第19讲 微生物酶的发酵生产

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酶工程微生物发酵产酶课件

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• 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 —— cAMP 通过启动基因调控酶的合成
微生物发酵产酶
• 酶生物合成的调节 A. 无诱导物
—— 转录水平
…R P
O
S1 S2

– 调节模式 2:诱导作 阻遏蛋白

B. 添加诱导物
• 加入某些物质(诱
• 酶生物合成的过程
– 肽链的合成 —— 翻译
• 以mRNA为模板,以氨基酸为底物,在核糖体上通过 各种tRNA、酶和辅助因子,合成多肽链的过程
• 氨基酸活化生成氨酰-tRNA • 肽链合成起始
微生物发酵产酶
• 酶生物合成的过程
– 肽链的合成 —— 翻 译
• 肽链延伸
• 肽链合成的终止
• 肽链翻译后加工
时间
细胞浓度 酶浓度
微生物发酵产酶
• 酶生物合成的模式
– 延续合成型

• 酶的合成伴随着细胞的生长
而开始,生长进入平衡期 后
/

酶 浓
,酶还能延续合成 一段时间 度
• 此类酶的合成可被诱导物所
诱导,一般不受分解代谢物 阻遏
• 此类酶所对应的 mRNA 稳定 性好
• 举例:黑曲霉培养生产聚半
时间
细胞浓度 酶浓度
时间
滞后合成型
时间
微生物发酵产酶
• 酶生物合成的模式
– 同步合成型


/
• 酶的生物合成与细胞生长同 酶
步进行(生长偶联 型)


• 大部分组成酶属于此类
• 此类酶的合成可由其诱导物
诱导生成,不受分解代谢物 阻遏和反馈阻遏作用

微生物发酵产酶

微生物发酵产酶
以mRNA为模板,合成一定结构的多肽链的过程(翻译),就 是将mRNA分子中的核苷酸排列顺序转变成蛋白质分子中 的氨基酸排列顺序。
蛋白质合成的几个要素-遗传密码,nucleotide triplet codon
mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组成的三联体代表某种 氨基酸或其它信息,称为密码子或三联密码。
(3) 某些RNA具有生物催化活性,属于核酸类酶,在一定条件下,可 以催化有关的生化反应。
(4) 各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作用。
转录过程的特点
1、转录的不对称性:在RNA的合成中,DNA的二条链中仅有 一条链可作为转录的模板,称为转录的不对称性。
反义链 antisense strand(无意义链,负链):在RNA的转录中, 用作模板的DNA链称为反义链。 有义链 coding strand(编码链,正链):在RNA的转录中,不 作为模板的DNA链称为有义链。
本世纪三十年代,H.Karstrom在对糖代谢过程中的某些酶 的合成进行研究时提出:诱导酶与组成酶
酶合成诱导的现象—Jacob and Monod的工作: 已知分解利用乳糖的酶有:b-半乳糖苷酶; b-半乳糖苷透过酶;
硫代半乳糖苷转乙酰酶。 实验:
1.大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时,细胞内无上述三种酶合成; 2.大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时,细胞内有上述三种 酶合成;当换成葡萄糖培养基时,三种酶基本消失; 3.表明菌体生物合成的经济原则:需要时才合成。
进 位
成肽 转 位
合成终止
高效率的蛋白 质合成体系
蛋白质的折叠
蛋白质的空间结构如何形成? 功能与结构如何统一? 体外、体内的结构如何变化?
蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要 越来越多的基因工程产物需要复性复活, 要求蛋白质折叠

