微生物发酵产酶 ppt课件
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第二章 微生物发酵产酶
曲霉、欧文氏菌 啤酒酵母、假丝酵母
水勇果于加工开，始果，汁、才果能酒找澄到清，成麻类纤维脱胶
功的路
制造转化糖
凝乳酶
米赫毛霉、大肠杆菌和真菌生产的重组酶 制造乳酪
脂肪酶 葡萄糖氧化酶 葡萄糖异构酶 青霉素酰化酶
曲霉、根霉、酵母等 青霉、曲霉 凝结芽胞杆菌，白色链霉菌 细菌、霉菌、放线菌
加酶洗涤剂，油脂加工，生物化工 食品去氧、除葡萄糖，测定葡萄糖 生产果葡糖浆 制造6-氨基青霉烷酸
第三节 发酵工艺条件及控制
工艺流程
原生质体 固定化原生质体
培养基
保藏细胞 细胞活化 扩大培养
发酵 分离纯化
酶
固定化细胞
预培养 无菌空气
一、细胞活化与扩大培养
1、生产菌种的来源
（1）购买或筛选
向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。 中国工业微生物菌种保藏中心（CICC）； 中国典型培养物保藏中心（CCTCC，又称武大保藏中心）
一、产酶菌种的要求
1、发酵周期短，产量高； 2、容易培养和管理； 3、产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染； 4、利于酶的分离纯化； 5、安全可靠，无毒性。（非致病菌）。
二、产酶微生物
菌种是发酵生产酶的重要条件。已经在自然界中 发现的酶有数千种，目前投入工业发酵生产的酶约有 50～60种。它们的生产菌种十分广泛，包括细菌、放 线菌、酵母菌、霉菌。
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源
酶
α-淀粉酶
葡萄糖淀粉酶 中性蛋白酶 碱性蛋白酶
植酸酶
产酶微生物 枯草芽胞杆菌， 地衣芽胞 杆菌， 米曲霉
米曲霉，黑曲霉，米根霉 枯草芽胞杆菌，米曲霉
地衣芽胞杆菌 黑曲霉，毕赤酵母工程菌株
25.1 发酵技术（课件ppt）
发酵用到的酵母菌、霉菌、乳酸菌等微生物的繁殖需要有 机物、水分和适宜的温度等外界条件
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？
第二章 (酶工程)微生物发酵产酶ppt课件
分解代谢物阻遏现象：
实验：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先 利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，产生 了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次 生长现象”(diauxie或biphasic growth）。
这一现象又称葡萄糖效应， 产生的原因是由于葡萄糖降解 物阻遏了分解乳糖酶系的合成。 此调节基因的产物是环腺苷酸 受体蛋白（CRP）,亦称降解物 基因活化蛋白（CAP）。
腺苷酸 环化酶 cAMP
抑制
CAP：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）
5'-AMP
磷酸二酯 酶 激活
分解代 谢产物
三、提高酶产量的策略
（一）菌种选育（一劳永逸） 1.诱变育种
(1) 使诱导型变为组成型——选育组成型突变株
(2)使阻遏型变为去阻遏型
C R P c A M P 复 合 物
C R P + c A M P
cAMP-CRP复合物的作用示意图
操纵基因（Operater gene）:
位于启动基因和结构基因之间的一段碱基 顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋 白结合，操纵酶合成的时机与速度。
结构基因（Structural gene）:
决定某一多肽的DNA模板，与酶有各自 的对应关系，其中的遗传信息可转录为 mRNA，再翻译为蛋白质。
阻遏蛋白
蛋白质
诱导剂
调节基因(regulator gene)：
可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) （一种变构蛋白），通过与效应物 (effector) （包括诱导物和辅阻遏物）的特异结合 而发生变构作用，从而改变它与操纵基因的结合力。 调节基因常位于调控区的上游。
第二章 微生物发酵产酶
细胞发酵产酶的最适温度与最适生长温度有所 不同，而且往往低于最适生长温度，这是由于在较 低的温度条件下，可提高酶的稳定性，延长细胞产 酶时间。
在细胞生长和发酵产酶过程中，由于细胞的新 陈代谢作用，不断放出热量，会使培养基的温度升 高，同时，热量不断扩散和散失，又会使培养基温 度降低，两者综合，决定了培养基的温度． 温度控制的方法一般采用热水升温，冷水降温， 故此在发酵罐中，均设计有足够传热面积的热交换 装置，如排管、蛇管、夹套、喷淋管等。
8、 毛霉（Mucor）
毛霉的菌丝体在基质上或基质内广泛蔓延，菌 丝体上直接生出孢子囊梗，分枝较小或单生，孢子 囊梗顶端有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常带有针 状的草酸钙结晶。
