第二章发酵产酶

1、第二章发酵产酶 第二章第二章 酶的生产酶的生产 第二章发酵产酶 第二章酶的生产第二章酶的生产 第二章发酵产酶 第一节 微生物酶的开发 一、应用微生物开发酶的优点：一、应用微生物开发酶的优点： (1)微生物生长快、周期短。生产能力微生物生长快、周期短。生产能力 大，大， 能满足市场需求。能满足市场需求。 (2)微生物种类多，不同的环境下的微生物微生物种类多，不同的环境下的微生物 以特殊的代谢方式分解利用不同的底物。为以特殊的代谢方式分解利用不同的底物。为 酶品种的多样性提供了物质基础。酶品种的多样性提供了物质基础。 (3)通过基因工程使动植物细胞中的酶都能用微通过基因工程使动植物细胞中的酶都能用

2、微 生物细胞获得。因此，有计划地筛选菌种，生物细胞获得。因此，有计划地筛选菌种， 可以生产几乎任何一种酶。可以生产几乎任何一种酶。 第二章发酵产酶 二、微生物酶开发的一般程序 (一一) 样品的采集样品的采集 采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数采样的目的、采样地点、采样方法及采样的数 量。量。 (二二) 菌种的分离菌种的分离 培养基的确定、培养条件的确定。培养基的确定、培养条件的确定。 第二章发酵产酶 (三三) 菌种的初筛菌种的初筛 (1)用简单的定性反应进行初筛；用简单的定性反应进行初筛； (2) 最初分离阶段给予特殊的培养基或培养条最初分离阶段给予特殊的培养基或培养条 件，让目的菌株大

3、量繁殖。件，让目的菌株大量繁殖。 (四四) 菌种的复筛菌种的复筛 初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是筛初筛之后，还要进行复筛。复筛的目的是筛 选产酶量高、性能更符合生产要求的菌种。选产酶量高、性能更符合生产要求的菌种。 酶活的测定方法的建立对其很重要。酶活的测定方法的建立对其很重要。 第二章发酵产酶 (五五) 对复筛获得菌株的要求对复筛获得菌株的要求 (1)不是致病菌；不是致病菌； (2)菌株不易变易和退化；菌株不易变易和退化； (3)不易感染噬菌体；不易感染噬菌体； (4)微生物产酶量高；微生物产酶量高； (5)酶的性质符合应用需要，最好是胞外酶；酶的性质符合应用需要，最好是胞外酶； (6

4、) 便于分离和提取，得率高；便于分离和提取，得率高； (7)微生物培养营养要求低。微生物培养营养要求低。 第二章发酵产酶 (六六) 最佳产酶条件的初步确定最佳产酶条件的初步确定 (1)培养方式的确定；培养方式的确定； (2)最佳培养条件组合；最佳培养条件组合； (3) 产酶特性产酶特性(胞内酶、胞外酶胞内酶、胞外酶)； (4)微生物酶收集的时间顺序；微生物酶收集的时间顺序； 第二章发酵产酶 (七七) 微生物产酶性能的进一步提高微生物产酶性能的进一步提高 (1)获得高产菌种的突变体；获得高产菌种的突变体； (2)利用代谢工程和代谢调节机理来提高酶产量；利用代谢工程和代谢调节机理来提高酶产量； (

5、3)运用基因工程技术将原有菌株中目的基因转运用基因工程技术将原有菌株中目的基因转 移到对生产环境更适应的菌株内，使其高效表移到对生产环境更适应的菌株内，使其高效表 达；达； 第二章发酵产酶 (八八) 微生物酶的提取方法微生物酶的提取方法 (1)酶的粗提；酶的粗提； (2)酶的精制。酶的精制。 第二章发酵产酶 (九九) 微生物产酶菌种的保藏微生物产酶菌种的保藏 (1)斜面；斜面； (2)沙土管；沙土管； (3)冷冻。冷冻。 第二章发酵产酶 代谢流分析与控制 代谢工程是当今国际生化工程界的新兴 交叉学科，它将计算机技术、自动控制、基 因操作技术与发酵工程结合起来，研究生产 过程中细胞代谢流的分布，