微生物酶的高效发酵制备技术研究

微生物酶的高效发酵制备技术研究

微生物酶的高效发酵制备技术研究微生物酶是一种重要的生物催化剂。

它可以参与许多生物过程并产生许多有用的合成产物。

因此,微生物酶在医学、食品、化学等领域具有广泛的应用前景。

然而,微生物酶的高效发酵制备一直是生物技术研究的难点之一。

本文将重点探讨微生物酶的高效发酵制备技术研究。

一、介绍微生物酶微生物酶是一类由微生物合成的酶。

它们具有高催化效率、高选择性、反应条件温和等优点。

目前,微生物酶已经广泛应用于许多领域中,如纳米材料合成、生物染料合成、食品添加剂、生物能源等。

但由于微生物酶是在微生物体内产生的,因此其制备麻烦,且酶的活性易受到生长条件、生长环境等因素的影响,导致酶的酶效降低。

二、发酵制备微生物酶的难题微生物酶的高效发酵制备一直是生物技术研究的难点之一。

传统的微生物酶生产方法主要采用液体发酵和固体发酵两种方式。

液体发酵适合于生产水溶性微生物酶,但其复杂流程、高耗能和低废液利用率,使其难以实现低成本和高产率。

固体发酵则适合于生产各种不溶于水的微生物酶。

但其过程中产生的废弃物难以处理,且较难实现自动化控制和大规模生产。

三、高效发酵制备技术的研究方向随着生物技术的发展,人们对微生物酶的高效发酵制备技术进行了大量的研究。

目前,研究方向主要聚焦于以下几个方面:1、发酵介质的优化发酵介质是微生物酶高效发酵制备过程中最重要的环节之一。

合适的发酵介质可以提高微生物酶产量和酶效。

同时,微生物酶对发酵介质的组成、pH、温度等因素敏感。

因此,优化发酵介质就成为了一种提高微生物酶产量和酶效的重要手段。

2、发酵条件的控制发酵条件的控制是微生物酶高效发酵制备的关键环节。

微生物酶在不同的pH、温度和氧气含量等条件下,产量和酶效都有所变化。

因此,控制发酵条件可以提高微生物酶的产量和酶效。

3、活性测定和酶效提高高效发酵制备的另一个重要方面是活性测定和酶效提高。

活性测定可以定量测定微生物酶的活性,从而了解微生物酶的产量和酶效。

酶效提高则是通过改进生产工艺、改变发酵条件和介质等手段,提高微生物酶的酶效,从而提高酶的产量。

发酵工程微生物酶制剂生产工艺

发酵工程微生物酶制剂生产工艺

2) 液体培养法 液体培养法的优点是:占地少、生产量大、适合机械
化作业、发酵条件容易控制、不易污染,还可大大减 轻劳动强度。其培养方法有分批培养、流加培养和连 续培养三种,其中前两种培养法广为应用,后者因污 染和变异等关键性技术问题尚未解决,应用受到限制。
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。
茯苓、橡子、石蒜等淀粉质原料。
➢ 不同的细胞对各种碳源的利用差异很大,所以在配制培养 基时应根据不同细胞的不同要求而选择合适的碳源。
➢ 另外,选择碳源除考虑营养要求外,还要考虑酶生物合成 的诱导作用和是否存在分解代谢物阻遏作用。尽量
选用具有诱导作用的碳源,尽量不用或少用有分解代谢物 阻遏作用的碳源。 ➢ 例如,α-淀粉酶的发酵生产中,应该选用有诱导作用的淀 粉作为碳源,而不用对该酶有分解代谢物阻遏作用的果糖 作为碳源。
• 合成与生长同步进行。对数生长期酶大量产生, 平衡期合成停止。又称生长偶联型。
如:米曲霉合成单宁酶。 特点:生物合成可被诱导,不受分解代谢物阻遏 和反应产物阻遏。该酶所对应的mRNA很不稳定。
2、延续合成型
• 酶的合成伴随细胞生长而开始,但进入生长 平衡期后酶可继续合成。
如:黑曲霉合成聚半乳糖醛酸酶
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源产酶微生物用途淀粉酶枯草芽胞杆菌地衣芽胞杆菌米曲霉淀粉液化织物退浆消化助剂加酶洗涤剂葡萄糖淀粉制造葡萄糖发酵酿酒等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黑曲霉毕赤酵母工程菌株饲料添加剂纤维素酶里氏木霉黑曲霉水洗布生产饲料添加剂消化植物细胞壁半纤维素酶木霉曲霉根霉饲料添加剂消化植物细胞葡聚糖酶枯草芽胞杆菌黑曲霉啤酒酿造饲料添加剂异淀粉酶产气克雷伯氏菌芽孢杆菌淀粉加工乳糖酶乳酸酵母米曲霉黑曲霉米根霉乳品工业处理牛乳和乳清果胶酶曲霉欧文氏菌水果加工果汁果酒澄清麻类纤维脱胶工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源转化酶啤酒酵母假丝酵母制造转化糖凝乳酶米赫毛霉大肠杆菌真菌生产的重组酶制造乳酪脂肪酶曲霉根霉酵母等加酶洗涤剂油脂加工生物化工葡萄糖氧化酶青霉曲霉食品去氧除葡萄糖测定葡萄糖葡萄糖异构酶凝结芽胞杆菌白色链霉菌生产果葡糖浆青霉素酰化酶细菌霉菌放线菌制造6氨基青霉烷酸工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源2生产种子的制备生产种子