毛霉用于生产蛋白酶、糖化酶、α—淀粉酶、脂 肪酶、果胶酶、凝乳酶等。
9、 链霉菌（Streptomyces）
链霉菌是生产葡萄糖异构酶的主要菌株，还可以用于生 产青霉素酰化酶、纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、 几丁质酶等。此外，链霉菌还含有丰富的16α羟化酶，可 用于甾体转化。
3．无机盐
无机盐的主要作用是提供细胞生命活动不可缺少 的无机元素，并对培养基的pH值、氧化还原电位 和渗透压起调节作用。 主要元素有：磷、硫、钾、钠、镁、钙等。 微量元素有：铜、锰、锌、钼、钴、碘等。 微量元素是细胞生命活动不可缺少的，但 需要量很少，过量反而会引起不良效果， 必须严加控制
4．生长因素（酵母膏、玉米浆、麦芽糖）
4、 提高酶产量的措施
–除了选育优良的产酶细胞，保证发酵工艺条 件并根据需要和变化情况及时加以调节控制 以外，还可以来取某些行之有效的措施，诸 如添加诱导物，控制阻遏物浓度，添加表面 活性剂或其他产酶促进剂等。
• 1）添加诱导物
– 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添 加适当的诱导物，可使产酶量显著提高。
酶工程第二章微生物发酵产酶
贵州茅台；山西汾酒；四川泸州老窖特曲酒；陕西西 凤酒；四川五粮液；四川全兴大曲酒；安徽古井贡酒； 贵州遵义董酒；郎酒；剑南春。
精品医学ppt
6
精品医学ppt
7
参与白酒生产中的微生物
1.霉菌
白酒生产常见的霉菌菌种：曲霉、根霉、念珠霉、青
霉、链孢霉等。
2.酵母菌
常见的酵母菌菌种：酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母
采用固态配醅发酵，发酵物料的含水量较低，常 控制在55%～65%；
在较低温度下边糖化边发酵，保证酶和酵母的活 性，有利于香味物质的形成和累积；
多种微生物混合发酵，保证有益微生物正常生长 繁殖和发酵代谢；
固态甑桶蒸馏提取成品酒。大曲酒酿造分为清渣 法和续渣法两种。
精品医学ppt
22
精品医学ppt
精品医学ppt
10
大曲分类（按微生物来源）
传统大曲，菌种来源于大自然。 强化大曲，人工接入某些特殊菌种，使大曲在
糖化力、发酵力或产香方面更加突出。 纯种大曲，采用多菌纯种培养大曲，该大曲出
酒率高，是今后发展方向。
精品医学ppt
11
大曲分类（按制曲温度分）
高温大曲，培养制曲的最高温度在60℃以上，酱 香型和部分浓香型大曲酒，采用此大曲。
用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某 些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。 例如：葡萄糖阻遏 – 半乳糖苷酶的生物合成。
精品医学ppt
30
转录水平的调节——操纵子学说
转录水平的调节机制 2、酶生物合成的诱导作用 加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行
的现象，成为酶生物合成的诱导作用，简称为 诱导作用。 如：乳糖诱导分解乳糖相关酶的产生。
第二章 微生物发酵产酶
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6
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7
参与白酒生产中的微生物
1.霉菌
白酒生产常见的霉菌菌种：曲霉、根霉、念珠霉、青
霉、链孢霉等。
2.酵母菌
常见的酵母菌菌种：酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母
采用固态配醅发酵，发酵物料的含水量较低，常 控制在55%～65%；
在较低温度下边糖化边发酵，保证酶和酵母的活 性，有利于香味物质的形成和累积；
多种微生物混合发酵，保证有益微生物正常生长 繁殖和发酵代谢；
固态甑桶蒸馏提取成品酒。大曲酒酿造分为清渣 法和续渣法两种。
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精品医学ppt
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10
大曲分类（按微生物来源）
传统大曲，菌种来源于大自然。 强化大曲，人工接入某些特殊菌种，使大曲在
糖化力、发酵力或产香方面更加突出。 纯种大曲，采用多菌纯种培养大曲，该大曲出
酒率高，是今后发展方向。
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11
大曲分类（按制曲温度分）
高温大曲，培养制曲的最高温度在60℃以上，酱 香型和部分浓香型大曲酒，采用此大曲。
用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某 些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。 例如：葡萄糖阻遏 – 半乳糖苷酶的生物合成。
