生产中最理想的 合成模式
对于其他合成类型的酶，可在细胞选育上或工 艺条件方面加以适当调节：
（一）固体培养发酵（传统的方法）
一般适合于真菌发酵。
（二）液体深层发酵：
①适用性强，可用于各种细胞的悬浮培养和发酵。 ②易于人为控制。 ③机械化程度高，酶产品质量好，酶产率及回收 率较高。
（三）固定化细胞发酵（70年代后期）
1、优点：重复使用、易于分离、易于机械化、 抗逆性强、效率高。 2、缺点：产品质量不够稳定、易受传质和氧 的限制。
③一些生理盐（如NaNO3）的酸根被利用导致 发酵液pH上升；碳源严重不足时，细胞利用 氨基酸的碳架，留下－NH3，发酵液pH上升。
总之， pH的变化常引起细胞生长和产酶环境 的变化，对产酶带来不利的影响。
生产中常采取调控pH的方法：
①添加缓冲液维持一定的pH； ②调节通风量维持发酵液的氧化还原电位在一 定范围； ③调节培养基的原始pH，保持一定的C/N比； ④当发酵液pH过高时，用糖或淀粉来调节， pH过低时，通过氮调节。
采用沉淀、吸附、萃取、超滤等方法除去与目标 产物性质有很大差异的杂质，使产物浓缩，提高 产品质量。
酶制剂
比活力 (Specific activity) ：比活力是指单位蛋白质 (毫克蛋白质或毫克蛋白氮) 所含有的酶活力 (单位/毫克蛋 白) 。比活力是酶纯度指标，
二、酶的发酵技术
培养基
培养基的营养成分是微生物发酵产酶的原料，主要是碳源、
氮源，其次是无机盐、生长因子和产酶促进剂等
碳源：有机碳-----营养和诱导作用
斜面 培养
50mL,37℃,3d
热处理
接入500L种子罐， 37℃、010h内13.5m3/h,10-14h为 17.5m3/h,通常在12-14h，菌 株进对数生长期，开始接入 发酵罐。
盐析
种子 扩大
压滤
干燥
硫酸铵废液
发酵Baidu Nhomakorabea
3000L
粉碎
填充物 发酵粗滤液 喷雾干燥 混粉 包装
（4）工艺要点：
补料发酵 发酵罐3000L,温度37 ℃.为了利于菌种生长和 产酶，通常 采用低浓度发酵和高浓度补料的 方法，低浓度可以避免原料中淀粉降解生成的 糖过量堆积而一起分解代谢阻遏，有利于pH值 控制，延长产酶期。补料从12h开始，补料体 积相当于基础料的1/3,停止补料后6-8h，温度 不再上升，菌体衰老（80%菌体形成空胞）， 酶活不再提高，发酵即可结束。
（4）工艺要点：
发酵液:
加入2%CaCl2与0.8%Na2HPO4，加热到50-55℃维持30 min （破坏蛋白酶，促使胶体凝聚）然后冷却到40 ℃ 过滤浓缩： 冷却到40 ℃ 的发酵液中加入硅藻土（助滤剂）过滤，滤饼 于40℃烘干成粉即为成品。 也可以将滤液直接进行喷雾干燥制成酶粉
第七章 酶制剂生产
一、 а -淀粉酶
工业上大规模生产和应用的а-淀粉酶主要来自细菌和 曲霉，特别是枯草杆菌，我国淀粉糖化工业使用的液 化酶BF-7658 、美国的enase 等属于这一种 。 由微生物制备酶制剂，产酶量高，易于分离和精制， 适于大量生产。当然亦能从植物和动物 中提取а- 淀 粉酶，满足特殊的需要，但由于成本高，产量低，目 前还不能实现工 业化生产。具有实用价值的а-淀粉 酶生产菌列于表8-1