微生物发酵产酶

微生物发酵产酶

醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、转化酶等
31
微生物发酵产酶

酶发酵生产常用的微生物 —— 酵母

假丝酵母属(Candida)

细胞呈圆形、卵形或长形,出芽成假菌丝 不产色素,在麦芽汁琼脂培养基上菌落乳白色或奶油色 产酶品种

脂肪酶、尿酸酶、转化酶、醇脱氢酶等 产17-羟化酶,用于载体转化 具烷类代谢的酶系,可利用石油为碳源

-淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、酯酶等
23
微生物发酵产酶

酶发酵生产常用的微生物 —— 霉菌

青霉属(Penicillium)


属半知菌纲,也有的列入子囊菌纲 腐生真菌,存在于空气中及腐烂的物质表面 常用的工业发酵微生物,广泛用于有机酸、干酪和抗生 素的生产 主要菌种和酶的种类


产黄青霉(Penicillium chrysogenum) 葡萄糖氧化酶、纤维素酶、果胶酶、青霉素酰化酶等 橘青霉(Penicillium citrinum) 脂肪酶、葡萄糖氧化酶、5’-磷酸二酯酶、核酸酶等
保藏菌种 细胞活化 扩大培养 种子罐培养 主发酵罐发酵 产品分离纯化 成品(酶制剂)
Chapter 2
微生物发酵产酶
1
酶的生产:指通过各 种方法获得人们所需 的酶的技术过程
酶的生产方法
提取分离法 (Extraction)
生物合成 (Biosynthesis)
化学合成 (chemicalsynthesis)
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:


能产生多种胞外酶 主要酶品种

酶的发酵生产精品PPT课件

酶的发酵生产精品PPT课件
乳糖操纵子由三个结构基因(lacZ 、 lacY和 lacA)、操纵基因Olac、启动基因Plac、和调节 lacY,编码β -半乳糖苷透性酶 lacA,编码硫代半乳糖苷乙酰转移酶 Olac ,它位于启动子5`端的-5至+21之间。该
位点可被乳糖阻抑蛋白相结合。 lacI ,它是一个独立的调节基因,编码乳糖阻
3、分解代谢物阻遏作用 葡萄糖效应 葡萄糖阻遏ß-半乳糖苷酶的生物合成;
葡萄糖效应
o 当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长 时,通常优先利用葡萄糖,而不利用乳糖。 只有当葡萄糖耗净后,细菌经过一段停滞期, 不久在乳糖的诱导下β-半乳糖苷酶开始合成, 细菌才能充分利用乳糖。这种现象过去称为 葡萄糖效应。后来了解到这是由于葡萄糖降 解物引起的,因此又称为降解物阻遏 (catabolite repression)。受降解物阻 遏的酶类包括代谢乳糖、半乳糖、阿拉伯糖、 麦芽糖等的操纵子。
操纵子模型(operon model):是原核生物基
因表达的调节机制。大肠杆菌乳糖操纵子是第一个 被子发现的操纵子(Monod和Jacob,1961)
操纵子及调节基因示意图
酶合成调节的类型: 诱导和阻遏 1、酶合成的诱导 乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的合成 淀粉诱导a-淀粉酶的合成
①乳糖操纵子的结构
E.coli能利用乳糖作为碳源,而利用乳糖作为碳 源的酶只有当乳糖成为唯一碳源时才被合成。
翻译:以mRNA为模板,以氨基酸为底物, 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。
四个阶段 1、氨基酸活化生成氨酰-tRNA 2、肽链合成的起始 3、肽链的延伸 4、肽链合成的终止
肽链的终止,释放和修饰
• 终止密码子 • 释放因子 • 肽链的修饰