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转录水平的调节——操纵子学说
转录水平的调节机制 2、酶生物合成的诱导作用 加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行
的现象，成为酶生物合成的诱导作用，简称为 诱导作用。 如：乳糖诱导分解乳糖相关酶的产生。
第二章 微生物发酵产酶
《发酵工程原理》课件
04
发酵工程应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵原理
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖类物质转 化为乙醇和二氧化碳的过程，广泛应用于 酒精饮料、生物能源等领域。
酒精发酵主要基于酵母菌的厌氧代谢，通 过糖酵解途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧 化碳。
酒精发酵工艺
酒精发酵的应用
酒精发酵工艺包括原料选择、糖化、发酵 、蒸馏和精馏等步骤，每个步骤都有严格 的操作要求。
生物农药的应用
生物农药广泛应用于农业、林 业等领域，可有效防治病虫害 ，提高农产品质量和产量。
05
发酵工程的前景与挑战
新型生物反应器的研发与应用
总结词
新型生物反应器是发酵工程的重要发 展方向，能够提高发酵效率和产物质 量。
详细描述
新型生物反应器采用先进的材料和设 计，优化了发酵过程中的氧气和营养 物质传递，减少了染菌风险，提高了 产物浓度和收率。
发酵工程通过控制微生物的生长和代谢过程，生产出包括食品、饮料、饲料、医 药品、化学品和农业用化学品等在内的各种有用物质。它具有高度洁净的生产环 境，能够实现高效转化和大规模生产，是现代生物技术的重要组成部分。
发酵工程的发展历程
总结词
发酵工程经历了自然发酵、纯培养技术、通气发酵、 酶工程和基因工程等阶段，发展至今已成为一门高度 综合性的生物工程技术。
02
微生物发酵过程
微生物发酵的类型
厌氧发酵
在无氧条件下，利用厌氧菌进行发酵，产生 乙醇、乳酸等。
兼性厌氧发酵
在有氧和无氧条件下都能进行发酵，产生酒 精、酵母等。
好氧发酵
在有氧条件下，利用好氧菌进行发酵，产生 丙酮、丁醇等。
混合发酵
同时利用多种微生物进行发酵，产生多种代 谢产物。
第三章第一节酶生物合成的调节PPT课件
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3’ mRNA
密码(codon)与反密码(anticodon) 的碱基配对
.
31
蛋白质合成的几个要素-核糖体，ribosome
• 核糖体（或称核糖核蛋白体）由蛋白质和rRNA组成。 是存在于细胞质内的微小颗粒。
.
32
The ribosome composition of
.
Few example
2
一、提取分离法
• 酶的提取：在一定的条件下，用适当的溶剂处理 含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程。
• 主要提取方法：
– 盐溶液提取
– 酸溶液提取
– 碱溶液提取
– 有机溶剂提取等
注意选择适当 的溶剂！！！
.
3
• 优点：提取方法简单方便 • 缺点：
– 必须先获得含酶组织或细胞 – 受气候环境影响 – 若培养细胞则工艺路线变复杂 – 产品含杂质较多，分离纯化较困难
.
4
适用范围
• 在动植物资源丰富的地区 • 从动物胰脏中提取各种胰蛋白酶，小肠中
提取碱性磷酸酶
.
5
二、生物合成法（发酵法）
• 利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的 生命活动而获得人们所需酶的技术。
依细胞 种类不同
微生物 植物细胞 动物细胞
发酵产酶 培养产酶 培养产酶
.
6
• 酶的发酵生产：经过预先设计，通过
60年代中期，在操纵子中还发现了另一个开关基因，称为启动基因。启
动基因位于操纵基因之前，二者紧密相邻。启动基因由环腺苷酸（cAMP）启 动，而环腺苷酸能被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖便通过抑制环腺苷酸而间 接抑制启动基因，使结构基因失活，停止合成半乳糖苷酶。
微生物发酵产酶
Back
抗体酶 （abzyme）
是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。
抗体酶制备的理论依据： 1948年， Pauling提出的过渡态理论； 1975年，Kohler和 Milstein发明的单克隆抗体制备技术； 1986年，Lerner和Schultz 分别获得具有催化活性的抗体酶。此 后，不少抗体酶被制备出来。
本章小结
1. 不是所有的微生物都能用于发酵产酶；
2. 微生物生长有4个时期，微生物培养产酶有4种方式，可根据 蛋白质生物合成理论、操纵子理论调节控制；
3. 影响微生物生长的环境因素有：培养基的组成、pH、温度、 溶解氧，精心调节，效益增加；
4. 固定化微生物发酵产酶是在传统方式上的一种新尝试，优点 很多。
一、酶生物合成的模式 二、细胞生长动力学 三、产酶动力学
