酶的发酵工程

1、第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程 通过通过人为的操作控制人为的操作控制，利用生物细胞的生命活动，利用生物细胞的生命活动来大规模发酵生产人们所需要的酶的技术过程，称为来大规模发酵生产人们所需要的酶的技术过程，称为酶的发酵生产酶的发酵生产酶的制备方法酶的制备方法提取法提取法发酵法发酵法合成法合成法第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程第一节第一节 酶生物合成的调节机制酶生物合成的调节机制第二节第二节 酶的发酵技术酶的发酵技术第三节第三节 酶发酵动力学酶发酵动力学第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程第一节第一节 酶生

2、物合成的调节机制酶生物合成的调节机制一、原核生物中酶生物合成的调节一、原核生物中酶生物合成的调节 原核生物酶的合成主要是在转录水平上进行调节，调原核生物酶的合成主要是在转录水平上进行调节，调节方式主要有酶合成的节方式主要有酶合成的诱导诱导和酶合成的和酶合成的阻遏阻遏两种方式两种方式 原核生物中酶合成的原核生物中酶合成的诱导诱导和和阻遏阻遏作用机制：作用机制：Jacob和和Monod提出的提出的操纵子理论操纵子理论第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（一）乳糖操纵子学说（一）乳糖操纵子学说 操纵子：操纵子：在代谢途径中功能密切相关的一组蛋白质编码在代谢途径中功能密切相关的一组蛋白质编码的结构基

3、因区域和其调控区域组成的控制单元的结构基因区域和其调控区域组成的控制单元 调控区域：操纵基因、启动子（调控区域：操纵基因、启动子（P）、调控基因）、调控基因1. 1. 基本概念基本概念 诱导物：诱导物：诱导酶起始合成的物质诱导酶起始合成的物质 辅阻遏物：辅阻遏物：阻遏酶产生的物质阻遏酶产生的物质 调节蛋白：调节蛋白：调节基因产生的一种变构蛋白。两个结合调节基因产生的一种变构蛋白。两个结合位点：操纵基因结合位点、效应物结合位点。两种类型：阻位点：操纵基因结合位点、效应物结合位点。两种类型：阻遏蛋白、阻遏蛋白原。遏蛋白、阻遏蛋白原。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（1 1）阻遏蛋白的负性调节

4、）阻遏蛋白的负性调节IPOZYA- -半乳糖苷酶半乳糖苷酶透过酶透过酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶诱导物诱导物阻遏蛋白阻遏蛋白cAMP-CAPRNA聚合酶聚合酶mRNA（2 2）CAP的正性调节的正性调节2. 2. 乳糖操纵子的诱导机制乳糖操纵子的诱导机制DNA第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（二）色氨酸操纵子学说（二）色氨酸操纵子学说磷酸核糖邻氨基苯甲酸磷酸核糖邻氨基苯甲酸分支酸分支酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸羧苯氨基脱氧核糖磷酸羧苯氨基脱氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸色氨酸邻氨基苯甲酸合酶邻氨基苯甲酸合酶邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构

5、酶磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶吲哚甘油磷酸合酶吲哚甘油磷酸合酶色氨酸合酶色氨酸合酶第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程1. 1. 操纵子的调节作用操纵子的调节作用RPODBACE阻遏蛋白原阻遏蛋白原辅阻遏物辅阻遏物（色氨酸）（色氨酸）mRNADNA第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程2. 2. 衰减子的调节作用衰减子的调节作用RPODBACE低色氨酸低色氨酸高色氨酸高色氨酸前导序列前导序列4321DNA12435/ - mRNAPr4321第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（三）酶生物合成的诱导作用（三）酶生物合成的诱导作用酶酶合成方式合成方式组成酶：组成酶：细胞所固有的酶细胞所固有的酶

6、诱导酶：诱导酶：在诱导物的诱导作用下合成的酶在诱导物的诱导作用下合成的酶诱导物诱导物 底物、产物、底物结构类似物（底物、产物、底物结构类似物（IPTG）诱导诱导作用作用协同诱导：协同诱导：诱导物同时诱导几种酶的合成诱导物同时诱导几种酶的合成顺序诱导：顺序诱导：先后诱导不同酶的合成先后诱导不同酶的合成生物学意义：生物学意义： 节约机制；节约机制； 环境适应能力环境适应能力第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（四）酶生物合成的阻遏作用（四）酶生物合成的阻遏作用1. 1. 终产物阻遏终产物阻遏 某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中酶的合成的现象。酶的