酶工程微生物发酵产酶

酶工程微生物发酵产酶

2、控制阻遏物浓度 微生物酶的生产受到代谢末端产物的阻遏和分解代谢物阻遏的调节。为避免分解代谢物的阻遏作用,可采用难于利用的碳源,或采用分次添加碳源的方法使培养基中的碳源保持在不致于引起分解代谢物阻遏的浓度。
3、添加表面活性剂 在发酵生产中,非离子型的表面活性剂常被用作产酶促进剂,但它的作用机理尚未搞清;可能是由于它的作用改变了细胞的通透性,使更多的酶从细胞内透过细胞膜泄漏出来,从而打破了胞内酶合成的反馈平衡,提高了酶的产量。此外,有些表面活性剂对酶分子有一定的稳定作用,可以提高酶的活力,例如在霉菌的发酵生产中添加 1%的吐温可使纤维素酶的产量提高几倍到几十倍。
第三节 发酵工艺条件及其控制
保藏细胞 ↓ 细胞活化 ↓ 原生质体←细胞扩大培养→固定化细胞 ↓ ↓ ↓ 固定化原生质体 →发酵 预培养 ↓ 培养基 分离纯化 无菌空气 ↓ 酶
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。
5、高产菌株的选育 目前,优良菌种的获得一般有三条途径:一是从自然界分离筛选;二是用物理或化学方法处理、诱变;三是用基因重组或细胞融合技术。
5、常用的产酶微生物
(1)细菌 大肠杆菌:应用最广泛的产酶菌因为其遗传背景清楚而广泛应用于遗传工程改造微生物的宿主,被改造成表达优良性状的“工程菌”。大肠杆菌可生产多种酶,如,谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、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。 枯草杆菌:用途很广,可用于生产α-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、碱性磷酸酶等。 (2)放线菌 链霉菌:; ②作为酶活性基的组成部分或维持酶的活性; ③调节渗透压、pH值、氧化还原电位等; ④作为自养菌的能源。 当盐浓度太高时,对微生物生长有抑制作用,而在较低浓度时却能刺激生长。 在微生物的发酵生产中,应特别注意有些金属离子是酶的组成成分,如钙离子是淀粉酶的成分之一,也是芽孢形成所必需的。

微生物酶发酵生产工艺流程

微生物酶发酵生产工艺流程

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微生物发酵产酶

微生物发酵产酶
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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

酶发酵生产的工艺流程

酶发酵生产的工艺流程

酶发酵生产的工艺流程酶发酵是一种利用微生物产生的酶来进行生产的方法,广泛应用于食品、饲料、化妆品、药品等行业。

下面我们来介绍一下酶发酵生产的工艺流程。

首先,酶发酵生产的第一步是选择合适的微生物。

根据所需产酶的类别和生产规模的不同,可以选择多种微生物,如细菌、酵母菌等。

微生物的选择要考虑其产酶能力、耐受性以及生产成本等因素。

第二步,培养选定的微生物。

这一步需要准备培养基,在培养基中添加适量的碳源、氮源、无机盐等营养物质,以满足微生物的生长和酶的合成所需。

然后将培养基接种微生物,并在适宜的温度和pH条件下进行培养,提供充足的氧气和维持适宜的环境。

第三步,培养后的微生物进行扩大培养,以增加生产规模。

将培养液经过离心、滤液等处理,去除微生物,获得酶液。

第四步,处理酶液。

酶液中可能还含有一些杂质、抑制物质或酶活性较低的组分,需要通过一些处理方法进行纯化和浓缩。

这些处理方法包括沉降、过滤、超滤、离子交换、凝胶过滤等。

第五步,进行酶的活性检测。

通过一系列的实验方法,检测酶的活性和稳定性,确定酶的质量和效果。

同时也可以根据实验结果对酶的配方和操作条件进行优化。

最后,将纯化后的酶制成成品。

根据产品的需求,可以将酶制成液态、粉末、颗粒或冻干等不同形式的产品。

一般还需要进行一些包装和贮存操作,以延长酶的有效期和保证产品的质量。

总的来说,酶发酵生产的工艺流程包括微生物的选择、培养、酶液的处理和纯化、酶的活性检测以及成品制备。

这一过程需要严格控制各个环节,确保产酶微生物的稳定性和产酶能力,提高酶的纯度和活性。

同时也需要注意生产的环境卫生和安全,以保证产品的质量和安全性。

微生物酶的发酵与应用

微生物酶的发酵与应用

微生物酶的发酵与应用微生物酶是一种能够加速化学反应的生物催化剂,具有高催化效率、特异性强、反应条件温和、无毒、无污染等优点,已经被广泛应用于食品、制药、化妆品、纺织、皮革等众多领域。