酶生物合成的模式
细胞生长过程（4个阶段）： 调整期、生长期、平衡期、衰退期。
酶生物合成模式（4种）： P60图2－9 ➢ 同步合成型 ➢ 延续合成型 ➢ 中期合成型 ➢ 滞后合成型 结论：最理想的合成模式是延续合成型。
第五节 固定化微生物细胞发酵产酶 第六节 固定化微生物原生质体发酵产酶
P53
调节pH值的必要性: 培养基的pH值与细胞的生长、繁殖以及 发酵产酶关系密切。
pH值变化的原因：
细胞的生长和代谢产物的积累；
细胞特性；
培养基的组成成分；
P54
发酵工艺条件。
调节pH值常用的的方法：
改变培养基的组分或其比例； 使用缓冲液； 通过流加适宜的酸、碱溶液到培养 基中。
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产生一种阻遏 决定酶的合成
蛋白，由多个 是否开始，有
亚基组成。 两个位点：一
抗体酶 （abzyme）
是一种具有催化功能的抗体分子，在其可变区赋予了酶的属性。
抗体酶制备的理论依据： 1948年， Pauling提出的过渡态理论； 1975年，Kohler和 Milstein发明的单克隆抗体制备技术； 1986年，Lerner和Schultz 分别获得具有催化活性的抗体酶。此 后，不少抗体酶被制备出来。
本章小结
1. 不是所有的微生物都能用于发酵产酶；
2. 微生物生长有4个时期，微生物培养产酶有4种方式，可根据 蛋白质生物合成理论、操纵子理论调节控制；
3. 影响微生物生长的环境因素有：培养基的组成、pH、温度、 溶解氧，精心调节，效益增加；
4. 固定化微生物发酵产酶是在传统方式上的一种新尝试，优点 很多。
一、酶生物合成的模式 二、细胞生长动力学 三、产酶动力学
酶生物合成的模式
细胞生长过程（4个阶段）： 调整期、生长期、平衡期、衰退期。
酶生物合成模式（4种）： P60图2－9 ➢ 同步合成型 ➢ 延续合成型 ➢ 中期合成型 ➢ 滞后合成型 结论：最理想的合成模式是延续合成型。
第五节 固定化微生物细胞发酵产酶 第六节 固定化微生物原生质体发酵产酶
P53
调节pH值的必要性: 培养基的pH值与细胞的生长、繁殖以及 发酵产酶关系密切。
pH值变化的原因：
细胞的生长和代谢产物的积累；
细胞特性；
培养基的组成成分；
P54
发酵工艺条件。
调节pH值常用的的方法：
改变培养基的组分或其比例； 使用缓冲液； 通过流加适宜的酸、碱溶液到培养 基中。
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产生一种阻遏 决定酶的合成
蛋白，由多个 是否开始，有
亚基组成。 两个位点：一
酶工程--酶的微生物发酵生产 ppt课件
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
种子罐培养 培养基 发酵罐
分离纯化 酶
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。
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。
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受 到阻遏的现象。
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：
第二节 酶生物合成的基本理论
一、酶生物合成的过程
DNA
转录
RNA
《酶工程》课件-微生物发酵产酶
05
微生物发酵产酶存在问题与挑战
产量问题
微生物发酵产酶产量低
由于微生物发酵过程中受到多种因素 的影响，如营养物质的供应、发酵条 件、微生物菌种等，导致酶的产量较 低。
发酵周期长
微生物发酵产酶通常需要较长的发酵 周期，这增加了生产成本和时间成本。
稳定性问题
酶稳定性差
许多酶在发酵过程中容易受到温度、pH值、金属离子等因素的影响，导致酶的稳定性降低。
04
微生物发酵产酶应用实例
工业应用
洗涤剂制造
微生物发酵产生的酶可用于制造 洗涤剂，如蛋白酶用于去除蛋白 质污渍，淀粉酶用于去除淀粉污
渍。
纺织工业
利用微生物发酵产生的酶处理纺织 品，可以改善其质地、手感和外观， 如纤维素酶用于棉织物的生物抛光。
造纸工业
通过微生物发酵产酶技术，可以改 进造纸工艺，提高纸张质量和降低 环境污染，如木聚糖酶用于纸浆漂 白。
过程优化与控制
通过人工智能技术，对微生物发酵产酶过程进行建模和优化，提高 目标酶的产量和质量。
个性化定制酶
结合人工智能和基因工程技术，实现个性化定制酶的合成，满足不 同领域的需求。
THANKS
感谢观看
《酶工程》课件-微生物发酵 产酶
• 微生物发酵产酶概述 • 微生物发酵产酶原理与过程 • 微生物发酵产酶技术与方法
• 微生物发酵产酶应用实例 • 微生物发酵产酶存在问题与挑战 • 未来发展趋势与展望
01
微生物发酵产酶概述
酶工程简介
酶工程定义
酶工程是生物工程的重要组成部分，是利用酶或者微生物细胞、动植物细胞、 细胞器等具有的生物催化功能，借助工程手段来生产有用物质、设计改造酶或 者生产细胞、器官乃至整个生物体的一门科学技术。
酶工程_02-微生物发酵产酶