6、利用代谢控制理 论和网络刚性理论寻找限制代谢流率的代谢 瓶颈和代谢网络中制约转化率提高的酶反应， 为定向菌种选育和发酵控制提供思路。 Glucose = G6P F6P GAP G3P PEP Pyr AcCoA DHAP Ribu5P Rib5PXyl5P 1,6FDP Sed7PE4P aKG Isocit SucCoASuc Mal Oaa Glu Gln NADPH CO2 CO2 NH4+ ATP CO2 CO2 Glu Gln = 细胞膜 CO2 PEPPyr 细胞膜 Val Lac Ala 谷氨酸与谷氨酰胺产生代谢网络图 第二章发酵产酶 谷氨酸棒杆菌产生谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、

7、脯氨酸代代 谢网络图谢网络图 第二章发酵产酶 第二节 酶发酵动力学 研究发酵过程中细胞生长速度研究发酵过程中细胞生长速度, ,产物生成速度及环境产物生成速度及环境 因素对这些速度的影响因素对这些速度的影响. . 发酵动力学发酵动力学 第二章发酵产酶 一、酶生物合成的模式一、酶生物合成的模式 二、细胞生长动力学二、细胞生长动力学 三、产酶动力学三、产酶动力学 本节主要内容本节主要内容: : 酶发酵动力学研究意义酶发酵动力学研究意义: : 了解酶生物合成模式了解酶生物合成模式, , 发酵工艺条件优化控制发酵工艺条件优化控制, , 提高酶产量提高酶产量. . 第二章发酵产酶 一、酶生物合成的模式 细

8、胞生长一般经细胞生长一般经4 4个阶段个阶段, ,如图如图: : 细胞生长曲线细胞生长曲线 第二章发酵产酶 附：背景知识微生物生长的研究微生物生长的研究 第二章发酵产酶 固体培养法 好氧培养 摇瓶培养 液体培养法 获得单细胞 发酵罐 （纯培养） 厌氧培养（厌氧罐技术、Hungate滚管 技术、厌氧手套箱技术） 一、微生物的培养方法 第二章发酵产酶 发酵罐发酵罐 第二章发酵产酶 亨盖特滚管技术（亨盖特滚管技术（hungate roll-tube hungate roll-tube techniquetechnique）：）： n 利用除氧铜柱在350下 与氧反应来制备高纯度氮， 再用此高纯度氮去

9、驱除培 养基配制、分装过程中各 种容器和小环境中的空气， 使培养基的配制、分装、 灭菌和贮存，以及接种、 稀释、培养、观察、分离、 移种和保藏等操作的全过 程始终处于高度无氧的环 境下，从而保证了严格厌 氧菌的存活。 第二章发酵产酶 二、微生物的同步生长及同步培养方法 n同步培养法：使培养基中所有微生物细胞同步培养法：使培养基中所有微生物细胞 处于相同的生长阶段的培养方法。处于相同的生长阶段的培养方法。 n同步生长：培养物中所有的微生物细胞都同步生长：培养物中所有的微生物细胞都 处于同一生长阶段，并能同时分裂的生长处于同一生长阶段，并能同时分裂的生长 方式。方式。 第二章发酵产酶 三、微生物生

10、长繁殖的测定方法 （一）测生长量 测体积（离心） 1.直接法 离心法（单细胞微生物） 称干重 过滤法（丝状微生物） 第二章发酵产酶 比浊法（分光光度计） 2.间接法 含氮量 生理指标法 含碳量 DNA含量测定 第二章发酵产酶 （二）计繁殖数 血球计数法 直接计数法 涂片计数法 涂布平板法 间接计数法 倒平板法 第二章发酵产酶 第二章发酵产酶 四、微生物的群体生长 （一）无分支单细胞微生物的群体生长（一）无分支单细胞微生物的群体生长 G = t/n 1.特征：指数生长。特征：指数生长。 第二章发酵产酶 第二章发酵产酶 2.无分支单细胞微生物的群体生长曲线 第二章发酵产酶 1.1.迟缓期迟缓期 （