而微生物酶的制备过程中,发酵是一种非常重要的技术手段。

1、微生物酶的发酵微生物酶的发酵是指利用微生物在适宜的条件下产生酶,以达到规模化生产的过程。

这一过程可分为三个步骤:接种和发酵、分离和提纯、酶的性质和应用研究。

(1)接种和发酵接种菌液是指将酶产生菌株采用传统工艺培育于适宜培养基中,直至得到足够的活菌液,进行接种的一定比例下的发酵。

而发酵液中的主要成分是培养基,该培养基需为酶生产菌株提供必要的营养物质,以保障其正常生长和酶的生产。

常规的酶生产培养基包括麦芽汁培养基、酵母提取液等。

(2)分离和提纯在得到发酵液后,需要对其进行分离和提纯,以获得高纯度的酶。

这是因为在整个发酵过程中,菌体和其它的细胞结构、代谢产物等都会对酶的分离提纯造成影响。

分离和提纯的方法一般包括超滤、离子交换层析、分子筛等等。

(3)酶的性质和应用研究在酶的发酵、分离和提纯成功后,需要对其进行性质和应用研究。

主要是为了深入了解酶的特性以及其在不同领域的应用情况,从而为后续的生产和开发工作提供参考和借鉴。

2、微生物酶的应用微生物酶被广泛应用于各个领域,主要包括:食品工业、饲料工业、医药工业、纺织工业、皮革工业、生物燃料工业等。

接下来,我们将对其中几个领域的应用进行简单介绍。

(1)食品工业微生物酶在食品工业中具有广泛的应用价值,如制作植物蛋白酶、黄酮酶、淀粉酶、脂肪酶等。

酶的作用可以使食品加工过程更为高效,同时保留食品的营养成分。

例如,在奶酪制作过程中,钙凝集酶可促进奶中蛋白质在酸性条件下凝集,快速分离出固态奶饼,方便后续的处理和存储。

(2)医药工业微生物酶在医药工业中也有着重要的应用价值,如制备青霉素、链霉素、细胞酶等。

其中最著名的是青霉素,它是一种抗生素,可以治疗许多感染性疾病。

发酵生产酶的原理

发酵生产酶的原理

发酵生产酶的原理发酵生产酶是一种利用微生物以及它们产生的酶在特定条件下进行生化反应的过程。

这种生产方法被广泛应用于食品、饲料、酒精、药物等行业中。

下面将详细解释发酵生产酶的原理。

一、发酵生产酶的微生物选择发酵生产酶的第一步是选择适合的微生物,这些微生物应具备以下特点:1. 高效生产酶的能力:酶生产量高,酶活性强。

2. 快速生长:快速繁殖,可在相对短的时间内完成酶的生产。

3. 耐受性强:对酶产生的副产物或酸碱、温度等环境变化具有一定的耐受能力。

4. 安全性:微生物本身不具有毒性,能够生长在非无菌条件下。

二、发酵生产酶的培养基选择选择合适的培养基是发酵生产酶的关键。

培养基的主要成分包括碳源、氮源、矿物盐、微量元素和生长因子等。

1. 碳源:常见的碳源包括葡萄糖、淀粉、纤维素等。

碳源提供微生物进行能量代谢和生长所需要的碳元素。

2. 氮源:常见的氮源有含氮蛋白质、氨基酸、尿素等。

氮源提供微生物进行蛋白质合成和细胞增殖所需要的氮元素。

3. 矿物盐和微量元素:矿物盐和微量元素提供微生物所需的矿物质元素,如钾、钠、镁、钙、铁、锰、锌等,这些元素对微生物的生长和酶的合成起着重要作用。

4. 生长因子:微生物合成酶所需要的辅酶、辅因子等,如维生素B族和胆碱等。

三、发酵生产酶的培养条件控制发酵生产酶的成功与否关键在于优化培养条件,包括温度、pH值、氧气供应和搅拌等。

这些条件直接影响微生物的生长和酶的合成。

1. 温度:微生物的生长和酶的合成都对温度有一定的要求,通常在微生物生长曲线上有一个最适温度。

过低或过高的温度都会抑制微生物的生长和酶的合成。

2. pH值:微生物对于酶活性和生长的pH值有一定的要求。

不同菌种对pH值的适应范围不同,通常在微生物生长曲线上有一个最适pH值。

3. 氧气供应:氧气是微生物进行能量代谢和酶的合成所必需的。

对于需氧菌来说,需要充足的氧气供应;而对于厌氧菌来说,需要减少氧气供应。

氧气供应量的控制对酶的合成和产量有重要影响。

利用培育技术进行微生物酶的发酵生产方法

利用培育技术进行微生物酶的发酵生产方法

利用培育技术进行微生物酶的发酵生产方法近年来,随着生物技术的不断发展,利用微生物酶在工业生产中起到了至关重要的作用。

微生物酶是一类通过微生物发酵产生的酶,具有高效、特异性强等优点,被广泛应用于食品加工、医药制造、环保等领域。