7、合成的现象。ABCDEE1E2E3E4第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程2. 2. 分解代谢物的阻遏作用分解代谢物的阻遏作用 当培养基中存在两种碳源（底物）时，容易利用的当培养基中存在两种碳源（底物）时，容易利用的碳源的分解代谢产物阻遏分解代谢另一种碳源的酶的合碳源的分解代谢产物阻遏分解代谢另一种碳源的酶的合成的现象。成的现象。 葡萄糖效应葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底物）的现象物）的现象 。IPOZYAcAMP-CAP第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程二、真核生物中酶生物合成的调节二、真核生物中酶生物合成的调节（一）细胞分化改变酶的生物

8、合成（一）细胞分化改变酶的生物合成如：端粒酶的生物合成如：端粒酶的生物合成（二）基因扩增加速酶的生物合成（二）基因扩增加速酶的生物合成 如：爪蟾卵细胞形成时，如：爪蟾卵细胞形成时，rRNA的基因数增加的基因数增加4000倍；倍；中国田鼠细胞培养在含有氨甲基蝶呤的培养基中生长时，中国田鼠细胞培养在含有氨甲基蝶呤的培养基中生长时，细胞中编码二氢叶酸还原酶的基因大量扩增，以合成大量细胞中编码二氢叶酸还原酶的基因大量扩增，以合成大量的二氢叶酸还原酶。的二氢叶酸还原酶。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（三）增强子促进酶的生物合成（三）增强子促进酶的生物合成 增强子：增强子：是一段能够提高转录效率的

9、特定是一段能够提高转录效率的特定DNA序列，长序列，长约约100200bp，核心组件，核心组件812bp，单拷贝或多拷贝串联存在。，单拷贝或多拷贝串联存在。增强子的作用特点：增强子的作用特点： （1）提高同一条提高同一条DNA链上基因的转录效率，可远距离链上基因的转录效率，可远距离发挥作用，在基因的上游或下游均可起作用。发挥作用，在基因的上游或下游均可起作用。 （2）与其序列的正反方向无关。与其序列的正反方向无关。 （3）要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的专一性。专一性。 （4）必须与特定的蛋白质因子结合才能发挥作用，具有必须与特定的蛋白质

10、因子结合才能发挥作用，具有组织和细胞特异性。组织和细胞特异性。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程三、酶生物合成调节作用机理的实际应用三、酶生物合成调节作用机理的实际应用（一）发酵中的应用（一）发酵中的应用（二）酶生产中的应用（二）酶生产中的应用（三）微生物菌种选育中的应用（三）微生物菌种选育中的应用第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程第二节第二节 酶的微生物发酵技术酶的微生物发酵技术 利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控制发酵过程，大规模产酶的技术，称为酶的发酵技制发酵过程，大规模产酶的技术，称为酶的发酵技术。内容主要包括：术。内容主要包括：菌

11、种的选育菌种的选育、培养基的配方培养基的配方、发酵条发酵条件控制件控制、发酵方法发酵方法。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程一、酶的生产菌种一、酶的生产菌种（一）产酶微生物的种类（一）产酶微生物的种类1. 1. 细菌：细菌：大肠杆菌大肠杆菌青霉素酰化酶、青霉素酰化酶、L-L-天冬酰胺酶；天冬酰胺酶； 枯枯草芽孢杆菌草芽孢杆菌中性蛋白酶、中温中性蛋白酶、中温- -淀粉酶；淀粉酶； 地衣芽孢杆菌地衣芽孢杆菌高温高温- -淀粉淀粉2. 2. 放线菌：放线菌：葡萄糖异构酶、谷氨酰胺转氨酶葡萄糖异构酶、谷氨酰胺转氨酶3. 3. 酵母菌：酵母菌：凝血激酶、尿激酶、植酸酶凝血激酶、尿激酶、植酸酶4. 4