阻遏物（repressor）
一般是酶催化反应的产物或
B. 有阻遏物 … R P O S1 S2 …
代谢途径的末端产物
阻遏物 +
阻遏物
阻遏蛋白 O基因
Enzyme Engineering
酶生物合成的模式（重点）
微生物细胞生长曲线（四阶段）
延迟期（调整期） 生长期（对数生长期） 平衡期 衰退期
酶是蛋白质 ——
微生物发酵产酶
如何获得蛋白？—— 蛋白生物合成
从基因到蛋白质：遗传信息的传递 ——
复制
中心法则
Active Enzyme
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译 ？
Protein
折叠
要生物合成一个酶，首先应知道这个酶对应的基因 生成的多肽链必须经过正确的加工修饰，并正确折叠，
才能生成有活性的酶
微生物发酵产酶
Cell amount
酶的生物合成模式（四类）
—— 根据酶产生与细胞生长的关系
同步合成型 延续合成型 中期合成型 滞后合成型
0
A
B Time
C
D
Enzyme Engineering
酶生物合成的模式
酶生物合成的四种模式
酶生物合成的调节
微生物发酵产酶
—— 转录水平
调节模式 1：分解代谢物阻遏作用
某些物质（容易利用的碳源）经过分解代谢产生的物质阻遏了某
些诱导酶生物合成的现象
连锁效应
实质 —— 解决 ——
cAMP 通过启动基因调控酶的合成 添加 cAMP，控制易用碳源的用量
Enzyme Engineering
操纵子 ——
一般是酶催化反应的产物或
B. 有阻遏物 … R P O S1 S2 …
代谢途径的末端产物
阻遏物 +
阻遏物
阻遏蛋白 O基因
Enzyme Engineering
酶生物合成的模式（重点）
微生物细胞生长曲线（四阶段）
延迟期（调整期） 生长期（对数生长期） 平衡期 衰退期
酶是蛋白质 ——
微生物发酵产酶
如何获得蛋白？—— 蛋白生物合成
从基因到蛋白质：遗传信息的传递 ——
复制
中心法则
Active Enzyme
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译 ？
Protein
折叠
要生物合成一个酶，首先应知道这个酶对应的基因 生成的多肽链必须经过正确的加工修饰，并正确折叠，
才能生成有活性的酶
微生物发酵产酶
Cell amount
酶的生物合成模式（四类）
—— 根据酶产生与细胞生长的关系
同步合成型 延续合成型 中期合成型 滞后合成型
0
A
B Time
C
D
Enzyme Engineering
酶生物合成的模式
酶生物合成的四种模式
酶生物合成的调节
微生物发酵产酶
—— 转录水平
调节模式 1：分解代谢物阻遏作用
某些物质（容易利用的碳源）经过分解代谢产生的物质阻遏了某
些诱导酶生物合成的现象
连锁效应
实质 —— 解决 ——
cAMP 通过启动基因调控酶的合成 添加 cAMP，控制易用碳源的用量
Enzyme Engineering
操纵子 ——
《发酵技术》PPT精品课件
①米饭表面的绒毛是霉菌的菌丝 ②酿制米酒的时间拖长，米酒的甜度会降 低，酒味变浓。
例题3. 面酱主要用__米__曲__霉_进行发酵。豆豉主要 用____米__曲_、霉_____、毛_霉_____等黑进根行霉发酵。在发酵 过程中要加入适量的食盐水，一方面是 __抑__制__腐__败__微__生__物的活动，另一方面使产品咸味适 口。
第25章 生物技术
第1节 发酵技术
我国是卓立于世界的文明古国， 是酒的故乡，中华民族五千年历史 长河中，酒和酒文化一直占据着重 要地位。你知道酒是如何酿制的吗？
学习目标
1.发酵技术在食品制作中的作用 2.尝试制作米酒、酸奶、面酱等食品 3.介绍沼气发酵原理以及工业化的发酵产品
一、发酵食品
以动植物产品为原料，通过微生物的发酵作用， 可以生产出人112）
1.药酒对酿制米酒起什么作用？为什么 要与米饭混合均匀？
①药酒中含有曲霉、毛霉、酵母菌等多种微生物，以 米饭为原料进行酒精发酵。
②均匀混合是目的：使药酒中的微生物更充分地利用 米饭，加快发酵的速度。
思考讨论（P112）
2.米饭表面的绒毛是什么？如果酿制米酒 的时间拖长，味道会发生变化吗？
3.制作酸奶的步骤可分为几个步骤？
①器具和原料的高温灭菌 ②冷却接种乳酸菌 ③乳酸菌发酵
例题2. 酿酒时所用的酒药含有曲霉、毛霉、
酵母菌等多种微生物，在发酵过程中曲霉和毛 霉把淀粉转化为__葡__萄__糖_；在没有氧气的条件下， 酵母菌把______葡转萄化糖为________酒__精。、CO2
酿一瓶醇香浓郁的米酒
面包
酸奶
酱油
我国早在几千年前就能通 过发酵来酿酒、制酱和制醋。
酵醋 母酸 菌菌
乳 酸 菌
例题3. 面酱主要用__米__曲__霉_进行发酵。豆豉主要 用____米__曲_、霉_____、毛_霉_____等黑进根行霉发酵。在发酵 过程中要加入适量的食盐水，一方面是 __抑__制__腐__败__微__生__物的活动，另一方面使产品咸味适 口。
第25章 生物技术
第1节 发酵技术
我国是卓立于世界的文明古国， 是酒的故乡，中华民族五千年历史 长河中，酒和酒文化一直占据着重 要地位。你知道酒是如何酿制的吗？
学习目标
