微生物发酵产酶医学讲座专家讲座

Contentsofchapter21、酶生物合成过程2、常见产酶微生物3、酶发酵工艺条件及控制4、酶生产过程动力学GoGoGoGo微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第1页酶生产方法提取分离法(Extraction)生物合成(Biosynthesis)化学合成(chemicalsynthesis)SOD-bloodPapain-PapayaChymotrypsin-Pancrea……

organ/tissue/cellAmylasefromBacillusProteasefromBacillusPhosphatasefromBacillusGlucoamylasefromAspergillus……PlantcellcultureAnimalcellcultureFewexample微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第2页微生物发酵产酶酶发酵生产：经过预先设计，经过人工操作，利用微生物生命活动，取得所需酶技术过程。大多数酶生产采取发酵生产→原因：微生物含有种类多、繁殖快、易培养、代谢能力强等特点微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第3页微生物发酵产酶优良产酶微生物具备条件：（1）酶产量高；（2）产酶稳定性好；（3）轻易培养和管理；（4）利于酶分离纯化；（5）安全可靠、无毒性等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第4页微生物发酵产酶酶发酵生产方式：固体培养发酵液体深层发酵固定化微生物细胞发酵固定化微生物原生质体发酵微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第5页微生物发酵产酶酶生物合成基本理论蛋白类酶和核酸类酶→酶生物合成主要是指细胞内RNA和蛋白质合成过程.合成过程:酶基因（DNA）→（转录）→RNA→（翻译）→多肽链→（加工、组装）蛋白质微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第6页酶生物合成过程ThebiosynthesisprocessofEnzyme1、中心法则-CentralDogma2、RNA生物合成-Transcription3、蛋白质生物合成-Translation4、酶生物合成调整-RegulationGoGoGoGo微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第7页Reversetranscription1、中心法则-CentralDogma微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第8页2、RNA生物合成(转录)-Transcription细胞内RNA生物功效

在蛋白质生物合成过程中，各种RNA起着主要作用。其中，tRNA作为氨基酸载体，并由其上反密码子识别mRNA分子上密码子；mRNA作为蛋白质合成模板，由其分子上三联体密码控制蛋白质分子中氨基酸排列次序；rRNA与蛋白质一起组成核糖核蛋白体（核糖体），作为蛋白质生物合成场所。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第9页3、蛋白质合成(翻译)-Translation翻译:以RNA中mRNA为模板,按照其核苷酸次序所组成密码指导蛋白质合成过程.mRNA蛋白质翻译

各种信息各种蛋白质（核苷酸排列次序）（氨基酸排列次序）微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第10页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制原核生物中酶生物合成调整主要是转录水平调整雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）于1960年提出操纵子学说（Operontheory）来说明。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第11页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述操纵子（Operon）：是基因表示和控制一个完整单元，其中包含结构基因，调整基因，操纵基因和开启基因。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第12页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述开启基因（Promotergene）：由两个位点组成，一个是RNA聚合酶结合位点，另一个是环腺苷酸（cyclicAMP,cAMP）与CAP组成复合物(cAMP-CAP)结合位点。操纵基因（Operatorgene）：与调整基因产生变构蛋白（阻遏蛋白）中一个结构结合，从而操纵酶生物合成时机和合成速度。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第13页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述调整基因（Regulatorgene）:产生一个阻遏蛋白。阻遏蛋白是一个由多个亚基组成变构蛋白，它能够经过与一些小分子效应物（诱导物或阻遏物）特异结合而改变其结构，从而改变它与操纵基因结协力。当阻遏蛋白与操纵基因结合时，因为空间排挤作用，RNA聚合酶就无法结合到开启基因位点上，也无法进行结构基因位置进行转录，酶生物合成也就无法进行。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第14页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述结构基因（Struturalgene）：结构基因与多肽链有各自对应关系。结构基因上遗传信息能够转录成为mRNA上遗传密码，再经翻译成为酶蛋白多肽链，每一个结构基因对应一条多肽链。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第15页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述诱导型操纵子（Inducibleoperon）—大肠杆菌乳糖操纵子微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第16页酶生物合成调整原核生物中酶生物合成调整机制操纵子学说概述阻遏型操纵子（Repressibleoperon）—色氨酸操纵子(Trpoperon)色氨酸操纵子(tryptophaneoperon)负责色氨酸生物合成，当培养基中有足够色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏色氨酸时操纵子被打开，trp基因表示，色氨酸或与其代谢相关某种物质在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用。

