酶的生产
酶的来源介绍
酶的生产目前只宜直接从生物体中提取分离。 早期酶的生产多以动植物为主要原料，如激肽释放酶、菠萝蛋白酶、 木瓜蛋白酶。 近10年来，研究发展了动植物组织培养技术，但周期长、成本高。 工业生产一般都以微生物为主要来源。目前使用的千余种商品酶， 大多数是微生物生产的。
二、酶的来源
利用微生物生产酶制剂，其特点是： 1. 微生物种类繁多，凡是动植物体内存在的酶，几乎都年从微生物中
三、酶的产生菌
目前常用的产酶微生物：
1. E.coli ：是应用最广泛的产酶菌。分泌胞内酶，经细胞破碎分离得 到。在工业上用于生产谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半 乳糖苷酶。
2. 枯草杆菌：主要用于生产α-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、碱性磷酸酯 酶。
3. 啤酒酵母：丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶等。 4. 曲霉（黑曲霉和黄曲霉）：主要生产糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果 胶酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶。 5. 其他产酶菌：青霉菌、木霉菌、根霉菌、链霉菌等。
A-L-Ala A-D-Ala
储 罐
固定化 酶柱子
泵
离心机
反应产物 L-Ala A-D-Ala
晶体 L-Ala
消旋 反应器
三、酶的产生菌
生产菌的来源：
1. 菌种保藏机构和有关研究部门获得； 2. 大量要从自然界中分离筛选；自然界是产酶菌种的主要来源，土壤、 深海、温泉、火山、森林等都是菌种采集地。
筛选产酶菌的方法：采集、菌种的分离初筛、纯化、复筛和生产性能鉴 定等。
菌种改良的途径：应用遗传学原理进行基因突变、基因转移和基因克隆
得到； 2. 微生物生长繁殖快、生产周期短、产量过控制培养条件
来提高酶的产量； 4. 微生物具有较强的适应性和应变能力，通过各种遗传变异的手段，
酶的生产工艺
酶的生产工艺酶是一种生物催化剂，它在许多各行各业的应用中具有广泛的用途。
酶的生产工艺是指通过生物工程技术和发酵工艺来大规模生产酶的过程。
酶的生产工艺主要包括以下几个步骤：1. 酶基因的克隆和表达：首先需要从天然菌株或其他来源中获得酶的基因。
通过核酸技术，将酶基因从DNA中克隆并插入表达载体中。
然后将表达载体转化到宿主细胞中，使宿主细胞能够表达目标酶的基因。
2. 发酵培养：经过基因工程改造的细胞株能够在合适的培养条件下高效表达酶。
发酵培养是通过提供适宜的营养物质和环境条件来培养这些细胞的过程。
其中，培养基的选择、操作工艺的优化和控制等因素对酶的生产量和质量有重要影响。
3. 酶的提取和纯化：经过发酵培养后，酶可存在于细胞内、细胞外或培养液中。
提取和纯化酶的过程需要选择合适的方法，如加热处理、超声波溶解、离心、过滤、层析等。
目的是分离纯酶，并去除其他蛋白质、细胞碎片、有机物等杂质。
4. 酶的稳定化和保存：酶的稳定性对其储存和运输至关重要。
稳定化的方法包括添加保护剂、介质改良、冻干等。
此外，酶的保存过程中要注意严格的冷链管理，避免温度和湿度的变化。
5. 酶的应用：生产出的酶可用于各种行业，如食品加工、制药、酿酒、制革、纺织、洗涤剂等。
酶在这些行业中起到催化剂和增效剂的作用，提高生产效率，减少能源消耗，保护环境等。
总之，酶的生产工艺是通过基因工程技术和发酵工艺来实现大规模生产酶的过程，它涉及到酶基因的克隆和表达、发酵培养、酶的提取和纯化、稳定化和保存等多个步骤。
随着生物工程技术的不断发展，新的酶生产工艺也在不断涌现，为酶的生产提供了更多的选择和可能。
酶的生产和利用
酶的生产和利用一、微生物酶制剂的生产主要有以下步骤：1、目的酶生产菌株的分离筛选（1）从自然界分离筛选（2）用物理、化学因子处理诱变（3）用基因重组或细胞融合技术选育2、酶的生产（1）要选择好的培养方法，包括培养基组成配比、培养温度、pH 值、通气量等。
图:微生物在相当于三层楼高的发酵罐里生长繁殖，产生所需的酶（2）确定工业规模大量生产的一系列工程和工艺条件，以及培养罐的形式、大小、通气条件、温度和pH 值的控制等。
图：通过改变培养基类型、酸碱度、氧气浓度和温度，研究人员现了生产某种酶的微生物的最佳生长条件。
三、酶的提取、分离和纯化1、微生物酶制剂的工业提取步骤大致如下：如果是胞内酶，则首先要分离收集其菌体，使之破碎，将酶提取至液相中，此为出发酶液；如果是胞外酶，它的深层发酵液或固体培养物的抽提液则为出发酶液。
2、制取工业酶制剂的步骤：第一步——除去出发酶液中的悬浮固形物，获得澄清酶液，必要时再进行减压浓缩；第二步——根据质量要求和经济性采用适当方法（如用盐析法、有机溶剂沉淀法、丹宁沉淀法等）将酶沉淀分离；图：只有酶和水能通过转鼓式过滤机；培养基和微生物则被留在硅藻土上。
第三步——收集沉淀、干燥、研粉、加适当的稳定剂、填充剂、做成粉末制剂。
••酶粒是在大型连续运转的水平混合机内生产出来的。
提取的酶与盐、纤维素及其他成分混合形成0.5mm大小的粒状物。
然后用一种聚合体包裹，以防止酶尘在使用过程中可能引起的致敏危险。
图:用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。
3、其他方法对于质量要求高可提取液中共存有妨碍目的酶工艺效果的其他酶时，常用一些特殊纯化方法将目的酶与其他酶和杂蛋分开，再分别沉淀制取。