一、微生物酶的发酵生产方法简介微生物酶的发酵生产方法主要包括产菌、发酵、提取和纯化等步骤。

首先,根据所需的酶种类从自然界中筛选出适宜的微生物菌株。

然后,通过培养基的设计与优化,培养菌株并进行合适的发酵,以获得高效、纯度高的酶产物。

最后,对发酵液进行提取和纯化,得到所需的酶制品。

二、培育技术在微生物酶发酵生产中的应用1. 培养基设计与优化培养基是进行微生物酶发酵生产的基础。

它不仅为菌株提供合适的营养物质,还通过控制培养条件以调节菌株的生理代谢,提高酶产量和活性。

常见的培养基成分包括碳源、氮源、矿物盐、生长因子等。

通过调节这些成分的配比和浓度,可以达到最佳的生长条件,从而提高微生物酶的发酵产量。

2. 发酵参数的优化发酵参数包括温度、pH值、氧气供应、搅拌速度等,对微生物酶的发酵产量和酶活性具有显著影响。

通过系统地研究这些参数的变化对酶的产量和活性的影响,可以找到最佳的发酵条件。

例如,一些产酶菌株的理想生长温度和pH值的范围在发酵过程中的调节,可以获得较高的酶产量。

3. 培养方式的选择培养方式对微生物酶的产量和酶活性也有重要影响。

常用的培养方式包括批次培养、连续培养、固态发酵等。

对于不同的酶种类和菌株,选择合适的培养方式可以提高发酵的效率和产酶量。

三、培育技术在微生物酶发酵生产中的问题与挑战1. 酶的生产成本在微生物酶发酵生产过程中,培养基成分、培养条件和工艺参数的优化需要消耗大量的实验和试验。

这增加了酶生产的成本,限制了其广泛应用。

为降低成本,需要寻找更经济的培养基配方、改进发酵工艺等方法。

2. 培养过程中的纯度和稳定性在培养过程中,微生物酶容易受到杂质的污染和失活的影响,降低酶的纯度和稳定性。

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体内基因重组 包括少数获者个别基因的重组,主
要通过接合、转导、转化等方法进行;也包括整 个染色体的重组, 主要的途径是原生质体融合
39
40
原生质体融合
41
4)体外基因重组提高酶产量

体外基因重组,简称DNA重组技术或基因工程 基因工程在酶生产中的作用 1、提高微生物中原酶的产量
2、用微生物表达、生产动物或植物的酶基因
场的一半以上。
1.3 酶在轻工业方面的应用
酶在轻化工业中的用途主要包括:
洗涤剂制造(增强去垢能力)、
毛皮工业、 明胶制造、 胶原纤维制造(粘接剂)、 化妆品的生产、
造纸、
感光材料生产、 废水废物处理、 饲料加工等。
1.4 酶在饲料中的应用
1)、补充畜禽内源酶的不足,增加可消化性; 2)、解除饲料中抗营养因子; 3)、良好安全性和减少环境污染;
调节通气量 调节氧的分压 调节气液接触时间 调节气液接触面积 改变培养液的性质
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控制溶解氧方法
5.3 提高酶产量的措施
1)通过条件控制提高酶产量 A 添加诱导物
对于诱导酶的发酵生产,在发酵过程中的某个适 宜的时机,添加适宜的诱导物,可以显著提高酶的产 量。例如,乳糖诱导β-半乳糖苷酶,纤维二糖诱导 纤维素酶,蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成 等。 诱导物一般可以分为3类 酶的作用底物 酶的催化反应产物 作用底物的类似物
酶在饲料中的应用
酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用,不 仅提高了饲料原料的转化率,也促进了对饲料 的消化。 植酸酶( Phytase )
主要用于提高植酸磷的消化 率,并相应改善钙和其它矿物 元素的利用率。大大降低了动 物粪便中磷的排放量,有益环 保。
1.5 酶在环境保护中的三个应用
1)、环境监测 2)、废水处理 • 过氧化物酶 • 多酚氧化酶 3)、可降解材料开发
5、酶的发酵生产
5.1、一般工艺流程
试管菌种培养
茄瓶菌种培养 孢子(菌体)悬液制备 种子罐菌种培养 发酵罐发酵 发酵液预处理 酶的分离纯化精制
摇瓶菌种培养
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5.2
酶的发酵工艺条件与控制
5.2.1 培养基的设计原则