1.发酵技术在食品制作中的作用 2.尝试制作米酒、酸奶、面酱等食品 3.介绍沼气发酵原理以及工业化的发酵产品
一、发酵食品
以动植物产品为原料，通过微生物的发酵作用， 可以生产出人112）
1.药酒对酿制米酒起什么作用？为什么 要与米饭混合均匀？
①药酒中含有曲霉、毛霉、酵母菌等多种微生物，以 米饭为原料进行酒精发酵。
②均匀混合是目的：使药酒中的微生物更充分地利用 米饭，加快发酵的速度。
思考讨论（P112）
2.米饭表面的绒毛是什么？如果酿制米酒 的时间拖长，味道会发生变化吗？
3.制作酸奶的步骤可分为几个步骤？
①器具和原料的高温灭菌 ②冷却接种乳酸菌 ③乳酸菌发酵
例题2. 酿酒时所用的酒药含有曲霉、毛霉、
酵母菌等多种微生物，在发酵过程中曲霉和毛 霉把淀粉转化为__葡__萄__糖_；在没有氧气的条件下， 酵母菌把______葡转萄化糖为________酒__精。、CO2
酿一瓶醇香浓郁的米酒
面包
酸奶
酱油
我国早在几千年前就能通 过发酵来酿酒、制酱和制醋。
酵醋 母酸 菌菌
乳 酸 菌
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微生物发酵
v 提取分离法
血液中提取SOD；木瓜中提取木瓜蛋白酶；动物胰脏中提取胰 蛋白酶。来源：器官、组织、细胞。
受到生物资源、地理环境、气候条件的影响。
生物合成法
微生物发酵产酶；（枯草芽孢杆菌生产淀粉酶、蛋白酶、磷 酸酶；曲霉产糖化酶等）
植物细胞培养产酶；动物细胞培养产酶。
(lacA) 。
1. 大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内上述三 种酶基本不合成；
2. 大肠杆菌生长在以乳糖为唯一碳源培养基上时，三种 酶都大量合成，达到细胞总蛋白量的6%~7%左右；
3. 当再次换回葡萄糖培养基时，三种酶又基本消失；
经济性原则：有需要，才合成！！
ppt课件
11
理论支撑
乳糖操纵子（Jocob & Monod,1960）
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
微生物发酵产酶
定义：利用微生物的生命活动，获得所需的酶 的技术过程。
利用微生物产酶主要原因：
• 微生物种类繁多，分布广泛。可以根据不同的需求从环境
中筛选出相应的微生物。
• 繁殖迅速、代谢能力强。短时间内可获取大量细胞和酶类。
ppt课件
5
章节内容
一、酶生物合成调节理论 二、产酶微生物 三、酶的发酵工艺条件及控制 四、酶生产过程的动力学
ppt课件
6
一、酶生物合成调节理论
生物体对千变万化的环境采取的一种适应性策略。 遵循节约、经济、实用的原则。
• 组成型酶（Constitutive enzyme）：生物细胞中 合成的酶的量比较恒定，这些酶的合成速率变化不大。 • 调节型酶（Regulated enzyme）：生物细胞中合成 的酶的含量变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影 响。
在没有-半乳糖苷酶(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY) 的情况下，细胞怎样进行乳糖的吸收利用？？
正常情况下，细胞会本底产生极少量(1~5 个)β- 半乳糖苷酶和透过酶。用于监测环境中是 否存在乳糖，监测到便可将乳糖生成别乳糖进 行诱导作用，而打开结构基因的表达。
ppt课件
14
与分解代谢相关的酶常采用这种调节模式， 目的就是避免浪费。比如半乳糖操纵子、阿拉伯 糖操纵子等。
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
ppt课件
9
1. 酶合成的诱导作用
加入某些物质，能够使酶的生物合成开始或 者加速进行的现象称之为酶的诱导作用。
乳糖操纵子理论（Jocob & Monod,1960）
ppt课件
10
实验现象：
已知与分解利用乳糖相关的酶类有：-半乳糖苷酶 (lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY)和-半乳糖乙酰化酶
v 化学合成法
成本昂贵，效果不好。一般只用于实验室研究
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
细胞内分解葡萄糖的酶类属于组成酶，当同时 存在葡萄糖和乳糖时，细胞能够优先分解葡萄糖， 其中产生了阻碍乳糖操纵子转录的因子，这种阻遏 因子与cAMP-CAP的结合有关。
ppt课件
20
ATP
AMP
cAMP
葡萄糖效应模型
只要外界存在葡萄糖， 细胞会优先并迅速分解葡 萄糖产生大量ATP；
• AMP的浓度ATP产生因 此降低，使体内cAMP转化 为AMP，进而降低cAMP 浓度；
在原核生物细胞中，多数基因是按照功能相
regulator
promoter operator
关性而组成基因群共同存在。单个基因群在同一
操纵体系下进行表达和调节。
Structual gene
对基因表达进行统一控制的完整单元称为操 纵子。一个操纵子包括结构基因、调节基因、操 纵基因和启动基因等。
ppt课件
12
乳糖操纵子模型
• 无乳糖存在的情况下，