常用的方法有：（ 1 ）蛋白质选择性变性法（ 2 ）分级盐析法•有机溶剂分级沉淀法•等电点法•柱层析法•电泳法•亲和层析法四、酶的化学修饰技术1、金属离子置换修饰2、大分子结合修饰3、肽链有限水解修饰4、侧链修饰图：微生物的基因经修饰能够产生所需的酶五、固定化酶和固定化细胞固定化酶是通过物理或化学的处理，使水溶性酶和固态的水不溶支持物（载体）相结合或被载体包埋，但仍保留酶活力。
文档：酶的制备
酶的制备酶的制备主要有两种方法，即直接提取法和微生物发酵生产法。
早期酶制剂是以动植物作为原料，从中直接提取的。
由于动植物生长周期长，又受地理、气候和季节等因素的影响，因此原料的来源受到限制，不适于大规模的工业生产。
目前，人们正越来越多地转向以微生物作为酶制备的主要来源。
—、酶的微生物发酵生产法1.微生物发酵生产法的优点酶的品种齐全微生物种类繁多，目前已鉴定的微生物约有20万种，几乎自然界中存在的所有的酶，我们都可以在微生物中找到。
酶的产量高微生物生长繁殖快，生活周期短，因而酶的产量高。
许多细菌在合适条件下20min左右就可繁殖一代，为大量制备酶制剂提供了极大的便利。
生产成本低培养微生物的原料，大部分比较廉价，与从动、医学教育|网搜集整理植物体内制备酶相比要经济得多。
便于提高酶制品获得率由于微生物具有较强的适应性和应变能力，可以通过适应、诱变等方法培育出高产量的菌种。
另外，结合基因工程、细胞融合等现代化的生物技术手段，可以完全按照人类的需要使微生物产生出目的酶。
正是由于微生物发酵生产具有这些独特的优点，因此目前工业上得到的酶，绝大多数来自于微生物，如淀粉酶类的α一淀粉酶、β一淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及异淀粉酶等都是从微生物中生产的。
2.微生物发酵生产法中尚待解决的问题尽管微生物发酵法生产酶制剂存在上述优点，但仍存在一些问题需要解决。
消除毒性微生物发酵法生产的酶制品中会带人一些细菌自身的生理活性物质，这些生理活性物质往往对人体有害，因此进行毒性实验是必需的。
优良产酶菌种的筛选、培育目前，大多数工业微生物制酶生产采用的菌种较少，仅局限于11种真菌、8种细菌和4种酵母菌。
只有不断寻找更多的适用的产酶菌种，才可能使越来越多的酶采用微生物发酵法进行工业化生产。
3.微生物发酵生产法的条件控制微生物酶的发酵生产是在人为控制的条件下有目的迸行的，因此条件控制是决定酶制剂质量好坏的关键因素。
条件控制包括以下几个方面。
酶产品工艺流程
酶产品工艺流程
酶产品是一种广泛应用于工业生产中的高效催化剂。
酶产品可以通过提取、精制和纯化等工艺步骤进行制备。
下面将详细介绍酶产品的工艺流程。
首先是酶的提取步骤。
酶可以从多种来源中提取得到，如微生物、植物和动物等。
对于微生物来源的酶，可以通过培养微生物菌种，然后收集并离心获得菌体。
接着，通过破碎细胞壁、离子交换、凝胶过滤等操作，将酶从细胞中提取出来。
其次是酶的精制步骤。
在提取过程中，酶会伴随着其他杂质存在，需要通过精制步骤进行去除。
首先是固体分离，通过离心、滤网等操作将固体杂质去除。
然后是液体分离，通过超滤、溶液过滤等操作将液体杂质去除。
最后是浓缩和干燥，将酶溶液经过浓缩、喷雾干燥等工艺，得到酶的粗品。
最后是酶的纯化步骤。
粗品酶仍然存在一些不纯的成分，需要进行纯化以提高酶的纯度。
首先是蛋白质分离，通过离子交换、凝胶过滤等操作将酶与其他蛋白质分离。
然后是酶的活性测定与分析，通过比色法、荧光法等方法检测酶的活性。
接着是纯化酶，可以通过柱层析、电泳等操作去除其他杂质，提高酶的纯度。
最后是酶的活性修饰，通过酶的修饰剂，如金属离子、有机物等，来调节酶的活性和稳定性。
总之，酶产品的工艺流程主要包括提取、精制和纯化等步骤。
在整个工艺流程中，需要使用各种不同的设备和试剂来实现对
酶的提取和纯化。
通过这些步骤，可以得到高纯度和高活性的酶产品，用于各种工业生产中的催化反应。
酶的生产方法
酶的生产方法酶是一种生物催化剂，可用于促进生物化学反应，通常用于工业、医学和实验室应用。
酶的生产通常包括以下步骤：1.选择酶产生菌株：首先，需要选择一种合适的微生物或真菌菌株，它具有高产酶的潜力。
这些微生物通常是能够在适当的培养条件下产生所需酶的特定细菌、真菌或酵母。
2.培养发酵：选定的酶产生菌株需要在适当的培养基中进行发酵。
培养基通常包括碳源、氮源、盐类、微量元素和其他必需的营养物质。
发酵条件（如温度、pH、搅拌速度和通气）也需要控制，以最大程度地促进酶的生产。
3.酶的提取：一旦发酵完成，酶需要从发酵液或固体发酵物中提取出来。
提取过程通常涉及细胞破裂和分离酶。
这可以通过机械方法、超声波、压榨或其他方法来实现。
4.纯化：提取的酶通常需要经过一系列纯化步骤，以去除杂质并提高酶的纯度。
这些步骤可以包括离心、过滤、柱层析、电泳和其他分离技术。
5.酶的稳定和保存：一旦酶被纯化，它们需要进行稳定处理，以延长其寿命并保持其活性。
这可以包括冷冻、冷藏或冷冻干燥等方法，以防止酶的降解和失活。
6.酶的性能测试：生产的酶需要经过性能测试，以确保其满足所需的活性、稳定性和其他规格。
这通常涉及测定酶的酶活和底物特异性。
7.应用和销售：生产的酶可以用于各种应用，如食品加工、制药、生物燃料生产、洗涤剂制造等。
它们可以作为商业产品销售给客户，或用于内部工业生产。
酶的生产是一个复杂的过程，涉及多个步骤和技术，需要仔细控制和监测，以确保高质量的酶产品。
不同类型的酶可能需要不同的生产方法，因此具体的生产过程可能会有所不同。