1)、选择适宜的营养物质 2)、营养物的浓度及配比合适 3)、物理、化学条件适宜 4)、经济节约 5)、精心设计、试验比较
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2)、通过基因突变提高酶产量

突变:是指生物的遗传性状发生变异,以致影响
了生物的正常遗传,可遗传的

基因突变发生在结构基因上,往往导致酶的结构 和性质发生改变: 基因突变引起酶产量提高的方式: 1.诱导型 2.阻遏型 组成型 去阻遏型
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基因突变可以自发地发生,但自发突变发生的频
率低

人工突变的方法: 快中子辐射
(1) 大肠埃希氏杆菌,简称为大肠杆菌,是最为著 名的原核生物。
形态:短杆或长杆状,革兰氏阴性,运动(周毛)或 不运动,无芽孢,一般无荚膜。菌落呈白色至黄白 色,扩展,光滑,闪光。
应用:工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和制
备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等
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(2) 醋酸杆菌(Acetobacter)
酶在环境保护方面的三个应用 其一是用于环境监测。根据生物传感的原理 将固定化酶涂布在电极上做成生物修饰电极 , 用 于监测环境中的一些微量化学物质如苯比咯 , 氯 代芳烃, 氟代芳烃, 硝酸盐, 磷酸盐以及甲醇等
。具有方便、快速灵敏等特点。
其三是降解材料。 如制革工业中的原料脱毛历来都是用石灰硫 化钠法, 工序繁重, 周期长, 污染严重, 而且灰 碱脱毛后还须蛋白酶软化。但若用蛋白酶脱毛可
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B、添加表面活性剂
表面活性剂可以与细胞膜相互作用,增加细胞的透 过性,有利于胞外酶的分泌,从而提高酶的产量。 将适量的非离子型表面活性剂,如吐温(Tween)、 (Triton)等添加到培养基中,可以加速胞外酶的分泌,而
使酶的产量增加。
由于离子型表面活性剂对细胞有毒害作用,尤其是季 胺型表面活性剂是消毒剂,对细胞的毒性较大,不能在 酶的发酵生产中添加到培养基中。
Common microorganism in Enzyme Production 2.1 基本要求: 不是致病菌、安全性可靠; 发酵周期短,产酶量高;
最好是产生胞外酶的菌种,利于分离;
容易培养和管理; 产酶稳定性好,不易变异退化,不易被感染; 有利于酶的分离和纯化。
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2.2 种类
1)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
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4.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。
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24
3. 产酶微生物的分离和筛选
1)样品的采集:从富含该酶作用底物的场所采集样 品;
2)富集培养: 投其所好,取其所抗;
3)分离获得微生物的纯培养(pure culture); 4)初筛:选出产酶菌种,以多为主; 5)复筛:选出产酶水平相对较高的菌株,以质为 主。
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蛋白酶产生菌的获得方法
应 用 含 酪 蛋 白 的 培 养 基
2)、大肠杆菌(Escherichia coli) 3)、黑曲霉(Aspergillus niger) 4)、米曲霉(Aspergillus oryzae) 5)、青霉(Penicillium) 6)、木霉(Trichoderma) 7)、根霉(Rhizopus) 8)、毛霉(Mucor) 9)、链霉菌(Streptomyces) 10)、啤酒酵母(Saccharomyces Cerevisiae) 11)、假丝酵母(Candida)
菌体从椭圆至杆状,单个、成
对或成链,革兰氏阴性,运动 (周毛)或不运动,不生芽孢。 好气。含糖、乙醇和酵母膏的 培养基上生长良好。 应用:有机酸(食醋等)葡萄 糖异构酶(高果糖浆 )山梨糖 (维C中间体)