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第17页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第18页酶生物合成调整真核生物酶生物合成调整当前为止，还没有统一理论和模型来阐述真核生物酶生物合成调整规律。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第19页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction基本要求：不是致病菌发酵周期短,产酶量高不易变异退化最好是产生胞外酶菌种,利于分离。对医药和食品用酶,还应考虑安全性：凡从可食部分或食品加工中传统使用微生物生产酶,安全!由非致病微生物制取酶,需作短期毒性试验。非常见微生物制取酶,需做广泛毒性试验,包含慢性中毒试验。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第20页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction1、细菌细菌是在工业上有主要应用价值原核微生物。在酶生产中惯用细菌有大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第21页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction1、细菌细菌属于真细菌纲(Schizomycetes)，是单细胞，横分裂或二分裂繁殖，依细胞形状和分裂后集合状态而给予各种名称。按形状分为球菌、杆菌、螺旋菌等。球菌又有单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、链球菌、葡萄球菌等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第22页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction球菌链球菌微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第23页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction四联球菌葡萄球菌微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第24页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction杆菌螺旋菌微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第25页(1)大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著名原核生物。形态：短杆或长杆状，0.5～1.0×1.0～3.0um，革兰氏阴性，运动(周毛)或不运动，无芽孢，普通无荚膜。菌落呈白色至黄白色，扩展，光滑，闪光。Escherich属菌株和大多数大肠杆菌是无害，但也有些大肠杆菌是致病，会引发腹泻和尿路感染。大肠杆菌名声主要因它易于在试验室操作、生长快速，而且营养要求低。应用： 大肠杆菌能作为宿主供大量细菌病毒生长繁殖 大肠杆菌也是最早用作基因工程宿主菌 工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第26页(2)醋酸杆菌（Acetobacter）

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）微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第27页(3)枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）

直状、近直状杆菌，周生或侧生鞭毛，革兰氏阳性，无荚膜，芽孢0.5×1.51.8m，中生或近中生。枯草芽孢杆菌是工业发酵主要菌种之一。生产淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、一些氨基酸及核苷。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第28页惯用产酶微生物放线菌(actinomycetes)

放线菌是含有分支状菌丝单细胞原核微生物。惯用于酶发酵生产放线菌主要是链霉菌(Streptomyces)。链霉菌菌落呈放射状，含有分枝菌丝体，菌丝直径0.2～1.2μm。革兰氏染色阳性。菌丝有气生菌丝和基内菌丝之分，基内菌丝不停裂，只有气生菌丝形成孢子链。链霉菌是生产葡萄糖异构酶主要微生物。还能够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。另外，链霉菌还含有丰富16α羟化酶，可用于甾体转化。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第29页惯用产酶微生物放线菌链霉菌属诺卡氏菌属微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第30页惯用产酶微生物放线菌

诺卡氏菌属多为需氧型腐生菌，少数厌氧型寄生菌。已报道有100余种，主要分布于土壤。许各种能产生抗生素，如利福霉素（rifomycin）等，有用于石油脱蜡，烃类发酵及污水处理等。

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第31页惯用产酶微生物放线菌链霉菌属主要分布于含水量较低，有机质丰富中性或微碱性土壤中，多数为腐生，好氧菌。已知放线菌所产抗生素90％由本属产生。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第32页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction2、霉菌霉菌是一类丝状真菌。用于酶发酵生产霉菌主要有黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第33页曲霉(Aspergillus)分类：多数属于子囊菌亚门，少数属于半知菌亚门。分布：广泛分布于土壤、空气和谷物上，可引发食物、谷物和果蔬霉腐变质，有可产生致癌性黄曲霉毒素。代表种：黑曲霉Asp.Niger、黄曲霉Asp.flavus应用：是制酱、酿酒、制醋主要菌种。是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）菌种。生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）。农业上用作生产糖化饲料菌种。回本节微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第34页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction黑曲霉黑曲霉是曲霉属黑曲霉群霉菌。菌丝体由含有横隔分支菌丝组成，菌丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙。黑曲酶可用于生产各种酶，有胞外酶也有胞内酶。比如，糖化酶，α-淀粉酶,酸性蛋白酶，果胶酶，葡萄糖氧化酶，过氧化氢酶，核糖核酸酶，脂肪酶，纤维素酶，橙皮苷酶，核苷酶等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第35页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第36页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction

米曲霉(Aspergillusoryzae)米曲霉是曲霉属黄曲霉群霉菌。菌丛普通为黄绿色，后变为黄褐色，分生孢子头呈放射形，顶囊球形或瓶形，小梗普通为单层，分生孢子球形，平滑，少数有刺，分生孢子梗长达2mm左右，粗糙。米曲霉中糖化酶和蛋白酶活力较强，这使米曲霉在我国传统酒曲和酱油曲制造中广泛应用。另外，米曲霉还能够用于生产氨基酰化酶、磷酸二酯酶、果胶酶、核酸酶P等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第37页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第38页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction红曲霉（Monascus）红曲霉菌落早期白色，老熟后变为淡粉色、紫红色或灰黑色。通常形成红色色素。菌丝含有隔膜，多核，分枝甚繁。分生孢子着生在菌丝及其分枝顶端，单生或成链，闭囊壳球形，有柄，其内散生十多个子囊，子囊球形，内含8个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子则留在闭囊壳内。红曲霉可用于生产α-淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、蛋白酶等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第39页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第40页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction青霉(Penicillium)青霉属半知菌纲。其营养菌丝体无色、淡色或含有鲜明颜色，有横隔，分生孢子梗亦有横隔，光滑或粗糙，顶端形成帚状分枝，小梗顶端串生分生孢子，分生孢子球形、椭圆形或短柱形，光滑或粗糙，大部分在生长时呈蓝绿色。有少数种会产生闭囊壳，其内形成子囊和子囊孢子，亦有少数菌种产生菌核。青霉菌种类很多，其中产黄青霉（Penicilliumchrysogenum）用于生产葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素酰化酶（主要作用于青霉素）果胶酶、纤维素酶等。桔青霉（Penicilliumcityrinum）用于生产5’-磷酸二酯酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶、核酸酶S1、核酸酶P1等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第41页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第42页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction木霉(Trichoderma)木霉属于半知菌纲。生长时菌落生长快速，呈棉絮状或致密丛束状，菌落表面呈不一样程度绿色，菌丝透明，有分隔，分枝繁复，分枝上可继续分枝，形成二级分枝、三级分枝，分支末端为小梗，瓶状，束生、对生、互生或单生，分生孢子由小梗相继生出，靠粘液把它们聚成球形或近球形孢子头。分生孢子近球形、椭圆形、圆筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透明或亮黄绿色。木霉是生产纤维素酶主要菌株。木霉生产纤维素酶中包含有C1酶、Cx酶和纤维二糖酶等。另外，木霉中含有较强17-α羟化酶，惯用于甾体转化。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第43页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第44页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction

根霉(Rhizopus)根霉生长时,由营养菌丝产生匍匐枝，匍匐枝末端生出假根，在有假根匍匐枝上生出成群孢子囊梗，梗顶端膨大形成孢子囊，囊内产生孢子囊包子。孢子呈球形、卵形或不规则形状。根霉可用于生产糖化酶、α-淀粉酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。根霉有强11-α羟化酶，是用于甾体转化主要菌株。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第45页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第46页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction毛霉(Mucor)毛霉菌丝体在基质上或基质内广泛蔓延，无假根。菌丝体上直接生出孢子囊梗，普通单生，分枝较少或不分枝。孢子囊梗顶端都有膨大成球形孢子囊，囊壁上常有针状草酸钙结晶。毛霉惯用于生产蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第47页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第48页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母酵母是一群属于真菌单细胞微生物。它分为两大类:一类能产生子囊孢子，称为真酵母；另一类不能生成子囊孢子，称为类酵母。通常以出芽方式进行无性繁殖，也有少数酵母进行有性繁殖。细胞形状因菌株而异，有球形、卵园形、柠檬形、梨形、腊肠形、也有丝状。大小一般为1～30μm。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第49页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)啤酒酵母是啤酒工业上广泛应用酵母。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。营养细胞能够直接变为子囊，每个子囊含有1～4个圆形光亮子囊孢子。啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒类生产外，还能够用于转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等生产。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第50页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第51页常见产酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母假丝酵母(Candida)假丝酵母细胞圆形，卵形或长形。无性繁殖为多边芽殖，形成假菌丝，也有真菌丝，可生成无节孢子、子囊孢子、冬孢子或掷孢子。不产生色素。在麦芽汁琼脂培养基上，菌落呈乳白色或奶油色。假丝酵母能够用于生产脂肪酶、尿酸酶、尿囊素酶、转化酶、醇脱氢酶等。含有较强17-羟基化酶，能够用于甾体转化。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第52页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第53页发酵工艺条件及其控制

微生物发酵产酶普通工艺流程

细胞扩大培养养保藏细胞细胞活化发酵分离纯化酶固定化细胞原生质体固定化原生质体培养基预培养无菌空气微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第54页2.3酶发酵工艺条件与控制Thefermentationprinciplesanditscontrolofenzymeproduction1、培养基2、发酵条件及控制3、提升产酶办法GoGoGo下一节本章目录微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第55页五大要素：碳源、氮源、无机盐、生长因子、水培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作基础培养基（medium）是人工配制，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要五大营养要素微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第56页组成细胞物质或代谢产物中碳架碳源可作能源，为生命活动提供能量惯用碳源：糖类、醇类、脂类、有机酸、烃类、蛋白质及其降解物水是微生物最基本组成份（７０％—９０％）水是微生物体内和体外溶剂（吸收营养成份和代谢废物）水是细胞质组分，直接参加各种代谢活动调整细胞温度和保持环境温度稳定（比热高，传热快）水碳源选择适当碳源，以适应目标酶合成调整机制微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第57页组成细胞物质和代谢产物中氮素（不能用作能源）氮源有机氮源蛋白胨、酵母膏、牛肉膏无机氮源铵盐、硝酸盐参加酶组成、组成酶活性基、激活酶活性维持细胞结构稳定性调整细胞渗透压控制细胞氧化还原电位有时可作一些微生物生长能源物质惯用：硫酸盐、磷酸盐、氯化物以及含有钾、钠、钙、镁、铁等元素化合物。氮源无机盐需要注意适当碳氮比微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第58页生长因子生长因子是指一些微生物不能用普通碳源、氮源物质进行合成，而必须另外加入少许生长需求有机物质。分类：化学结构分成维生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及其衍生物和类脂成份等四类功效：以辅酶与辅基形式参加代谢中酶促反应