11、1 1）主要特征：代谢活跃，大量合成细胞分裂所）主要特征：代谢活跃，大量合成细胞分裂所 需的酶类、需的酶类、ATPATP等；体积增大；分裂迟缓。等；体积增大；分裂迟缓。 （2 2）原因：在新的环境，缺乏分解或催化相关底）原因：在新的环境，缺乏分解或催化相关底 物的酶。物的酶。 （3 3）缩短和消除迟缓期的方法有：增加接种量、）缩短和消除迟缓期的方法有：增加接种量、 采用最适种龄、选用繁殖速度快的菌种以及尽采用最适种龄、选用繁殖速度快的菌种以及尽 量保持接种前后所处的培养基介质和条件一致。量保持接种前后所处的培养基介质和条件一致。 第二章发酵产酶 n2.对数期对数期 n（1）特点：分裂速度最快、

12、代时最短、代谢）特点：分裂速度最快、代时最短、代谢 活动旺盛、对环境变化敏感。活动旺盛、对环境变化敏感。 n（2）作用：作为代谢、生理等研究的好材料）作用：作为代谢、生理等研究的好材料 和发酵生产中用作种子的最佳菌龄。和发酵生产中用作种子的最佳菌龄。 第二章发酵产酶 3.3.稳定期稳定期 （1 1）特点：新生的细胞和死亡的细胞数目相等、）特点：新生的细胞和死亡的细胞数目相等、 总菌数达到最大值、代谢活力钝化。总菌数达到最大值、代谢活力钝化。 （2 2）原因：营养物质的逐渐消耗以及代谢废物的）原因：营养物质的逐渐消耗以及代谢废物的 积累抑制了生长。积累抑制了生长。 （3 3）功能：产生次生代谢产

13、物（抗生素、生物碱、）功能：产生次生代谢产物（抗生素、生物碱、 色素等）、芽孢；对稳定期的研究发展了连续培色素等）、芽孢；对稳定期的研究发展了连续培 养技术。养技术。 4.4.死亡期死亡期 特点：活的细胞数目以对数速率急剧下降、细胞特点：活的细胞数目以对数速率急剧下降、细胞 裂解或自溶裂解或自溶。 第二章发酵产酶 微生物群体生长的规律 生长曲线代表在新的适应环境中生长、分裂直至生长曲线代表在新的适应环境中生长、分裂直至 衰老、死亡全过程的动态变化规律。分为迟缓期、衰老、死亡全过程的动态变化规律。分为迟缓期、 对数期、稳定期和死亡期四个主要的时期。对数期、稳定期和死亡期四个主要的时期。 生长曲线

14、的不同时期反映的是群体而不是单个细生长曲线的不同时期反映的是群体而不是单个细 胞的生长规律。胞的生长规律。 认识和掌握微生物的生长曲线有重要的实践意义。认识和掌握微生物的生长曲线有重要的实践意义。 如设法缩短迟缓期、延长对数期以及在稳定期收如设法缩短迟缓期、延长对数期以及在稳定期收 集菌体。集菌体。 第二章发酵产酶 调调 整整 期期 对对 数数 期期 稳稳 定定 期期 衰衰 亡亡 期期 时间时间 细菌数目的对数细菌数目的对数 某种细菌的生长曲线 微生物群体生长的规律 第二章发酵产酶 酶生物合成的四种类型酶生物合成的四种类型 比较酶产生与细胞比较酶产生与细胞 生长的关系生长的关系, ,可把可把