由于菌种不断的选育改良，现在工业生产上用的菌种 产生а-淀粉酶的能力已是原始菌株的数倍乃至数十倍 霉菌а -淀粉酶大多采用固体曲法生产:麸皮为主要原 料，米糠或豆饼的碱水浸出液，以补充氮源;32-35℃ 培养36-48h,40 ℃烘干或风干,粗酶 细菌淀粉酶则以液体深层发酵为主:以麸皮、玉米粉、 豆饼粉、米糠、玉米浆等为原料，补充无机氮源,此外 还需添加少量镁盐、磷酸盐、钙盐等。37℃通风搅拌 培养24-28h,离心或以硅藻土作助滤剂除去菌体及不溶 物。在钙离子存在下低温真空浓缩后，加入防腐剂、 稳定剂以及缓冲剂后就成为成品。这种液体的细菌а淀粉酶呈暗褐色，带不愉快的臭味，在室温下放置数 月而不失活。
β-淀粉酶生产过程
菌种：巨大芽孢杆菌，耐热性 发酵培养基：淀粉3%，葡萄糖0.5%，蛋白胨1%，玉米浆1%，磷酸 氢二钾0.5% 34℃搅拌培养48h，酶活：25.5U/mL 发酵液8000r/min 离心20min,除菌体，加硫酸铵沉淀得粗酶， 0.01moL/L醋酸盐溶解，自来水透析3d,加25%醋酸铅溶液，离心 除去沉淀杂质， 硫酸铵盐析较纯β-淀粉酶，酶活：100U/mL
微生物酶制剂生产工艺及在食品工业中的应用-张课件 (一)
微生物酶制剂生产工艺及在食品工业中的应
用-张课件 (一)
微生物酶制剂是指用微生物作为酶源，通过发酵和提取等技术，制备
的酶制品。微生物酶制剂具有高效、环保、安全、优质等特点，对于
食品工业的生产具有很大的帮助，本文将会讲解微生物酶制剂生产工
艺及在食品工业中的应用。
一、微生物酶制剂生产工艺
1、微生物菌种的筛选、培养和保存
在微生物酶制剂生产工艺中，适当的微生物菌种的选择是非常关键的。可以从自然环境中或经过人工改造的微生物菌种中进行选择。经过筛
选后，需要进行培养和保存，并进行菌种的深冻保存，以备以后的使用。
2、微生物菌种的发酵
微生物酶制剂的生产需要采用微生物菌种进行发酵。在发酵过程中，
需要保持合适的温度、pH值和通气条件等，以保证菌种的正常生长和
代谢。发酵的过程中，需要添加合适的培养基和营养剂等，以提高酶
的产量和酶的活性。发酵完毕后，通过分离和提取等工艺流程，制取
成酶制剂。
3、酶制剂的筛选和检测
酶制剂的筛选和检测是关键的一步。需要进行酶的酶活监测，判断酶
的酶活是否适宜于后续的生产使用，并根据生产需要，筛选出适宜的酶制剂。
二、微生物酶制剂在食品工业中的应用
1、面包
在面包生产中，添加一定量的酶制剂能够改善面团的发酵性能，提高面包的体积和质地。同时，酶制剂能够降低面团的黏度，提高加工性能。自然面包中不含有酶制剂，而加入了酶制剂的面包，具有更好的口感和质地。
2、啤酒
在啤酒生产中，加入酶制剂，能够激发麦芽中的酶的活力，提高发酵的速度和率，并提高酒精的产量。同时，酶制剂还能够降低啤酒的酒花量，改善啤酒的口感和酒精度。
酶工程(酶制剂生产)
CH3.3 发酵方法
固态发酵法的特点是： 固态发酵法的特点是： 根据固态发酵所使用的设备和通气方法不同， 根据固态发酵所使用的设备和通气方法不同，常用的发酵方法 1. 固态发酵法