酶的发酵生产
分解代谢物阻遏
定义：容易利用的基质（常为碳源）阻遏某些酶 （主要是诱导酶）生物合成的现象。
cAMP receptor protein
第四节 酶的发酵生产技术
一、微生物发酵产酶方式
1、固体培养 利用麸皮和米糠为主要原料，添加谷 壳，豆饼等，加水拌成半固体状态，供 微生物生长和产酶用。 浅盘法、转桶法、厚层通气法
含菌体较少，利于产品分离。 缺点：（1）不能强烈搅拌；（2）技术要求高，传质 传热效果差（氧气供给，温度控制。培养基成分的控 制）；理论研究阶段；（3）只适用于胞外酶的生产。
4、固定化原生质体发酵（80年代中期）
优点：（1）解除细胞壁扩散障碍，可使胞内物质分泌 到胞外，变革了胞内酶的生产工艺和技术路线；（2） 可使细胞胞间质中的物质，如碱性磷酸酶等变为胞外 产物；（3）稳定性良好，可反复或连续使用。 。缺点：（1）原生质体的制备比较复杂；（2）发酵培 养基中需维持较高的渗透压；（3）要防止细胞壁再生
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第二章 酶的发酵生产
Producting Enzyme by Fermention
第一节 酶的生产方法
一、酶的生产：指经过预先设计，通过人工操 作控制而获得所需的酶的过程。 二、酶的生产方法 1、提取法：最早采用的方法，现仍继续使用。 指采用各种提取、分离技术从动、植物或微 生物细胞或组织中将酶提取分离出来。 优缺点：方法简单，有时候需先培养含酶组织 或细胞而使工艺路线变得复杂，且产品杂质 多造成分离纯化困难。
பைடு நூலகம்
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源
纤维素酶 半纤维素 酶 里氏木霉、黑曲霉
木霉、曲霉、根霉
水洗布生产，饲料添加剂，消 化植物细胞壁 饲料添加剂，消化植物细胞壁， 低聚木糖生产
第三章酶的生产
2023年5月15日星期一
第三章 酶的生产制备
酶的生产方式
1.提取法: 植物、动物、微生物
2.化学合成法
生物合成法： 利用植物、动物、微生物细胞合成。 上个世纪50年代起利用微生物生产酶
。 1949年细菌发酵生产淀粉酶
上个世纪70年代以来利用植物细胞和 动物细胞培养技术生产酶。
木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶和木瓜 凝乳蛋白酶 人黑色素瘤细胞培养生 产血纤维蛋白溶酶原激活剂
34
2.生长偶联型中的特殊形式——中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生 长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。 特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
所对应的mRNA是不稳定的。
枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 35
3.部分生长偶联型（又称延续合成型）
酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入 平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。 特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。
所对应的mRNA相当稳定。
黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线 36
4. 非生长偶联型（又称滞后合成型）
只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并 大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。 特点：受分解代谢物的阻遏作用。
所对应的mRNA稳定性高。
黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 37
总结：影响酶生物合成模式的主要因素
②发酵代谢调节：理想诱导物的添加，解除 反馈阻遏和分解代谢物阻遏（难利用的碳 氮源的使用，补料发酵）。
③降低产酶温度。
二、细胞生长动力学
微生物细胞生长的动力学方程：
Monod方程：
S－限制性基质浓度； μm—最大比生长速率； Ks —Monod常数
发酵法生产酶的原理
发酵法生产酶的原理
发酵法生产酶的原理是利用微生物在特定条件下通过发酵过程生产酶。
发酵生产酶的一般步骤如下：
1. 选取适当的微生物：根据所需的酶的类型和性质，选择合适的微生物菌株。
2. 培养微生物种子菌：将选定的微生物菌株接种进含有适宜营养物质和适宜温度、pH值的培养基中，进行预培养。
3. 大规模培养：将预培养的微生物菌液接种进大规模的发酵罐中，提供足够的营养物质和良好的培养条件，如温度、pH值和氧气供应等。
4. 酶的产生和积累：在培养过程中，微生物菌株通过代谢产生有益酶的合成。
合成的酶可被菌体细胞外排出，也可积累在菌体内。
5. 分离和提取酶：发酵结束后，通过离心、过滤或其他分离方法，将菌体与培养液分离。
然后，从菌体或培养液中提取酶。
发酵法生产酶的原理是基于微生物的生物代谢能力。
微生物通过合适的营养物质和培养条件，利用糖类、脂肪和蛋白质等有机物进行代谢，产生酶作为催化剂。