15、酶生物合成模式分酶生物合成模式分 成成4 4种类型种类型: : 第二章发酵产酶 酶生物合成的四种类型 （1 1）同步合成型：）同步合成型： 酶的合成与细胞的生长同步进行。（酶的合成与细胞的生长同步进行。（FigFig） （2 2）延续合成型：）延续合成型： 酶的合成伴随着细胞的生长而开始，生长进入平酶的合成伴随着细胞的生长而开始，生长进入平 衡期后，酶又延续合成一段时间。衡期后，酶又延续合成一段时间。（FigFig） （3 3）中期合成型）中期合成型 酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，进入平酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，进入平 衡期后，酶的合成随之停止。衡期后，酶的合成随之停止。 （F

16、igFig） (4) (4) 滞后合成型滞后合成型 当细胞进入平衡期后，才开始并大量积累酶当细胞进入平衡期后，才开始并大量积累酶 （FigFig） go 第二章发酵产酶 （1 1）酶的生物合成可以诱）酶的生物合成可以诱 导，不受分解代谢物导，不受分解代谢物 阻遏和反应产物阻遏；阻遏和反应产物阻遏； （2 2）当除去诱导物或细胞）当除去诱导物或细胞 进入平衡期后，酶的合成立进入平衡期后，酶的合成立 即停止；即停止； （3 3）酶所对应的）酶所对应的mRNAmRNA很不很不 稳定。稳定。 Back 同步合成型的特点同步合成型的特点 第二章发酵产酶 （1 1）酶的合成可以诱导，不受分解代谢物或产物的

17、阻遏；）酶的合成可以诱导，不受分解代谢物或产物的阻遏； （2 2）酶所对应的）酶所对应的mRNAmRNA相当稳定，在生长平衡期后仍可继续较长相当稳定，在生长平衡期后仍可继续较长 时间用于酶的合成。时间用于酶的合成。 延续合成型的特点延续合成型的特点 Back 第二章发酵产酶 中期合成的特点中期合成的特点 （1 1）酶的合成）酶的合成 受到反馈阻遏；受到反馈阻遏； （2 2）所对应的）所对应的 mRNAmRNA不稳定。不稳定。 Back 第二章发酵产酶 （1 1）在对数生长）在对数生长 期不合成酶（可能期不合成酶（可能 是受到分解代谢物是受到分解代谢物 阻遏的影响）；阻遏的影响）； （2 2）所

18、对应的）所对应的 mRNAmRNA稳定性高。稳定性高。 滞后期合成型的特点滞后期合成型的特点 Back 第二章发酵产酶 （1 1）mRNAmRNA的稳定性；的稳定性； （2 2）培养基中阻遏物存在与否。）培养基中阻遏物存在与否。 影响酶生物合成的模式的主要因素是：影响酶生物合成的模式的主要因素是： （1 1）mRNAmRNA稳定性高，细胞停止生长后继续合成其所对应的酶；稳定性高，细胞停止生长后继续合成其所对应的酶； （2 2）mRNAmRNA稳定性差，酶的合成随着细胞停止生长而终止；稳定性差，酶的合成随着细胞停止生长而终止； （3 3）受某些物质阻遏，细胞生长一段时间或在平衡期后（解）受某些物

19、质阻遏，细胞生长一段时间或在平衡期后（解 除阻遏），开始合成酶。除阻遏），开始合成酶。 （4 4）不受某些物质阻遏，酶的合成随着细胞生长而同步增长。）不受某些物质阻遏，酶的合成随着细胞生长而同步增长。 规律：规律： 第二章发酵产酶 （1 1）选择最理想的酶合成模式）选择最理想的酶合成模式延续合成型；延续合成型； （2 2）改造非理想模式）改造非理想模式 A A、同步合成型：适当降低发酵温度，尽量提同步合成型：适当降低发酵温度，尽量提 高相应的高相应的mRNAmRNA的稳定性；的稳定性； B B、滞后合成型：尽量减少甚至解除分解代谢滞后合成型：尽量减少甚至解除分解代谢 物阻遏，使酶合成提早开始；