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(3)枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
直状、近直状的杆菌,
周生或侧生鞭毛,革兰
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pH值的控制
细胞发酵产酶的最适pH值与生长最适pH值往
往有所不同。细胞生产某种酶的最适pH值通常接 近于该酶催化反应的最适pH值。 有些细胞可以同时产生若干种酶,在生产过 程中,通过控制培养基的pH值,往往可以改变各
种酶之间的产量比例。
的最适生长 温度为34~37℃ 黑曲霉的最适生长温 度为28~32 ℃
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(6)酵母啤酒酵母
(Saccharomyces cerevisiae)
啤酒酵母是啤酒工业上广泛 应用的酵母。细胞由圆形、卵形、 椭圆形到腊肠形。在麦芽汁培养 基上,菌落为白色,有光泽,平 滑,边缘整齐。 啤酒酵母除了主要用于啤酒、 酒类的生产外,还可以用于转化 酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等 的生产。
通常在生物学范围内每升高10℃,生长速度就加快一倍, 所以温度直接影响酶反应,对于微生物来说,温度直接影 响其生长和合成酶。 有些细胞发酵产酶的最适温度与细胞生长最适温度有 所不同,而且往往低于生长最适温度。
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3)、溶解氧的控制
在酶的发酵生产过程中, 处于不同生长阶段的细胞,
其细胞浓度和细胞呼吸强度各不相同,致使耗氧速率有 很大的差别。因此必须根据耗氧量的不同,不断供给适 量的溶解氧。
1、酶的广泛应用
绿色健康,“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、
淀粉制糖、发酵、酒精、 食品(包括果蔬汁、啤酒 酿造、谷物食品、蛋白水 解、和功能食品以及食用
油脂)、饲料、皮革、造
纸和化工等工业领域
1.1 酶在医药方面的应用
治疗消化不良、 食欲不振的多酶 片等
利用青霉素酰化酶制 造半合成青霉素和头 孢霉素。
氏阳性,无荚膜,芽孢
中生或近中生。
枯草芽孢杆菌是工 业发酵的重要菌种之一。
生产淀粉酶、蛋白酶、
5’-核苷酸酶、某些氨基
酸及核苷。
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(4) 根霉(Rhizopus)
分类学上属于藻状菌纲,毛霉目,根 霉属。 根霉因有假根而得名。 分布于土壤、空气中,常见于淀粉食 品上,可引起霉腐变质和水果、蔬菜 的腐烂。 代表种:米根霉、黑根霉等。 应用:根霉能产生一些酶类,如淀粉 酶、果胶酶、脂肪酶等,是生产这些 酶类的菌种。在酿酒工业上常用做糖 化菌。有些根霉还能产生乳酸、延胡
第20讲 微生物酶的发酵生产
The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
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教学目的与要求
◆ 了解酶在不同行业的广泛应用; ◆ 熟悉产酶微生物的种类; ◆ 掌握酶的 发酵生产工艺。
主要内容
1、酶的广泛应用; 2、常见产酶微生物; 3、产酶微生物的分离筛选; 4、酶的类型; 5、酶的生产工艺。
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5.2 发酵条件及控制
1)、pH值的控制 培养基的pH必须控制在一定的范围内,以满足 不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。为了 维持培养基pH的相对恒定,通常在培养基中加入pH
缓冲剂,或在进行工业发酵时补加酸、碱。
通常培养条件:
细菌与放线菌:pH7-7.5
酵母菌和霉菌:pH4.5-6范围内生长
以改善劳动条件, 缩短周期, 并使脱毛与软化工
序合二为一, 最可取的是可以使污水危害大大减 轻。
其二是对工业及生活废物, 废水进行处理。
农业废物如稻草、麦杆以及废纸等纤维素物质可
用纤维素酶水解, 制成葡萄糖, 后者经发酵后可
制取多种有用物质。
常用的酶制剂-1
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