12、. 霉菌：霉菌：黑曲霉、米曲霉黑曲霉、米曲霉- -淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、 脂肪酶；理氏木霉脂肪酶；理氏木霉木聚糖酶、纤维素酶；木聚糖酶、纤维素酶； 青霉青霉葡萄糖氧化酶、葡萄糖氧化酶、5 5/ /- -磷酸二酯酶磷酸二酯酶第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（二）产酶菌种的要求（二）产酶菌种的要求 （1）酶的产量高；酶的产量高； （2）容易培养和管理，产酶细胞容易生长繁殖，适应性强，便容易培养和管理，产酶细胞容易生长繁殖，适应性强，便于管理；于管理； （3）菌株遗传性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体，保菌株遗传性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体，保证生产的稳

13、定性；证生产的稳定性； （4）菌株能利用廉价原料，发酵周期短，生产成本低；菌株能利用廉价原料，发酵周期短，生产成本低； （5）有利于酶产品的分离纯化，最好是分泌型的胞外酶；有利于酶产品的分离纯化，最好是分泌型的胞外酶； （6）菌株安全可靠，非病原菌，不产毒素及其它有害物质，不菌株安全可靠，非病原菌，不产毒素及其它有害物质，不影响生产人员的身体健康；影响生产人员的身体健康； （7）基因工程菌必须符合安全性要求。基因工程菌必须符合安全性要求。安全安全 方便方便 产量高产量高 成本低成本低 第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（三）（三）产酶微生物的分离产酶微生物的分离1. 1. 含菌样品的采集含

14、菌样品的采集根据不同微生物的生态分布特点，从自然界中采样。根据不同微生物的生态分布特点，从自然界中采样。产酶微生物的分布基本规律：产酶微生物的分布基本规律：（1 1）相近菌种产生的酶性质一般相近或相似。相近菌种产生的酶性质一般相近或相似。 （2 2）胞外酶的稳定性和最适条件通常和菌的最适生胞外酶的稳定性和最适条件通常和菌的最适生长条件接近。长条件接近。 （3 3）为获得能降解某种物质的产酶菌株，一般可从为获得能降解某种物质的产酶菌株，一般可从该物质分布比较丰富的地方寻找。该物质分布比较丰富的地方寻找。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程2. 2. 菌种的分离纯化菌种的分离纯化平板划线法、稀释

15、涂布分离法平板划线法、稀释涂布分离法3. 3. 产酶性能的测定产酶性能的测定初筛初筛： 快速、简便；平板筛选法快速、简便；平板筛选法有色圈。有色圈。复筛复筛： 精确；液体或固体培养发酵，测定产酶水平。精确；液体或固体培养发酵，测定产酶水平。4. 4. 菌种的选育菌种的选育 （1 1）诱变育种）诱变育种 物理诱变：紫外线、物理诱变：紫外线、射线、微波诱变等射线、微波诱变等 化学诱变：亚硝基胍（化学诱变：亚硝基胍（NTGNTG）、硫酸二乙酯（）、硫酸二乙酯（DESDES）等）等 空间诱变（特殊环境条件，如宇宙射线、高真空、空间诱变（特殊环境条件，如宇宙射线、高真空、 微重力等）微重力等） 第二章第

16、二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（2 2）代谢控制育种）代谢控制育种 营养缺陷型突变株营养缺陷型突变株 抗反馈调节突变株抗反馈调节突变株 耐性突变株耐性突变株 （3 3）原生质体融合育种）原生质体融合育种 是将亲株细胞分别去除细胞壁后进行融合是将亲株细胞分别去除细胞壁后进行融合, ,经基因组间经基因组间 的交换重组的交换重组, ,获得融合子的过程。获得融合子的过程。 第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（4 4）基因工程育种）基因工程育种 是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，将外源是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受基因通过体外重

17、组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。 （5 5）基因组改组育种）基因组改组育种 是分子定向进化是分子定向进化DNA 改组技术在全基因组水平的延改组技术在全基因组水平的延伸。它将重组的对象从单个基因扩展到整个基因组，可以伸。它将重组的对象从单个基因扩展到整个基因组，可以在更广泛的范围内对菌种的多种优良性状进行优化组合。在更广泛的范围内对菌种的多种优良性状进行优化组合。 第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（四）菌种活化与扩大培养（四）菌种活化与扩大培养1. 1. 菌种扩大培养菌种扩大培养保藏菌种保藏菌种试管斜面活化试管斜面