20、物阻遏，使酶合成提早开始； C C、中期合成型：努力提高中期合成型：努力提高mRNAmRNA稳定性，解稳定性，解 除代谢物阻遏物。除代谢物阻遏物。 选择与改造选择与改造 第二章发酵产酶 二、细胞生长动力学 主要研究细胞生长速度及其受外界环境影响的规律。主要研究细胞生长速度及其受外界环境影响的规律。 19501950年年, ,法国的法国的MonodMonod首先提出表述微生物生长的动力首先提出表述微生物生长的动力 学方程学方程, ,细胞生长速率与细胞浓度成正比细胞生长速率与细胞浓度成正比. . Rx =dX/dt= X u: 比生长速率比生长速率 只存在一种限制性基质时只存在一种限制性基质时:

21、: MonodMonod方程是基本的细胞生长动力学方程方程是基本的细胞生长动力学方程; ; 从不同情况出发对其进行修饰从不同情况出发对其进行修饰. . 第二章发酵产酶 dx/dt=(-D)X D：稀释率稀释率 连续全混流反应器发酵过程中连续全混流反应器发酵过程中, ,稳态时游离细胞连稳态时游离细胞连 续发酵的生长动力学方程续发酵的生长动力学方程: : D=0,分批发酵分批发酵; Du细胞浓度下降细胞浓度下降,S升高升高,u回升回升; Dum X趋于零趋于零; 第二章发酵产酶 MonodMonod方程与米氏方程相似方程与米氏方程相似, ,参数参数u um m与与KsKs也可也可 由双倒数作图法求

22、出由双倒数作图法求出. . 双倒数作图法双倒数作图法 第二章发酵产酶 三、产酶动力学 宏观产酶动力学（非结构动力学）宏观产酶动力学（非结构动力学）: : 从整个发酵系统着眼从整个发酵系统着眼, ,研究群体细胞的产酶速率研究群体细胞的产酶速率 ； 微观产酶动力学（结构动力学）微观产酶动力学（结构动力学）: : 从细胞内部着眼从细胞内部着眼, ,研究细胞中酶合成速率。研究细胞中酶合成速率。 1、分类、分类 研究细胞产酶速率及各因素对其的影响研究细胞产酶速率及各因素对其的影响. . 第二章发酵产酶 X细胞浓度；细胞浓度； u细胞比生长速率；细胞比生长速率； 生长偶联的比产酶系数；生长偶联的比产酶系数

23、； 非生长偶联的比产酶速率。非生长偶联的比产酶速率。 2、宏观产酶动力学方程通式、宏观产酶动力学方程通式 dE/dt=(+)x （1 1）同步合成型：生长偶联型）同步合成型：生长偶联型 =0=0，dE/dt=dE/dt=X X （2 2）中期合成型：特殊生长偶联型）中期合成型：特殊生长偶联型 =0=0，dE/dt=dE/dt= X X 有阻遏存在时，有阻遏存在时， =0 =0，无酶产生，无酶产生 dE/dt=dE/dt= 0 0 阻遏解除后才开始合成酶阻遏解除后才开始合成酶. . 细胞产酶模式不同，产酶速率与细胞生长动力学关系也不同。细胞产酶模式不同，产酶速率与细胞生长动力学关系也不同。 讨论

24、讨论: : 第二章发酵产酶 （3 3）滞后合成型：非生长偶联型，）滞后合成型：非生长偶联型， =0 , =0 , dE/dt=XdE/dt=X （4 4）延续合成型：部分生长偶联型，）延续合成型：部分生长偶联型， 00， 00 dE/dt=dE/dt= X+XX+X 有关模型参数一般通过线性化处理及尝试有关模型参数一般通过线性化处理及尝试 误差法求出误差法求出. . dE/dt=(+)x 第二章发酵产酶 RA、Ri：有、无活性的阻遏蛋白；有、无活性的阻遏蛋白；Si、Sr：诱导物和阻遏物；诱导物和阻遏物； cc：环腺苷酸接受蛋白环腺苷酸接受蛋白CRP与环腺苷酸与环腺苷酸CAMP的复合物；的复合物