固态发酵法又称为麸曲培养法， 固态发酵法又称为麸曲培养法，该法是利 ①浅盘发酵法：此法是将固体培养基平铺在浅盘内，进行微生物 浅盘发酵法：此法是将固体培养基平铺在浅盘内， 的乡镇企业生产； 的乡镇企业生产； 的培养和产酶，一般都是用木制的浅盘或竹编的匾框， 的培养和产酶，一般都是用木制的浅盘或竹编的匾框，铺培养基约 用麸皮或米糠为主要原料，添加其它辅料， 用麸皮或米糠为主要原料，添加其它辅料，制 此法利用固体培养基，由于麸皮、 ② 此法利用固体培养基，由于麸皮、米糠等的通 3～5厘米厚，控制温度和湿度进行发酵。 厘米厚， ～ 厘米厚 控制温度和湿度进行发酵。 成固体培养基，进行发酵的一种方法。 成固体培养基，进行发酵的一种方法 气性好，尤其是对于好氧性微生物的发酵， 。 气性好，尤其是对于好氧性微生物的发酵，通气对产酶 转桶发酵法：此法是将固态培养基接种后， ②转桶发酵法：此法是将固态培养基接种后，在可旋转的桶内进 的影响很大； 的影响很大； 行发酵，发酵桶在发酵过程中，慢慢地进行旋转，以有利于通气。 行发酵，发酵桶在发酵过程中，慢慢地进行旋转，以有利于通气。
CH3.2发酵原料和辅助性原料
2 产酶促进剂 １碳氮源 利用微生物生产酶制剂的主要原料是碳源和氮源， 利用微生物生产酶制剂的主要原料是碳源和氮源，此外还有无 在发酵培养基中添加某些少量成分，能显著提高酶的产量， 在发酵培养基中添加某些少量成分，能显著提高酶的产量，这类添 机盐、生长因子和产酶促进剂。 机盐、生长因子和产酶促进剂。这些发酵原料与微生物的培养基原 加成分即为产酶促进剂。下表是表面活性剂吐温８０ ８０（ １％）对多 加成分即为产酶促进剂。下表是表面活性剂吐温８０（０.１％）对多 料类似。 料类似。 种酶产生的影响： 种酶产生的影响： 考虑发酵培养基的原料时: 考虑发酵培养基的原料时 ────────────────────────────── 酶 有利于发酵微生物的生长繁殖 来源 酶产量增加倍数 [1] 有利于发酵微生物的生长繁殖; ────────────────────────────── [2] 有利于酶的产生或不影响酶的产生； 有利于酶的产生或不影响酶的产生； 纤维素酶 多种霉菌 ２０ [3] 原料成本 原料成本; 转化酶 多种霉菌 １６ 目前所利用的有机碳源，主要是来源于农副产品原料， 目前所利用的有机碳源，主要是来源于农副产品原料，用的最 β-１,３葡聚糖酶 １３ 多种霉菌 １０ 多的有甘薯干、 多种霉菌 多的有甘薯干 玉米、麸皮、米糠等等； β-葡萄糖甘酶 、玉米、麸皮、米糠等等； ８ 葡萄糖甘酶 有机氮源主要有油料作物的籽实在榨油后的副产品，如豆饼、 有机氮源主要有油料作物的籽实在榨油后的副产品，如豆饼、 木聚糖酶 多种霉菌 ４ 花生饼、 花生饼 菜籽饼、棉籽饼等; 淀粉酶 、菜籽饼、棉籽饼等 多种霉菌 ４ 酯酶 常用的无机氮源有 硫酸铵、硝酸铵、磷酸氢二铵、尿素等。 多种霉菌 硝酸铵、磷酸氢二铵、尿素等。 ６ 硫酸铵、 ───────────────────────── ────
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❖ (2)在诱导酶合成时加入诱导物以利诱导酶的 合成 食品工业应用的酶包括淀粉酶、蛋白 酶、纤维素酶、葡萄糖异构酶、β- 半乳糖苷 酶等，它们均属于诱导酶，根据上述原理， 在合成时最好的诱导物为该酶的作用底物或 其结构类似物。
二、酶合成的反馈阻遏 Repression
❖ 反馈阻遏是指酶作用的终产物对酶合成产 生阻遏作用
第二章 酶的发酵生产
一、酶生物合成的基本理论
❖ 一、RNA的生物合成——转录 ❖ 二、蛋白质的生物合成——翻译 ❖ 三、酶生物合成的调节