这些酶能够在特定的温度、pH值和底物浓度等条件下，促进生物化学反应的进行，从而转化底物为所需的产物。
第三章酶的生物合成法生产
• 10）红曲霉
• 淀粉酶、糖化酶、蛋白酶
• 11）啤酒酵母
• 啤酒和酒类生产 • 转化酶、丙酮酸脱羧酶
• 12假丝酵母
• 脂肪酶、尿酸酶、转化酶、醇脱氢酶
2植物细胞
• 植物细胞培养主要用于:色素、药物、香精 和酶蛋白的生产 • 其中用于产酶的细胞 • 番木瓜细胞------木瓜蛋白酶 • 大蒜细胞----------超氧化物歧化酶 • 胡萝卜细胞-------糖苷酶
•解除反馈阻遏 选育结构类似物抗性突变株 •解除分解代谢物阻遏——选育抗分解代谢阻遏突变株
2. 基因工程育种
（二）条件控制 1. 添加诱导物
酶的底物类似物最有效。
2. 降低阻遏物浓度
除去终产物 产物阻遏 添加阻止产物形成的抑制剂 避免使用葡萄糖 分解代谢物阻遏 避免培养基过于丰富 添加一定量的cAMP
固定化原生质体技术
• 20世纪80年代发展 • 便于胞内酶的分离纯化
微生物酶的类型
1.胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、
纤维素酶、果胶酶），是微生物为了利用环境中的 大分子而释放到细胞外的，即使胞外浓度很高，胞 内也能维持较低水平，受到的调节控制少。 2.胞内酶：指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶， 酶活性和浓度受到中间产物和终产物的调控。
所需的 酶
分离纯化技术
酶的发酵液
第一节 细胞的选择
• • • • • • 用于酶生产的细胞必须具备条件： 1）酶的产量高； 2）容易培养和管理； 3）产酶稳定性好； 4）利于酶的分离纯化； 5）安全可靠，无毒性。
大多数酶采用微生物发酵生产，部分采用 植物细胞和动物细胞
1产酶微生物
• 利用微生物产酶优势：
4动物细胞培养基
酶的生产
酶的生产酶的生产是指经过预先设计，并且通过人工控制而获得所需要的酶的过程。
概括地说，酶的生产方法有提取法、发酵法和化学合成法三种。
提取法是最早采用并且一直沿用至今的一种方法。
提取法采用各种技术，直接从动植物或微生物的细胞或组织中将酶提取出来。
提取法虽简单易行，但必须要有充足的原材料，这就使提取法的广泛应用受到了限制。
但是，在动植物或微生物资源丰富的地区，提取法仍然具有应用价值。
例如，在屠宰厂，可从家畜胰脏中提取胰酶；在水果加工厂，可从菠萝皮中提取菠萝蛋白酶。
发酵法是20世纪50年代以来生产酶的主要方法。
发酵法主要通过微生物发酵来获得人们所需要的酶。
发酵法一般包括固体发酵、液体深层发酵、固定化细胞发酵和原生质体发酵等多种方式。
化学合成法是20世纪60年代末出现的一种生产酶的新技术。
1969年，美国科学家首次采用化学合成的方法获得了含有124个氨基酸的核糖核酸酶。
但是，化学合成法的成本比较高，并且只能合成那些已知化学结构的酶。
所以，化学合成法目前仍然停留在实验室内合成的阶段。
溶菌酶（Lysozyme ）是采用生物工程技术, 调节蛋白PH 值及用离子交换树脂吸附分离而得。
分子量为14307 ，是一种糖苷水解酶，可以溶解革兰氏阳性菌的细胞壁，对其有较强的杀灭作用，也可用于结晶蛋白溶菌酶制剂，防止食品变质，在食品保鲜（特别是奶酪、清酒生产）、医药（药片、胶囊、眼药水、润喉液）、日化（牙膏、化妆品）、婴儿食品（母乳化奶粉）及科学研究中有着广泛的应用。
中性蛋白酶是由枯草芽孢杆菌经发酵提取而得的，属于一种内切酶，可用于各种蛋白质水解处理。
在一定温度、PH 值下，本品能将大分子蛋白质水解为氨基酸等产物。
可广泛应用于动植物蛋白的水解，制取生产高级调味品和食品营养强化剂的HAP 和HVP ，此外还可用于皮革脱毛、软化、羊毛丝绸脱胶等加工。
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。
第三章 酶的发酵生产
五、温度的调节控制
1、温度对酶的发酵生产的影响
在发酵初期，细胞吸收营养物质合成自身物质和酶， 吸热反应，培养基中的营养物质被大量分解释放热 反应，但此时吸热反应大于放热反应，培养基需升 温；
当细胞繁殖迅速时，情况相反，需降温维持细胞生 产繁殖和产酶所需的最适的温度。
细胞（微生物）生产繁殖和产酶的最适温度随菌种 和酶的性质不同而异，并且生长繁殖和产酶的最适 温度往往不一致。 一般，细菌为37℃，霉菌和放线菌为28～30℃， 一些嗜温微生物需在40～50℃生长繁殖， 如：红曲霉的生长温度为35℃～37℃，而产糖化 酶的最适温度为37 ℃～40 ℃。
1、划线分离法
将样品制备适当的稀释液，用接种环蘸取样品 稀释液在培养基平板上分区划线分离，然后培养直 至单个菌落出现。
2、稀释分离法
五、菌株产酶性能鉴定
1、平板透明水解圈法
透明圈直径与产酶的关系： lg[E] / D=k· △[C] / lgt R/r·
其中：
[E] ：产酶浓度； D：菌体量； R：水解圈； r：菌落直径；△：琼脂厚度；[C] ：底物浓度； t：培养时间； k：常数。
（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。
4、滞后合成型
只有当细胞生长进入平衡期后，酶才开始合成并大 量积累。许多水解酶类属于此类。 它们在细胞对数期 不合成，可能是受 到分解代谢产物的 阻遏作用，当阻遏 解除后，酶开始合 成，其对应的 mRNA稳定性高。
酶的生产工艺设计
酶的生产工艺设计一、前处理在酶的生产工艺中，前处理是非常重要的一步。