25、； RSi：RA与与Si的结合物，不与操纵基因结合；的结合物，不与操纵基因结合； RSr：Ri与与Sr的结合物，可与操纵基因结合，而使的结合物，可与操纵基因结合，而使 mRNA无法合成无法合成 。 N：RNA的分解产物。的分解产物。 附附:3、微观产酶动力学、微观产酶动力学 （1）细胞内酶生物合成的一般模型）细胞内酶生物合成的一般模型 （cf.P54) 第二章发酵产酶 M：细胞中细胞中mRNA浓度（浓度（mol/L） E：细胞中酶浓度（细胞中酶浓度（U/L） ：细胞比生长速率（细胞比生长速率（h-1） 对非生长偶联型对非生长偶联型,u=0 （2）酶的生物合成速率）酶的生物合成速率 dE/dt=

26、K10M E 第二章发酵产酶 假设细胞中假设细胞中K1和和DNA浓度为常数浓度为常数. mRNA浓度浓度: dM/dt=k7CC-k11N- M cc浓度浓度: dCC/dt=k4CRPcAMP-k-4CC- CC CRP浓度浓度: dCRP/dt=k1DNA-k4CRPcAMP+k-4CC- CRP n(注：注：M、CC、CRP与细胞生长有关）与细胞生长有关） （3）受分解代谢物阻遏的酶生物合成模型）受分解代谢物阻遏的酶生物合成模型 第二章发酵产酶 假设假设K2和和DNA浓度为常数浓度为常数, ndM/dt=k8RSi-k11M- M ndRSi/dt=k5RASi-k-5RSi- RSi

27、ndRA/dt=k2DNA-k5RASi+k-5RSi- RA （4）诱导系酶合成模型）诱导系酶合成模型 （CRP与与CAMP复合物的浓度足量或过量）复合物的浓度足量或过量） 第二章发酵产酶 K3和和DNA浓度设定为常数：浓度设定为常数： ndM/dt=k9Ri-k11M- M ndRi/dt=k3DNA-k6RiSr+k-6RSr- Ri ndRSr/dt=k6RiSr-k-6RSr- RSr （5）阻遏系酶合成模型）阻遏系酶合成模型 第二章发酵产酶 动力学模型参数的估算是一项重要动力学模型参数的估算是一项重要 又复杂的问题又复杂的问题; 参数值是通过大量实验数据分析估参数值是通过大量实验数

28、据分析估 算出来的算出来的; 数据呈随机性数据呈随机性,有时借助数学方法和有时借助数学方法和 计算机计算机. 实际发酵过程非常复杂实际发酵过程非常复杂,以上模型进行以上模型进行 修正和发展才可修正和发展才可; 第二章发酵产酶 第五节 固定化细胞发酵产酶 又称固定化活细胞、固定化增殖细胞又称固定化活细胞、固定化增殖细胞, ,用各种方法固用各种方法固 定在载体上又能进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。定在载体上又能进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。 是是7070年代后期年代后期(1978)(1978)发展起来的技术发展起来的技术; ; 在发酵生产淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶等胞外酶方面在发酵生产淀粉酶、蛋白

29、酶、纤维素酶等胞外酶方面 取得了成功。取得了成功。 固定化细胞：固定化细胞： 第二章发酵产酶 一、固定化细胞发酵产酶的特点；一、固定化细胞发酵产酶的特点； 二、固定化细胞生长和产酶动力学；二、固定化细胞生长和产酶动力学； 三、固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制。三、固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制。 本节主要内容：本节主要内容： 第二章发酵产酶 一、固定化细胞发酵产酶的特点 1 1、提高产酶率：细胞密度增大、提高产酶率：细胞密度增大 生化反应加速生化反应加速 产酶率提高产酶率提高 第二章发酵产酶 固定化细胞发酵产酶的特点 2 2、可在高稀释度下连续发酵：、可在高稀释度下连续发酵：D D不影响固定