1、RNA的生物合成——转录
❖转录是以DNA为模板，以核苷三磷 酸为底物，在RNA聚合酶（转录酶） 的作用下，生成RNA的过程。
2、蛋白质的生物合成——翻译
翻译：以mRNA为模板，以氨基酸为 底
（1）相近菌种产生的酶在性质上一般相近或 相似。
Exp.地衣芽胞杆菌与淀粉液化芽胞杆菌是近缘 菌，它们产生的蛋白酶性质很相近；
（2）胞外酶的稳定性和最适反应条件一般与 菌产酶的最适生长条件一致。
exp.嗜碱芽胞杆菌来源的蛋白酶作用的最适 pH比嗜中性地衣芽胞杆菌来源的蛋白么高出 几个单位。
从耐热凝结芽胞杆菌得到的α-淀粉酶比常温淀 粉液化芽孢杆菌来源者高出10℃。
常用诱变剂
第三节 发酵条件及控制
工艺流程
培养
灭
基制备 菌
冷接 却种
发酵
控制 t、 pH、
DO
保
活
藏
化
菌
菌
种
种
液体 菌种 扩大 培养
通气、 搅拌
• 提高酶产量的方法
1、通过条件控制提高酶产量： 添加诱导物、降低阻遏物浓度 优化发酵条件 2、通过基因突变提高酶产量： 使诱导型变为组成型、使阻遏型变为去阻遏型 3、其它提高酶产量的方法： 添加表面活性剂、添加产酶促进剂
R
启 动 操纵 子 基因
PO
LacZ
乳糖结构基因 LacY Laca
乳糖
阻遏蛋白 （有活性）
阻遏蛋白 （无活性）
mRNAZ mRNAY mRNAa 基 因
表 达
乳糖操纵子假说对指导酶生产的意义
(1)现代诱变育种技术 调节基因发生突变 不能产生阻遏蛋白 诱导酶变成组成酶
RNA聚合酶便能起作用，操纵子便能持久地 “开”，并连续产生β-半乳糖苷酶
调节基因
操纵基因
结构基因
mRNA
阻遏蛋白
酶代谢产物一旦大量积累
酶蛋白
阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以结构基因表达。 阻遏蛋白被产物激活，结构基因不表达。
❖ 这一理论在实践意义：
(1)设法从培养基中除去其终产物，以消除反馈 阻遏。
三、酶合成的分解代谢阻遏作用
❖ 又称葡萄糖效应
是指微生物在其培养基中由于葡萄糖的存在 虽然能迅速生长，但明显地抑制某些分解代 谢诱导酶的形成。
将E.coli培养在含有葡萄糖和乳糖的培养基上，
出现“二峰生长现象”
即使有乳糖存在，也要等葡萄糖耗尽之后诱 导形成-半乳糖苷酶
葡萄糖分解产物对-半乳糖苷酶形成阻遏
葡萄糖过量存在——放出的能量部分储存在ATP中
ADP+AMP ——ATP
磷酸二酯酶
cAMP +H2O
AMP
cAMP-CRP复合物的浓度降低 启动基因(P)上没有cAMP-CRP复合物结合 RNA聚合酶无法结合到启动基因 酶的生物合成无法进行。
❖ 如果微生物需要某些代谢阻遏物作为碳源， 在工业生产中则可采用限量流加碳源的办法， 便可减少或避免这种阻遏作用。
第二节 产酶微生物及其选育
动物 酶 植物
微生物
微生物易于大量培养，倍增时间短； DNA技术使微生物生产特殊作用的酶， 并大大提高产量； 因此，微生物可以说是酶商业化生产的最佳来源。
1、产酶菌的分布规律
物，在核糖体上通过各种tRNA，酶 和
辅助因子的作用，合成多肽的过程。
第一节 酶生物合成调控机制
一、诱导酶合成调节（Induction）
❖ 操纵子学说概述：
1、操纵子（operon）： 基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结 构基因，调节基因，操作子和启动子。