首先需要对原料进行筛选和清洗，以确保原材料的纯度和质量。
其次，为了提高酶的产量和活性，需要对原料进行适当的预处理，如破碎、加热、浸泡等。
1. 原料筛选和清洗选择优质的原材料是保证酶生产工艺成功的关键。
因此，在开始生产之前，需要对原材料进行筛选和清洗。
首先将原材料进行分类，去除不符合要求的杂质和异物。
然后将原材料放入清洁水中浸泡一段时间，去除表面污物和细菌。
2. 原料预处理为了提高酶的产量和活性，需要对原材料进行适当的预处理。
例如，在生产纤维素酶时，可以通过破碎、加热、浸泡等方法使纤维素更易于分解。
二、发酵过程发酵是酶生产工艺中最重要的步骤之一。
在这个过程中，微生物将有机物转化为目标产品，并释放出大量的酶。
1. 菌种培养在发酵过程中，需要使用优质的菌种。
因此，在生产之前，需要将菌种进行培养和筛选。
首先将菌株接入培养基中，然后在恰当的温度、湿度和氧气条件下进行培养。
2. 发酵条件控制发酵过程中，需要控制一系列参数以确保最佳的生产效果。
这些参数包括温度、pH值、氧气含量和营养物质浓度等。
通过精确控制这些参数，可以提高酶的产量和活性。
3. 酶的提取和纯化在发酵过程中，微生物会释放出大量的酶。
为了提高酶的纯度和活性，需要对发酵液进行提取和纯化。
通常采用离心、超滤、柱层析等方法进行纯化。
三、后处理后处理是指对纯化后的酶进行干燥、包装等处理。
这个过程非常重要，它直接影响到酶产品的品质和稳定性。
1. 酶干燥干燥是将水分从酶中除去的过程。
通常采用喷雾干燥或真空干燥等方法进行干燥。
在干燥过程中，需要控制温度和湿度，以确保酶的活性和稳定性。
2. 酶包装在干燥后，需要对酶进行包装。
通常采用铝箔袋、塑料瓶等包装形式。
在包装过程中，需要注意保护酶的稳定性和活性。
四、质量控制质量控制是酶生产工艺中非常重要的一步。
通过严格的质量控制流程，可以确保产品的品质和稳定性。
酶的工厂化生产及应用
酶的工厂化生产及应用酶是生物催化剂，可以在相对温和的条件下促进化学反应的进行。
由于酶具有高效、专一、选择性强等优点，因此在工业生产和生物医药领域得到广泛应用。
在酶的工厂化生产方面，一般有三种主要方法：传统分离提纯方法、基因重组工程方法和代谢工程方法。
在传统分离提纯方法中，通常从天然来源（如动植物组织、微生物等）中分离和提纯酶。
这种方法的优点是成本低廉，但效率相对较低，并且无法满足工业化需求。
此外，酶提取时的条件和步骤也很重要，可以通过优化来提高酶的产量和纯度。
基因重组工程方法是目前酶生产的主要方式之一。
通过将目标酶基因插入到表达载体中，并在大肠杆菌、酵母、昆虫细胞等宿主中进行表达和产生目标酶。
这种方法可以通过基因工程的手段来改变酶的性质和产量，使其更加适应工业需要。
代谢工程方法是通过调控宿主菌的代谢途径和基因表达来增加酶的产率。
可以通过调节培养基成分和培养条件、改变培养菌株、构建代谢工程菌株等手段来提高酶的合成和产量。
酶在工业上有着广泛的应用。
其中在食品工业中，酶主要应用于面包、啤酒、果汁、酵母等食品的生产过程中。
例如，在制作面包时，可以使用有限水解蛋白酶（peptidase）和α-淀粉酶（amylase）来改善面团性质、增加面包的口感和延长面包的保存期限。
在纺织工业中，酶用于纺织品的柔软、担保和印染等加工过程中。
例如，淀粉酶可以用于去除棉织物表面的胶粘物质，使纺织品柔软和无毛刺；蛋白酶可以用于丝绸的加工，疏解丝素蛋白纯性，减小纤维的断裂强度，增加了丝绸的可染染性。
在生物制药领域中，酶可以用于合成抗生素、激素和疫苗等药物的生产过程中。
例如，腺苷酸合酶（adenylosuccinate synthase）和抗原酶（anhydrogalactokinase）用于合成一种重要的抗癌药物，这使得药物的生产更加高效和经济。
此外，酶还被广泛应用于环境保护和能源领域。
例如，酶可以用于生物柴油和生物乙醇的生产过程中，通过制造生物柴油和生物乙醇来减少对传统石油能源的依赖。
第二章_酶的生物合成法生产
Section 4 固定化微生物细胞发酵产酶
一、固定化微生物细胞发酵产酶的特点： 二、固定化微生物细胞发酵产酶的工艺条件控制： 三、固定化微生物细胞生长和产酶动力学：
Section 5 固定化微生物原生质体发酵产酶
一、固定化微生物原生质体的特点： 二、固定化微生物原生质体发酵产酶的工艺条件控制：
三、发酵工艺条件及其控制 1、细胞活化与扩大培养
2、培养基的配制： ①碳源: ②氮源: ③无机盐: ④生长因子等。 3、pH值的调节控制： 4、温度的调节控制： 5、溶解氧的调节控制：
四、提高酶产量的措施： 1、添加诱导物： ①酶的作用底物 ②酶的反应产物 ③酶的底物类似物： 2、控制阻遏物的浓度： 3、添加表面活性剂： 如：吐温(Tween)、特里顿(Triton)等， 4、添加产酶活性剂：
Chapter Two 酶的生物合成法生产
Section 1 基本概述 一、酶的生物合成法生产概念 1、酶的生物合成 2、酶的发酵生产 3、酶的生物合成法生产 二、优良的产酶细胞应具备的条件 1、酶的产量高； 2、易培养和管理； 3、产酶稳定性好； 4、利于分离纯化； 5、安全可靠等。
开始，而在细胞进入平衡期后，酶的合成也随之停止。
④滞后合成型：只有当细胞生长进人平衡以后，酶才
开始合成并大量积累。
2、细胞生长动力学：
在培养过程中，细胞生长速率与细胞浓度成正比：
式中: rX——细胞生长速率 X-----细胞浓度 μ——比生长速率
当培养物中只有一种限制性基质，而不 存在其它限制生长的因素时，μ为此限制性 基质浓度的函数，这就是Monod生长动力学 模型：
