生物工程专业英语第五章翻译

第五章、酶和固定化细胞技术

微生物，特别是酵母菌，已使用了几千年生产啤酒，葡萄酒和其他发酵产品。然而，这是不到1878的实际组成部分的酵母细胞负责发酵为酶（来源于希腊语意味着它在年）。不到二十年后非生命的性质的酶是清楚地表明与无细胞提取物对酵母，能促进葡萄糖转化为乙醇。最后验证了酶是蛋白质仅在1926的纯化和结晶尿酶。

在接下来的几年里，与演化的新的学科生物化学，酶被证明是在所有活的生物体，并利用活细胞催化特定的化学反应。随后，酶已被证明是非常具体的作用，运作的高转换率，和温和的生理条件下运作低压力和温度，在水溶液中。虽然正常的酶的作用位点是细胞能排泄到环境中的酶来打破大的有机分子（蛋白质，脂肪，淀粉）（分泌）（胞外酶）有无数的例子，在活细胞的内部否则不能进入细胞，一些微生物的胞外酶生产的正常生长非常重要的是，它是从这个源酶首次投入商业利用。

5.1、商业作用的酶

所有产品的商业发酵过程的最终结果是酶活性在生产者有机体。可以孤立的酶替代生产生物在特定发酵？这是个常见的问题，但令人满意的成果很少被意识到实践。

使用整个生物体造成一定的缺点在发酵过程：

1、最佳条件可能不同的增长和产品的形成。

2.一个高比例的基板可以转化为生物量。

3.副反应可以发生；

4.转化率所需的产品可能是缓慢的；

5.所需的产品从发酵可能是困难的。

因此，使用分离和纯化酶最，如果不是全部，这些限制可以减少或克服的。最明显的优点是简单的处理，更大的可预测性的活动和改善特异性催化作用。然而，大多数发酵使用传统的整个生物体有可能持续到未来。

虽然超过2000酶已被分离出的微生物，植物和动物，少于20的使用规模上可以被视为重要的，无论是商品生产者或用户在行业或服务。目前主要的输出商业生产者关注的是相对简单的酶用于天然的形式主要是在食品及相关行业和洗涤剂制造（图.5.1）。大多数的水解酶，如淀粉酶，蛋白酶，纤维素酶，果胶酶，等等，和功能主要是作为添加剂或过程助剂中烘烤，乳制品，啤酒和果汁行业。与此相反的粗散装酶是一个迅速扩大的市场一定的高度纯化的酶，如葡萄糖异构酶和葡萄糖氧化酶。这些酶和许多其他的发现越来越多的应用在制药行业，在治疗应用在临床化学分析。

5.2酶来源

商业用酶是来自植物和动物组织, 和来自选育的微生物. 从植物中得到的酶包括蛋白酶, 淀粉酶, 脂氧合酶和一些特殊的酶. 从动物组织中的酶主要是胰腺的胰岛素和脂肪酶及制作奶酪的凝乳酶. 植物和动物原料会出现供应问题,由于季节变化, 低浓度和生产植物酶的高成本, 而;来自肉类工业副产品的动物酶,它的供应有限,并且会和其他的使用者竞争. 现在出现许多传统的源料都不足以满足现在的酶需求, 正在寻找为现有的和新的酶的微生物来源。

在实践中，微生物的酶是从一个相对有限的微生物和微生物，特别是，一个历史悠久的可接受性的食品和饮料生产商的首选。这是特别昂贵的制造商获得批准，立法机关使用的产品来自未经证实，微生物作为他们必须评估毒性和安全。出于这个原因，大多数工业微生物的酶是从很少超过11，真菌，细菌和酵母菌和84在实践生产商通常寻求新的酶在这一组（表 5.1）。除非更便宜的方法进行安全性测试可以发展将有相当大的限制的新产品开发微生物活动。

筛选方案，酶的生产是极其复杂，特别是种植方式被用来确定菌株的选择。它已经表明，某些菌株只会产生高效价在表面或固体培养，而其他菌株适合于深层培养或液体培养。因此，选择的技术必须与最终的商业化生产工艺。

5.3 酶生产

在选择菌体之后,生长必须在酶生产量最大化条件下进行. 胞外酶比胞内酶有一些特殊的优势,因为它们的产品不需要昂贵的细胞破碎技术; 胞外酶在液体培养基中以一种相对较纯的状态存在, 而胞内酶需要更为复杂的分离和纯化方法. 工业生产的酶大部分是胞外酶, 但是胞内酶在医学和工业中作为诊断酶起着越来越重要的作用.

选择的微生物应该很稳定和酶生产. 并且能够形成孢子, 能够在廉价的培养基上升长良好, 不产生有毒的底物, 并且没有抗生素活性.

现在工业酶生产主要依靠深层发酵或者是固体发酵方法.

由于微生物酶通常是小体积生产的, 所以很难从经济上证明深层培养生产所需的特殊发酵设备的发展是合理的. 通常, 所用的设备和抗生素生产所用的在设计上和功能是很相似. 一个典型的酶生产反应器是用不锈钢制成的, 带有机械搅拌和空气鼓泡器,容量大概是10-50m3. 这种生物反应器有嵌入式的灵活性, 可以很容易的转变成其他的生产模式.

通常保外酶是用持续30个到50个小时的分批发酵过程来生产的. 停止发酵的最

佳时间在产量最大化和酶活性最大化之间. 最佳时间是由原料成本, 工厂规模和恢复的难易决定的.

连续培养技术可以在实验规模上用于酶生产在实验, 但是几乎没有证据证明有任何生产商用这种方法. 分批培养方法常可以扩大, 通过连续的或分批添加碳水化合物或蛋白质可以提高酶产量.

现在还没有通用的酶动力学模型, 但是有可能研究特定酶的调控机制. 仅仅一小部分重要的商业酶是在指数期生产的, 大部分是在指数生长周期之后合成的, 有用的酶蛋白的产量大概是最初的培养基干底物的1%到5% , 典型的发酵中细胞产量可以是2%到10%

怎样调控生物反应器中的酶生产达到商业操控的最优势? 现在有很多方法可以克服可能限制目的酶产量的控制机制中任何一个问题. 在原则上有俩类, 操控遗传物质和操控微生物生长环境. 通常一起用这两种方法会出现最成功的结果.

微生物的遗传操控在第三章有讨论, 许多公认的已经应用于调控研究. 突变体的形成依然是工业应用最广的方法, 但是ＤＮＡ技术的应用范围会增加，特别是在非食品行业．

过程控制员可以通过选择合适的培养基组分或者培养参数来控制生长环境从而克服由调控机制引起的酶合成抑制，诱导物的添加可能会非常有效．应用最广的诱导物是非代谢底物的类似物．

酶合成的终产物的抑制我们可以通过以下的方法进行阻止：

（a）通过在培养基中添加抑制剂来限制终产品的积累

（b）确保终产品不出现在供应的培养基中

（c）选择一调节性的不会受终产品抑制的突变体

许多重要的工业酶都会受到代谢的抑制．实践上通过以下的方法可以避免代谢抑制：

（a）抵抗代谢抑制的突变体

（b）避免使用抑制性碳源

（c）通过生来抑制来去酶合成抑制，包括抑缓慢添加抑制性底物或者代谢类似物和底物的衍生物的缓慢利用．

在许多重要的此生代谢产物的工业生产中，产品形成通常是出现在在繁殖期．例如在快速生长的初期之后．这些现象第一次报道是出现在抗生素生产上．但是现在知道有很多相关的因子．启动次生代谢的因子不是很清楚, 但是它和细胞中特定