18、活化三角瓶培养三角瓶培养种子罐培养种子罐培养2. 2. 种子制备的过程种子制备的过程 防止杂菌污染，减少转接次数，避免种子培养基的长防止杂菌污染，减少转接次数，避免种子培养基的长时高温灭菌；培养基及培养条件是细胞生长繁殖的最适条时高温灭菌；培养基及培养条件是细胞生长繁殖的最适条件；培养时间以对数生长期为宜。件；培养时间以对数生长期为宜。第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程3. 3. 种子质量的控制种子质量的控制（1 1） 影响种子质量的因素及其控制影响种子质量的因素及其控制培养基培养基 营养成分丰富，尽可能满足细胞生长繁殖；营养成分丰富，尽可能满足细胞生长繁殖； 营养成分尽可能与发酵培养基接

19、近；营养成分尽可能与发酵培养基接近；pHpH值稳定值稳定培养条件培养条件 必须是菌种细胞必须是菌种细胞生长繁殖生长繁殖的最适条件；包括的最适条件；包括 温度、温度、pH值、通气搅拌、通风、翻曲、湿度值、通气搅拌、通风、翻曲、湿度种龄种龄 生命力最为旺盛的对数生长期。生命力最为旺盛的对数生长期。细菌细菌：724h; 霉菌霉菌：16 50h; ; 放线菌放线菌：2164h;第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程种子质量的判断种子质量的判断 细菌、酵母菌细菌、酵母菌 菌体健壮，菌形菌体健壮，菌形 一致，均匀整齐，一定的排列和形态；一致，均匀整齐，一定的排列和形态； 霉菌、放线菌霉菌、放线菌菌丝粗壮，

20、染色力强，生长旺菌丝粗壮，染色力强，生长旺 盛，菌丝分枝和内含物情况良好。盛，菌丝分枝和内含物情况良好。种子的异常情况种子的异常情况 菌种生长缓慢或过快，菌丝结团菌种生长缓慢或过快，菌丝结团 接种量接种量 与菌种特性、种子质量和发酵条件有关。与菌种特性、种子质量和发酵条件有关。 0.1 10%第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（2 2） 种子质量的控制措施种子质量的控制措施菌种稳定性检查菌种稳定性检查：保藏菌种：保藏菌种无（杂）菌检查无（杂）菌检查：显微镜观察，肉汤或琼脂斜面培养：显微镜观察，肉汤或琼脂斜面培养生化分析生化分析：养分消耗速度，：养分消耗速度，pHpH变化，溶解氧利用，变化，

21、溶解氧利用， 色泽，气味等色泽，气味等第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程4. 4. 菌种的退化与复壮菌种的退化与复壮 （1 1）菌种退化现象：）菌种退化现象：随着菌种保藏时间的延长或多次随着菌种保藏时间的延长或多次的转接传代，菌种本身所具有的优良遗传性状发生了不利的转接传代，菌种本身所具有的优良遗传性状发生了不利于发酵生产的遗传变异现象。于发酵生产的遗传变异现象。 （2 2）防止退化措施：）防止退化措施：创造合适的培养条件，采取有效创造合适的培养条件，采取有效的菌种保藏方法，尽量减少传代次数。的菌种保藏方法，尽量减少传代次数。 （3 3）退化菌种的复壮：）退化菌种的复壮：纯种分离和性能测定

22、。包括已纯种分离和性能测定。包括已发生退化菌种的复壮和菌种退化之前的复壮和提高。发生退化菌种的复壮和菌种退化之前的复壮和提高。 （4 4）携带外源基因质粒的基因工程菌不稳定性及对策：）携带外源基因质粒的基因工程菌不稳定性及对策：（1 1）组建合适载体和受体菌；（）组建合适载体和受体菌；（2 2）适当宿主施加选择压）适当宿主施加选择压力；（力；（3 3）诱导表达，控制基因过量表达）诱导表达，控制基因过量表达第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程二、培养基和培养条件对产酶的影响与调节二、培养基和培养条件对产酶的影响与调节（一）培养基成分对产酶的影响（一）培养基成分对产酶的影响1. 1. 碳源碳源