酶的生产 名词解释
酶的生产名词解释酶的生产是指酶在生物体内或通过工业化方法制备的过程。
酶是一种具有催化作用的蛋白质，能够加速化学反应的进行，降低反应活化能，促进生物体的代谢和生理功能。
一、酶的基本概念酶是生物催化剂，其分子结构与功能密切相关。
在生物体内，酶能够选择性地与底物结合，通过改变反应的活化能，使反应发生速率加快。
酶的催化作用具有高效、专一和可逆性等特点，使得生命活动得以顺利进行。
二、酶的结构与功能酶由氨基酸残基组成，具有特定的三维空间结构。
酶的结构与功能密切相关，其中最重要的是酶的活性中心。
活性中心是酶分子上能够与底物结合并发生催化反应的部分，它的形状和电荷分布能够与底物相互适应。
酶与底物结合后，形成酶底物复合物，通过酶的催化作用，底物被转化为产物。
三、酶的生物合成在生物体内，酶的合成通常是通过基因的转录和翻译过程进行的。
先以DNA 为模板，经过转录过程合成mRNA，将基因信息转移到mRNA上。
然后，mRNA 通过核糖体的翻译过程，将信息转化为氨基酸序列，合成蛋白质。
蛋白质进一步经过修饰和折叠，形成功能完整的酶分子。
酶的合成过程受到基因表达的调控，包括转录调控和翻译调控，确保酶在适当的时间和位置合成。
四、酶的工业生产除了生物体内产生的酶，酶也可以通过工业化方法进行大规模的制备。
工业生产的酶被广泛应用于食品、制药、农业等领域。
工业生产酶的常用方法包括微生物发酵法和重组DNA技术。
微生物发酵法是利用微生物代谢产生的酶，通过合适的培养基和发酵条件培养大量的酶。
重组DNA技术则是利用基因工程技术将酶基因导入到寄宿细胞中，通过寄宿细胞的表达合成酶。
五、酶的应用领域酶具有广泛的应用领域，在食品加工过程中，酶能够改善食品质量，提高产量和减少能源消耗。
例如，在面包制作中使用的面粉酶可以促进面团发酵，增加面包的体积和口感。
在制药领域，酶被用于药物的合成和代谢途径的研究。
此外，酶还被广泛应用于纺织、生物传感器、环境保护和能源生产等领域。
发酵工程应用实例 酶制剂生产
酶发酵生产的一般工艺流程图
[ 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}
（二）常用的产酶微生物
1、细菌
大肠杆菌
谷氨酸脱羧酶、天冬氨 酸酶、青霉素酰化酶、天冬 酰胺酶、β-半乳糖苷酶、 限制性核酸内切酶、DNA聚 合酶、DNA连接酶、核酸外 切酶等。
（2）过滤与膜分离
过滤是借助于过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术过程。 过滤介质多种多样，常用的有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金 属和各种高分子膜等，可以根据需要选用。
过
非膜过滤：采用高分子膜以外的物质作为过滤介质
滤
膜过滤：采用各种高分子膜为过滤介质
过滤的分类及其特性 ( ) 根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同
（2）酶作用底物的类似物；
（3）酶的反应产物；
（4）底物和底物类似物的前体物。 3、诱导物的浓度：必须控制在适当浓度。
（二）控制阻遏物的浓度
1、解除终产物阻遏的方法 降低培养基中酶作用产物的浓度； 添加终产物的类似物。
2、解除分解代谢产物阻遏的方法 控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源浓度，可采用其他较
1）机械破碎 2）物理破碎 3）化学破碎 4）酶解破碎
DY89-I型 电动玻璃匀浆机
高 压 细 胞 破 碎 机
细 胞 破 碎 珠
2、酶的提取
• 酶的提取是指在一定的条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分 溶解到溶剂或溶液中的过程。也称为酶的抽提。
• 酶提取时首先应根据酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂。一般说来，极性 物质易溶于极性溶剂中，非极性物质易溶于非极性的有机溶剂中，酸性物质易 溶于碱性溶剂中，碱性物质易溶于酸性溶剂中。
酶的生产
• 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。
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
顶目
试验动物
急性中毒
鼠、大白鼠
1、口服 4周
大白鼠
12个月
狗
2、致癌实验 24个月 两种啮齿类
食品酶制剂毒性实验
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 成成分。 氮源2种：
（1）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、 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。
（2N）H无4C机l、态N氮H：4N是O各3和种（含N氮H的4）无3机PO化4合等物。。如氨水、（NH4）SO4、
通过测定培养基中碳素和氮素的含量而得； 有时用所含碳源总量和氮源总量之比表示； 二者算法差异有时很大，用时要注意。
无机盐
主要是P、S、K、Mg、Ca、Na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。 细胞的组成元素 酶的组成元素 酶的激活剂调节酶活性 对pH、氧化还原电位、渗透压起调节作用