30、化细胞不影响固定化细胞; ; 3 3、基因工程菌的质粒稳定，不易丢失；、基因工程菌的质粒稳定，不易丢失； 4 4、发酵稳定性好：细胞受载体保护，、发酵稳定性好：细胞受载体保护，pHpH和和T T适应性宽；适应性宽； 5 5、缩短发酵周期，提高设备利用率；、缩短发酵周期，提高设备利用率； 6 6、产品容易分离纯化；、产品容易分离纯化； 7 7、适于胞外酶等胞外产物的生产。、适于胞外酶等胞外产物的生产。 第二章发酵产酶 二、固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制 与游离细胞发酵大同小异，需特别注意的几个问题：与游离细胞发酵大同小异，需特别注意的几个问题： 1 1、固定化细胞的预培养、固定化细胞的预培养

31、先预培养，使固定在载体上的细胞生长繁殖，长好后，再用于发酵先预培养，使固定在载体上的细胞生长繁殖，长好后，再用于发酵 产酶，其培养基和工艺条件可以相同或不同。产酶，其培养基和工艺条件可以相同或不同。 2 2、溶解氧的供给、溶解氧的供给 由于受到载体的影响，使氧的供给成为主要的限制性因素。由于受到载体的影响，使氧的供给成为主要的限制性因素。 解决办法：解决办法： （1 1）加大通气量（强烈搅拌会破坏固定化细胞）；）加大通气量（强烈搅拌会破坏固定化细胞）； （2 2）改变固定化载体，如少用琼脂等对氧扩散不利的载体；）改变固定化载体，如少用琼脂等对氧扩散不利的载体； （3 3）过氧化氢酶与细胞共固定

32、化，培养基加入适量的）过氧化氢酶与细胞共固定化，培养基加入适量的H H2 2O O2 2； （4 4）降低培养基的浓度，以降低培养基的粘度。降低培养基的浓度，以降低培养基的粘度。 第二章发酵产酶 3 3、温度的控制、温度的控制 连续发酵时，由于连续发酵时，由于D D较高，反应器内温度变化较较高，反应器内温度变化较 大，先预调流加液温度。大，先预调流加液温度。 4 4、培养基成份的控制、培养基成份的控制 某些固定化载体的结构会受到某些成份的影响，某些固定化载体的结构会受到某些成份的影响， 如过量的磷酸盐会破坏海澡酸钙凝胶制备的固定化如过量的磷酸盐会破坏海澡酸钙凝胶制备的固定化 细胞。细胞。 第二

33、章发酵产酶 三、固定化细胞生长和产酶动力学 n固定化细胞体系中细胞生长和产酶的动力学描述基固定化细胞体系中细胞生长和产酶的动力学描述基 本与游离细胞体系相同本与游离细胞体系相同; ; n在固定化细胞体系中细胞分两部分在固定化细胞体系中细胞分两部分, ,一部分是固定一部分是固定 在载体上的细胞在载体上的细胞, ,浓度基本稳定浓度基本稳定; ;一部分是泄露到培一部分是泄露到培 养液中的细胞养液中的细胞, ,如同游离细胞一样如同游离细胞一样; ; n因此在描述时分两部分因此在描述时分两部分 第二章发酵产酶 由于泄露，体系中包括由于泄露，体系中包括 固定和游离细胞。固定和游离细胞。 dx/dt=(dx

34、/dt)dx/dt=(dx/dt)g g+(dx/dt)+(dx/dt)f f = =g gx xg g+ + f fx xf f = = mg mgsx sxg g/(k/(ksg sg+s) +s) + +mf mfsx sxf f/(k/(ksf sf+s) +s) 一般，一般，mg mg mf mf 故固定在载体上的细胞生长故固定在载体上的细胞生长 明显受抑制。明显受抑制。 1 1、固定化细胞生长动力学、固定化细胞生长动力学 第二章发酵产酶 一般认为：固定在凝胶中的细胞的产酶模式为非生长偶一般认为：固定在凝胶中的细胞的产酶模式为非生长偶 联型联型; ;游离细胞的产酶速率依细胞产酶模式不同而不同。游离细胞的产酶速率依细胞产酶模式不同而不同。 dE/dt = (dE/dt)dE/dt =