23、淀粉及其水解物淀粉及其水解物, ,可作为产酶诱导物可作为产酶诱导物2. 2. 氮源氮源 无机氮和有机氮无机氮和有机氮3. 3. 无机盐类无机盐类 大量元素和微量元素大量元素和微量元素4. 4. 生长因子生长因子 氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、激素氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、激素5. 5. 产酶促进剂产酶促进剂 表面活性剂、植酸钙镁、表面活性剂、植酸钙镁、LS(脂肪酰胺脂肪酰胺磺酸钠磺酸钠)、聚乙烯、聚乙烯醇、醇、EDTA等等第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程1. 1. 温度温度对产酶的影响与调节控制对产酶的影响与调节控制 不同的微生物生长与产酶的最适温度各有不同；不同的微生物生长与产酶的最适

24、温度各有不同；很多微生物发酵产酶的最适温度与生长繁殖的最适温很多微生物发酵产酶的最适温度与生长繁殖的最适温度不同，且往往低于生长最适温度。度不同，且往往低于生长最适温度。 在酶发酵生产的不同阶段控制不同的温度条件，在酶发酵生产的不同阶段控制不同的温度条件，进行变温发酵。例如有报道，以枯草芽胞杆菌进行中进行变温发酵。例如有报道，以枯草芽胞杆菌进行中性蛋白酶生产时，培养温度从性蛋白酶生产时，培养温度从31逐渐升温至逐渐升温至40，然后再降温至然后再降温至31进行培养，蛋白酶产量比不升温时进行培养，蛋白酶产量比不升温时提高提高66。（二）培养条件对产酶的影响与调节控制（二）培养条件对产酶的影响与调节

25、控制第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程2. 2. pH对产酶的影响与调节控制对产酶的影响与调节控制培养基培养基pH的改变会影响产酶的种类或比例的改变会影响产酶的种类或比例调节控制调节控制 控制培养基的组分或比例；添加控制培养基的组分或比例；添加pH缓冲物质；流缓冲物质；流加酸碱溶液或补料；提高空气流量加酸碱溶液或补料；提高空气流量细细 菌、放菌、放 线线 菌菌霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌 微酸微酸 中性中性 微碱微碱pH第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程 液态发酵可利用发酵罐的夹套、盘管或蛇管等通过液态发酵可利用发酵罐的夹套、盘管或蛇管等通过温（冷）水进行调节控制，固态发酵可通过通风量或风

26、温（冷）水进行调节控制，固态发酵可通过通风量或风温来进行调节。温来进行调节。调节控制调节控制图图2-1 2-1 温度调节装置温度调节装置第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程3. 3. 溶解氧溶解氧对产酶的影响与调节控制对产酶的影响与调节控制临界氧浓度临界氧浓度不影响细胞正常代谢的最低氧浓度不影响细胞正常代谢的最低氧浓度溶氧浓度是由溶氧速率和耗氧速率来决定的。溶氧浓度是由溶氧速率和耗氧速率来决定的。调节控制调节控制 调节氧分压调节氧分压 改变进气压力或罐压，改变氧含量，改变进气压力或罐压，改变氧含量， 添加氧载体添加氧载体 增加通气量增加通气量 延长气液接触时间，增加气液接触面积延长气液接触时

27、间，增加气液接触面积 改变培养液的性质改变培养液的性质 改变组分或浓度，添加消泡剂改变组分或浓度，添加消泡剂第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程4. 4. 泡沫泡沫对产酶的影响与控制对产酶的影响与控制泡沫的不利影响：泡沫的不利影响： 阻碍阻碍CO2的排除，影响的排除，影响O2的溶解；的溶解； 发酵液溢出，造成原料浪费，引起杂菌污染；发酵液溢出，造成原料浪费，引起杂菌污染； 发酵罐装料量受限，降低发酵罐的利用率；发酵罐装料量受限，降低发酵罐的利用率；控制泡沫的方法：控制泡沫的方法： 选育不易产生泡沫的菌种；选育不易产生泡沫的菌种； 调节培养基中营养成分，减少或缓加易起泡的原料；调节培养基中营养

28、成分，减少或缓加易起泡的原料； 机械消泡或化学消泡；化学消泡剂：天然油类，甘油聚机械消泡或化学消泡；化学消泡剂：天然油类，甘油聚醚，泡敌（聚环氧丙烷环氧乙烷甘油）。勤加、少加较好醚，泡敌（聚环氧丙烷环氧乙烷甘油）。勤加、少加较好第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程5. 5. 湿度湿度对产酶的影响与控制对产酶的影响与控制 对固体发酵产酶而言，影响微生物的产酶量，也会影对固体发酵产酶而言，影响微生物的产酶量，也会影响产酶达到高峰的时间。响产酶达到高峰的时间。 特定菌种，发酵过程的不同时期，对湿度要求不同。特定菌种，发酵过程的不同时期，对湿度要求不同。固态发酵产酶，前期湿度低，后期湿度高，有利于产