阻遏蛋白与操纵基因结合，阻 碍RNA聚合酶与启动基因的正 常结合，转录关闭。
• 乳糖存在的情况下，
乳糖在β- 半乳糖苷酶的作用 下生成别乳糖，与阻遏蛋白结 合改变其结构，使之从操纵基 因上解离；RNA聚合酶与启动 基因结合，开启转录。
ppt课件
13
在乳糖操纵子中，除阻遏状态（乳糖诱导） 与阻遏状态下（无乳糖诱导）的β- 半乳糖苷酶 的酶产量比例约为1000 : 1。
在相关酶的生产中可以考虑加入酶的诱导物， 从而提高酶产量。
ppt课件
15
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
ppt课件
16
2. 分解代谢物的阻遏作用
指一些物质经过分解代谢产生的物质会阻遏 某些酶生物合成的现象；
当培养基中含有多种能源物质（比如同时存 在葡萄糖和乳糖）时，微生物首先利用易于分解 利用的能源物质（葡萄糖），而这种首先被利用 的物质的分解可以阻碍微生物对另外一种能源物 质的利用。
其中，cAMP 是环腺苷酸，CAP是称为cAMP受体蛋白， 当CAP与cAMP结合为复合物后结合到CAP-cAMP结合位点， 激活启动基因，使RNA 聚合酶在启动子处能解开DNA双链。
ppt课件
19
所以乳糖结构基因要表达，除了RNA聚合酶能 够结合在启动子上，还需要cAMP-CAP在结合位点 上的结合。
了解生物体的合成调节模式，有利于在酶 的生产采取相应的措施以提高酶产量。
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7
调节酶生物合成的方式主要有：
转录水平的调节 转录产物的加工调节 翻译水平的调节 翻译产物的加工调节 酶降解的调节
转录水平的调节是原核生物最常用也最实用的一种调 节方式。直接在源头决定产物是否表达。
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8
生物体采用何种调节模式都存在一定的生物学意义
葡萄糖效应（二次生长现象）
ppt课件
17
实验现象：
二次生长现象
• 细菌在只有葡萄糖的培养基中生长的时候， 可以利用葡萄糖。
• 细菌在以乳糖为单一碳源的培养基中生长的 时候，可以利用乳糖。
• 细菌在葡萄糖和乳糖培养基中生长的时候， 只利用葡萄糖，而不利用乳糖！
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理论支撑
葡萄糖效应理论
乳糖操纵子的启动基因内，除RNA聚合酶结合位点外， 还有一个称为CAP-cAMP复合物的结合位点。
v 提取分离法
血液中提取SOD；木瓜中提取木瓜蛋白酶；动物胰脏中提取胰 蛋白酶。来源：器官、组织、细胞。
受到生物资源、地理环境、气候条件的影响。
生物合成法
微生物发酵产酶；（枯草芽孢杆菌生产淀粉酶、蛋白酶、磷 酸酶；曲霉产糖化酶等）
植物细胞培养产酶；动物细胞培养产酶。
(lacA) 。
1. 大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内上述三 种酶基本不合成；
2. 大肠杆菌生长在以乳糖为唯一碳源培养基上时，三种 酶都大量合成，达到细胞总蛋白量的6%~7%左右；
3. 当再次换回葡萄糖培养基时，三种酶又基本消失；
经济性原则：有需要，才合成！！
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11
理论支撑
乳糖操纵子（Jocob & Monod,1960）
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
微生物发酵产酶
定义：利用微生物的生命活动，获得所需的酶 的技术过程。
利用微生物产酶主要原因：
• 微生物种类繁多，分布广泛。可以根据不同的需求从环境
中筛选出相应的微生物。
• 繁殖迅速、代谢能力强。短时间内可获取大量细胞和酶类。
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5
章节内容
一、酶生物合成调节理论 二、产酶微生物 三、酶的发酵工艺条件及控制 四、酶生产过程的动力学
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6
一、酶生物合成调节理论
生物体对千变万化的环境采取的一种适应性策略。 遵循节约、经济、实用的原则。
• 组成型酶（Constitutive enzyme）：生物细胞中 合成的酶的量比较恒定，这些酶的合成速率变化不大。 • 调节型酶（Regulated enzyme）：生物细胞中合成 的酶的含量变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影 响。
在没有-半乳糖苷酶(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY) 的情况下，细胞怎样进行乳糖的吸收利用？？
正常情况下，细胞会本底产生极少量(1~5 个)β- 半乳糖苷酶和透过酶。用于监测环境中是 否存在乳糖，监测到便可将乳糖生成别乳糖进 行诱导作用，而打开结构基因的表达。
ppt课件