Structure of a typical operon
（3）为获得能够降解某种物质的产酶菌株， 一般可以从该物质比较丰富的地方寻找。
Exp. 豆科植物的根系中，往往存在根瘤菌；
油田和炼油厂周围土层中常见分解石油的微 生物；
处理降解合成物质的产酶菌则往往能在污水 处理处获得；
3、菌种生产性能鉴定
❖ 生产性能鉴定主要通过初筛和复筛确定。 ❖ 初筛是从已分离出来的菌种中挑出能产生目
④调节基因（regulator gene）：
用于编码组成型调节蛋白的基因，一般远离 操纵子,但在原核生物中,可以位于操纵子旁边, 编码调节蛋白。
乳糖操纵子调控
A、无乳糖存在
调节 基因
R
阻遏蛋白 （有活性）
启 动 操纵 子 基因
PO
乳糖结构基因
LacZ
LacY Laca
基因关闭
B、有乳糖存在
调节 基因
①结构基因(structural genes)：
决定某一多肽的DNA模板，可根据其上的碱 基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过 核糖体转译出相应的酶
②启动子(promoter)： 能被RNA聚合酶所识别的碱基顺序，是RNA聚 合 酶的结合部位和转录起点。
③操纵子（operator）： 位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序， 是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结 合来决定结构基因的转录是否能进行
自然突变一般有两种原因
诱变育种
❖ 定义：
诱变育种是人为的利用物理化学等因素，使 诱变的细胞内遗传物质染色体或DNA的片段 发生缺失、易位、倒位、重复等畸变，或 DNA的某一碱基对发生改变 (又称点突变)， 从而使微生物的遗传物质DNA和RNA的化学 结构发生变化，引起微生物的遗传变异。
诱发突变的变异幅度远大于自然突变 。
标酶的菌株，要求检出方法快捷、简便 ❖ 初筛多选用平板培养透明圈法
❖ 特定酶产生菌的筛选方法主要是依靠 酶催化的反应性质、作用底物的特异 性、底物和产物的特性以及酶在细胞 中所处的位置进行设计。
❖ 细胞外的水解酶
1、溶解度——不溶性底物如淀粉、纤维素、酪素、 细胞壁等培养基中生长——透明圈大小
2、酸碱度——酸碱指示剂——变色圈大小和颜色
3、颜色——合成特定底物与酶反应变色——变色 深浅
❖ 复筛是在初筛的基础上筛选产酶量高，性能 更符合要求的菌株，要求测定方法准确可靠。
❖ 复筛多采用摇瓶培养的方法。将初筛出来的 菌种移入三角瓶振荡培养，对产物进行分析 检定，找出产酶量最高，性能符合要求的菌 株。
自然选育
❖ 定义： 不经人工处理，利用微生物的自然突变进行 菌种选育的过程称为自然选育。
分解代谢阻遏实例
源自文库
酶 α-淀粉酶
微生物
引起阻遏作用物质
嗜热脂肪芽孢杆菌 果糖
纤维素酶
绿色木霉
葡萄糖、甘油、纤维二糖
蛋白酶
巨大芽孢杆菌
淀粉葡萄糖苷酶 二孢内孢酶
葡萄糖 麦芽糖、葡萄糖、甘油
❖ 用甘油代替果糖培养嗜热脂肪芽孢杆菌，α淀粉酶产量可提高25倍。
❖ 采用甘露糖作为荧光假单胞杆菌培养基时， 纤维素酶的产量比用半乳糖作为培养基时要 高1500倍以上。