29、酶。固态发酵产酶，前期湿度低，后期湿度高，有利于产酶。调节控制调节控制 配制培养基时，控制物料的含水量；控制鼓风量大小，配制培养基时，控制物料的含水量；控制鼓风量大小，或调节空气的湿度；喷洒水分或调节空气的湿度；喷洒水分第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程三、发酵方法三、发酵方法（一）液体深层发酵（一）液体深层发酵 优点：优点： 产酶纯度高，质量稳定；产酶纯度高，质量稳定； 较易控制发酵条件，易自动化较易控制发酵条件，易自动化 控制；控制； 机械化程度高，劳动强度小；机械化程度高，劳动强度小； 设备利用率高。设备利用率高。 缺点：缺点： 设备投资大设备投资大 按发酵基质状态分为：按发酵基质状

30、态分为：图图2-2 2-2 液体深层发酵机械搅拌罐（单位：液体深层发酵机械搅拌罐（单位：mmmm）第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（二）固体发酵（二）固体发酵固体发酵方式：浅盘培养、转鼓培养、厚层通风培养、压力固体发酵方式：浅盘培养、转鼓培养、厚层通风培养、压力脉动固态发酵（新）脉动固态发酵（新）优点：优点： 设备简单，环境污染少；产酶率高；适合霉菌的培养。设备简单，环境污染少；产酶率高；适合霉菌的培养。缺点：缺点： 劳动强度大；原料利用率低；产酶纯度差，劳动强度大；原料利用率低；产酶纯度差，提取精制提取精制困困难；传质传热效率低，发酵条件不易控制，产酶不稳定；不难；传质传热效率低，发酵

31、条件不易控制，产酶不稳定；不能进行胞内酶的生产。能进行胞内酶的生产。图图2-3 2-3 厚壁通风制曲池厚壁通风制曲池第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程压力脉动固态发酵压力脉动固态发酵 在产酶量方面表现出众多在产酶量方面表现出众多的优越性。与传统固态发酵相的优越性。与传统固态发酵相比，实现了严格意义上的纯种比，实现了严格意义上的纯种培养，提高了产酶效率，实现培养，提高了产酶效率，实现发酵过程中的温度、湿度、发酵过程中的温度、湿度、pHpH值可控。设备投资比传统固态值可控。设备投资比传统固态发酵法高发酵法高, ,但又比液体深层发但又比液体深层发酵低。酵低。 压力脉动反应器的固体培养基是静态压力

32、脉动反应器的固体培养基是静态, , 气相则是动态，气相则是动态，且气体呈脉动式通入。且气体呈脉动式通入。图图2-4 2-4 压力脉动固态发酵反应器压力脉动固态发酵反应器第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（三）分批发酵（三）分批发酵（四）连续发酵（四）连续发酵 特点：特点：操作简单；发酵初期营养物过多可能抑制微操作简单；发酵初期营养物过多可能抑制微生物的生长，中后期可能因为营养物的减少及有害代谢生物的生长，中后期可能因为营养物的减少及有害代谢产物的积累而降低培养效率产物的积累而降低培养效率 优点：优点：可有效实现自动化，降低劳动强度，设备利可有效实现自动化，降低劳动强度，设备利用率高，可消除反馈阻遏作用，酶产率高。适合于与生用率高，可消除反馈阻遏作用，酶产率高。适合于与生长相偶联的发酵产物的生产。长相偶联的发酵产物的生产。 缺点：缺点：菌种易变异退化，易染杂菌。原料利用率低，菌种易变异退化，易染杂菌。原料利用率低，生产成本增加。生产成本增加。按物料交换情况分为以下几种：按物料交换情况分为以下几种：第二章第二章 酶的发酵工程酶的发酵工程（五）补料分批发酵（五）补料分批发酵 优点：优点：可解除营养基质的抑制和分解代谢物阻遏作用；可解除营养基质的抑制和分解代谢物阻遏作用；可改善好