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与分解代谢相关的酶常采用这种调节模式， 目的就是避免浪费。比如半乳糖操纵子、阿拉伯 糖操纵子等。
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
ppt课件
9
1. 酶合成的诱导作用
加入某些物质，能够使酶的生物合成开始或 者加速进行的现象称之为酶的诱导作用。
乳糖操纵子理论（Jocob & Monod,1960）
ppt课件
10
实验现象：
已知与分解利用乳糖相关的酶类有：-半乳糖苷酶 (lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY)和-半乳糖乙酰化酶
v 化学合成法
成本昂贵，效果不好。一般只用于实验室研究
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
细胞内分解葡萄糖的酶类属于组成酶，当同时 存在葡萄糖和乳糖时，细胞能够优先分解葡萄糖， 其中产生了阻碍乳糖操纵子转录的因子，这种阻遏 因子与cAMP-CAP的结合有关。
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20
ATP
AMP
cAMP
葡萄糖效应模型
只要外界存在葡萄糖， 细胞会优先并迅速分解葡 萄糖产生大量ATP；
• AMP的浓度ATP产生因 此降低，使体内cAMP转化 为AMP，进而降低cAMP 浓度；
在原核生物细胞中，多数基因是按照功能相
regulator
promoter operator
关性而组成基因群共同存在。单个基因群在同一
操纵体系下进行表达和调节。
Structual gene
对基因表达进行统一控制的完整单元称为操 纵子。一个操纵子包括结构基因、调节基因、操 纵基因和启动基因等。
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12
乳糖操纵子模型
• 无乳糖存在的情况下，
阻遏蛋白与操纵基因结合，阻 碍RNA聚合酶与启动基因的正 常结合，转录关闭。
• 乳糖存在的情况下，
乳糖在β- 半乳糖苷酶的作用 下生成别乳糖，与阻遏蛋白结 合改变其结构，使之从操纵基 因上解离；RNA聚合酶与启动 基因结合，开启转录。
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13
在乳糖操纵子中，除阻遏状态（乳糖诱导） 与阻遏状态下（无乳糖诱导）的β- 半乳糖苷酶 的酶产量比例约为1000 : 1。
在相关酶的生产中可以考虑加入酶的诱导物， 从而提高酶产量。
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15
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
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16
2. 分解代谢物的阻遏作用
指一些物质经过分解代谢产生的物质会阻遏 某些酶生物合成的现象；
当培养基中含有多种能源物质（比如同时存 在葡萄糖和乳糖）时，微生物首先利用易于分解 利用的能源物质（葡萄糖），而这种首先被利用 的物质的分解可以阻碍微生物对另外一种能源物 质的利用。
其中，cAMP 是环腺苷酸，CAP是称为cAMP受体蛋白， 当CAP与cAMP结合为复合物后结合到CAP-cAMP结合位点， 激活启动基因，使RNA 聚合酶在启动子处能解开DNA双链。
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19
所以乳糖结构基因要表达，除了RNA聚合酶能 够结合在启动子上，还需要cAMP-CAP在结合位点 上的结合。
了解生物体的合成调节模式，有利于在酶 的生产采取相应的措施以提高酶产量。
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7
调节酶生物合成的方式主要有：
转录水平的调节 转录产物的加工调节 翻译水平的调节 翻译产物的加工调节 酶降解的调节
转录水平的调节是原核生物最常用也最实用的一种调 节方式。直接在源头决定产物是否表达。
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8
生物体采用何种调节模式都存在一定的生物学意义
葡萄糖效应（二次生长现象）
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17
实验现象：
二次生长现象
• 细菌在只有葡萄糖的培养基中生长的时候， 可以利用葡萄糖。
• 细菌在以乳糖为单一碳源的培养基中生长的 时候，可以利用乳糖。
• 细菌在葡萄糖和乳糖培养基中生长的时候， 只利用葡萄糖，而不利用乳糖！
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18
理论支撑
葡萄糖效应理论
乳糖操纵子的启动基因内，除RNA聚合酶结合位点外， 还有一个称为CAP-cAMP复合物的结合位点。