3、畸胚组织发生试验 24个月
4、生产菌病原性试验
两种啮齿类 四种动物
5、皮肤刺激性试验（肤、眼）兔子、人
6、抗原性
美国同意使用的食品用酶及生产菌种
菌种
黑曲霉（A.mger)
米曲霉(A.oryzae)
米根霉(Rh.oryzae) 雪白根霉(Rh.niveus) 紫红被包霉(Morterella vinaceae) 粟疫霉(Endothia parasitica) 微小毛霉(M.pusillus)
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限量
<40mg/kg <10mg/kg 3mg/kg 不准含有 <5 ×104 不准含有 不准含有 <100 不准含有 <30
∆
培养基成分
C源：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。
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：
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； 二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉质资源。 此外，目前研究以石油产品中12-16碳的成分等作碳源.如 以某些嗜石油菌生产蛋白酶、脂酶均已获得成功
产酶促进剂：
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。 大体上分为两种： 一是诱导物 二是表面活性剂。如吐温-20的浓度为0.1%时， 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； （2）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 乙二醇、聚乙烯醇衍生物、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 生物有害，同时表面活性剂还必须对人、畜无害。
S17，厨房空气中 分离S56，马铃薯 中分离
S114 AS1.357
蛋白酶 L-天门 冬酰胺 酶
目前工业用主要酶的生产菌来源
微生物类 别
菌 名
产生 的酶
葡萄 糖异 构酶 碱性 蛋白 酶 异淀 粉酶
用途
所用菌号分离筛 选来源
D-80,酸泡菜中 分离 209，河南省平 顶山制革晒生皮 场地的土壤中分 离
目前主要商品酶制剂及其来源
葡萄糖氧化酶 半纤维素酶 橙皮苷酶 菊粉酶 脂肪酶 黑曲霉、生机青霉、尼崎青霉 黑曲霉 黑曲霉 假丝酵母、曲霉属 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、 胰脏、山羊舌腺等
转化酶 溶菌酶
啤酒酵母、糖化酵母 鸡卵清
目前主要商品酶制剂及其来源
柚苷酶 果胶酶 黑曲霉、洋葱曲霉、米根霉、葡萄孢霉、 白腐梭霉、木盾壳霉 黑曲霉、米曲霉、蜜蜂曲霉、地衣牙孢 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、 菠萝、猪胰、猪胃膜 致热芽孢杆菌、产气气杆菌 里氏木霉 小牛胃、微小根霉、米赫根毛霉、蜡状 芽孢杆菌
细
菌
大肠杆菌 青霉素酰 制取新青霉素的母 AS1.76 化酶 核6-氨基青霉素 烷酸（6-APA） 枯草杆菌 蛋白酶 皮革脱毛，胶卷回 S1.398 收，酱油酿造
枯草杆菌 蛋白酶
酒精发酵，啤酒酿 JD32 造，葡萄糖生产， BF7658 洗涤剂，糊精制造， 纺织品脱胶，香料 加工等
目前工业用主要酶的生产菌来源
项目二 酶的生产
◈酶的生产方法 ※提取分离法：直接从动植物或微生物内利用化学 等手段提取酶。 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。 ※生物合成法：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 活动产生人们所需要的酶的过程，称为酶的发酵法 生产。
（以麸皮、米糠等为主要原料），先拌入适当水或加入含有 Zn2+、Fe2+、Co2+、Mg2+等微量元素的水溶液，以蒸气灭菌 后凉至30℃左右，拌入种曲后，装入盘或帘子上，摊成薄层 （厚约1cm左右），在培养室内一定温度和湿度（RH90-100%） 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 取。这种固体培养物称为“麸曲”。在培养过程中，由于呼 吸发热需进行“扣盘”，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。50×65cm，高5cm，每盘可装 麸曲1kg。用于α-淀粉酶、蛋白酶、乳糖酶、木霉的纤维素 霉、黑曲霉的果胶酶等。
※化学合成法：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 连接起来而获得所需酶的技术过程。
酶的生物合成法生产
1 2 3
微生物发酵产酶
植物细胞培养产酶 动物细胞培养产酶
微生物发酵产酶
1 2 3 4
细胞的选择
培养基的配制
发酵方法的选择
产酶工艺条件及其调节控制
提高酶产量的措施 案例分析
•
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 细菌、放线菌、酵母菌、霉菌（见表）.
目前主要商品酶制剂及其来源
酶制剂
а-淀粉酶 β -淀粉酶 过氧化氢酶
来
源
黑曲霉、米曲霉、地衣芽孢杆菌、解 淀粉芽孢杆菌、麦芽、猪胰 黑曲霉、小麦、山芋、蜡状芽孢杆菌、 变株等芽孢杆 生机青霉、溶壁小球菌、牛肝、辣根
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。
∆
发酵方法
☞按照微生物培养基形态
1.固体法酶的生产：将微生物菌种接种在固体培养基上
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 色链霉菌、白色链霉菌、鼠灰色链霉菌、 锈赤色链霉菌
目前工业用主要酶的生产菌来源
微生物 类别 细 菌 菌 名 产生 的酶 用途 所用菌号分离筛 选来源
枯草杆 菌
枯草杆 菌 大肠杆 菌
淀粉酶
纺织部门脱 浆、酒精厂 淀液化
生丝脱胶 治疗白血病
(St.olivochromogenes) 橄榄色链霉菌(St.olivaceus)
葡萄糖异构酶
美国同意使用的食品用酶及生产菌种
菌 种 酶
葡萄糖异构酶 а-淀粉酶、蛋白酶 树枝状黄杆菌(Flavobcaterium arborescens) 枯草杆菌(B.licheni formis)
地衣芽孢杆菌(B.licheni formis) 凝结芽孢杆菌(B.coagulans) 环状二形节杆菌(A.globi formis) 蜡状芽孢杆菌(B.cereus) 溶壁微球菌(M.lysodeikticus) 动植物
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 成成分。 氮源2种： （1）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、 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。 （2）无机态氮：是各种含氮的无机化合物。如氨水、（NH4）SO4、 NH4Cl、NH4NO3和（NH4）3PO4等。
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
顶目
急性中毒 1、口服 4周 12个月 2、致癌实验 24个月
试验动物
鼠、大白鼠 大白鼠 狗 两种啮齿类
食品酶制剂毒性实验
3、畸胚组织发生试验 24个月 4、生产菌病原性试验 两种啮齿类 四种动物
5、皮肤刺激性试验（肤、眼）兔子、人
6、抗原性
美国同意使用的食品用酶及生产菌种
土褐曲霉 蛋白酶
目前工业用主要酶的生产菌来源
微生物 类别
菌 名
产生 的酶
用途
所用菌号分离 筛选来源
酵母
解脂假丝 脂肪 酵母 酶 转化微白 蛋白 色放线菌 酶
放线 菌
绢丝原料脱脂， 洗涤剂，医药， 乳品增香 皮革脱毛
AS2.1203, 绢纺废物中 得到 166
产酶菌种要求
★
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 体无关; – 能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量 高； – 菌种不易变异退化，不易感染噬菌体； – 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 业上还应考虑安全性问题。
N源：
不同细胞对氮源有不同的要求，一般情况：
动物细胞要求氨基酸、蛋白胨等有机氮源； 植物细胞主要使用铵盐、硝酸盐等无机氮源。 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。
N源：
使用无机氮源时，铵盐和硝酸盐的比例对细胞生 长代谢有显著影响。
C/N比：
普鲁蓝酶 木聚糖酶 凝乳酶
目前主要商品酶制剂及其来 源
纤维素酶 右旋糖苷酶 а-半乳糖苷酶 木霉（主要是里氏木霉）、绳状木霉 淡紫青霉、绳状青霉、毛壳霉 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
β -葡聚糖酶
糖化酶
黑曲霉、曲霉属、枯草杆菌、青霉
黑曲霉、米曲霉、泡盛曲霉、根霉
葡萄糖异构酶
糖化酶 蜜二糖酶 凝乳酶 凝乳酶
parasitica) 微小毛霉(M.pusillus)
美国同意使用的食品用酶及生产菌种
菌 种 酶
凝乳酶、脂肪酶、酯酶 转化酶 乳糖酶
葡萄糖异构酶 葡萄糖异构酶 葡萄糖异构酶
米赫毛霉(M.miehei) 面包酵母(S.cerevisia)
克氏乳酸杆菌 (Klnyveyomyces lactis) 链霉菌(St.rubiginosus) 米苏里游动放线菌 (A.missourensis) 橄榄色产色链霉菌
а-淀粉酶 葡萄糖异构酶 葡萄糖异构酶 凝乳酶 过氧化氢酶
菠萝蛋白酶、木瓜蛋 白酶、无花果蛋白酶、 胃蛋白酶、过氧化氢 酶、溶菌酶、淀粉酶
酶制剂的安全检查
项目
重金属 铅 砷 黄曲霉毒素 活数计（菌数/g) 大肠杆菌（个/g) 绿脓杆菌(个/g) 霉菌（个/g） 沙门氏菌（个/g） 大肠杆菌样菌（个/g)
目前工业用主要酶的生产菌来源
微生物 类别 菌 名 产生 的酶 用途 所用菌号分离筛选 来源 AS3.8666酒曲中 分离
霉 菌
日本根霉 淀粉葡萄 制葡萄糖 糖苷酶 红曲霉 黑曲霉
AS3.976 葡萄糖淀 制葡萄糖 粉酶 酸性蛋白 毛皮软化，啤 AS3.350 酶 酒澄清，医药， 羊皮染色 制蛋白胨，皮 革脱毛，毛皮 软化 AS3.374