试验室中惯用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等作为各种生长因子需要，麦芽汁、米曲汁等天然培养基中本身含有各种生长因子微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第59页培养基各种生物对营养需求微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第60页1、选择适宜营养物质2、营养物浓度及配比适当3、物理、化学条件适宜4、经济节约5、精心设计、试验比较培养不一样微生物必须采取不一样培养条件；培养目标不一样，原料选择和配比不一样；不一样阶段，培养条件也有所差异。培养基设计标准微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第61页试验室惯用培养基：细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；放线菌：高氏1号合成培养基培养；酵母菌：麦芽汁培养基；霉菌：查氏合成培养基；比如枯草芽孢杆菌：普通培养：肉汤培养基或LB培养基；自然转化：基础培养基；观察芽孢：生孢子培养基；产蛋白酶：以玉米粉、黄豆饼粉为主产酶培养基；微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第62页枯草杆菌BF7658α-淀粉酶发酵培养基：玉米粉8%，豆饼粉4%，磷酸氢二钠0.8%，硫酸铵0.4%，氯化钙0.2%，氯化按0.15%（自然pH）。枯草杆菌AS1.398中性蛋白酶发酵培养基：玉米粉4%，豆饼粉3%，麸皮3.2%,糠1%,磷酸氢二钠0.4%,磷酸二氢钾0.03%（自然pH）。黑曲霉糖化酶发酵培养基：玉米粉10%，豆饼粉4%，麸皮1%（pH4.4～5.0）。地衣芽孢杆菌2709碱性蛋白酶发酵培养基：玉米粉5.5%,豆饼4%,磷酸氢二钠0.4%,磷酸二氢钾0.03%(pH8.5)。黑曲霉AS3.350酸性蛋白酶发酵培养基:玉米粉6%,豆饼粉4%,玉米浆0.6%,氯化钙0.5%,氯化铵1%,磷酸氢二钠0.2%(pH5.5)。游动放线菌葡萄糖异构酶发酵培养基：糖蜜2%，豆饼粉2%，磷酸氢二钠0。1%，硫酸镁0。05%(pH7.2)。桔青霉磷酸二酯酶发酵培养基：淀粉水解糖5%，蛋白胨0.5%,硫酸镁0.05%,氯化钙0.04%,磷酸氢二钠0.05%,磷酸二氢钾0.05%(自然pH)。黑曲霉AS3.396果胶酶发酵培养基:麸皮5%,果胶0.3%,硫酸铵2%,磷酸二氢钾0.25%,硫酸镁0.05%,硝酸钠0.02%,硫酸亚铁0.001%(自然pH)。枯草杆菌AS1.398碱性磷酸酶发酵培养基:葡萄糖0.4%,乳蛋白水解物0.1%,硫酸铵1%,氯化钾0.1%,氯化钙0.1mmol/L,氯化镁1.0mmol/L,磷酸氢二钠20mol/L(用pH7.4Tris-HCl缓冲液配制)回本节微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第63页2、发酵条件及控制pH值调整控制

温度调整控制

溶解氧调整控制

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第64页发酵条件及控制pH值调整控制不一样细胞，其生长繁殖最适pH值有所不一样。普通细菌和放线菌生长最适pH值在中性或碱性范围（pH6.5～8.0）；霉菌和酵母最适生长pH值为偏酸性(pH4～6)；植物细胞生长最适pH值为5～6。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第65页发酵条件及控制pH值调整控制细胞发酵产酶最适pH值与生长最适pH值往往有所不一样。细胞生产某种酶最适pH值通常靠近于该酶催化反应最适pH值。有些细胞能够同时产生若干种酶，在生产过程中，经过控制培养基pH值，往往能够改变各种酶之间产量百分比。比如，采取米曲霉发酵生产蛋白酶时，当培养基pH值为碱性时，主要生产碱性蛋白酶；培养基pH值为中性时，主要生产中性蛋白酶；而在酸性条件下，则以生产酸性蛋白酶为主。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第66页发酵条件及控制pH值调整控制培养基pH值与培养基组成成份以及发酵工艺条件亲密相关。◆含糖量高培养基，因为糖代谢产生有机酸，会使pH值向酸性方向移动；◆含蛋白质、氨基酸较多培养基，经过代谢产生较多胺类物质，使pH值向碱性方向移动；◆以硫酸铵为氮源时，伴随铵离子被利用，培养基中积累硫酸根会使pH值降低；◆以尿素为氮源，伴随尿素被水解生成氨，而使培养基pH值上升，然后又伴随氨被细胞同化而使pH值下降；微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第67页发酵条件及控制pH值调整控制◆磷酸盐存在，对培养基pH值改变有一定缓冲作用。◆在氧气供给不足时，因为代谢积累有机酸，可使培养基pH值向酸性方向移动。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第68页发酵条件及控制发酵过程中，对培养基pH值进行适当控制和调整方法:◆调整pH值方法能够经过改变培养基组分或其百分比；◆也能够使用缓冲液来稳定pH值；◆或者在必要时经过流加适宜酸、碱溶液方法，调整培养基pH值，以满足细胞生长和产酶要求。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第69页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第70页发酵条件及控制温度调整控制不一样细胞有不一样最适生长温度。比如，枯草杆菌最适生长温度为34～37℃，黑曲霉最适生长温度为28～32℃等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第71页通常在生物学范围内每升高10℃，生长速度就加紧一倍，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。温度控制有些细胞发酵产酶最适温度与细胞生长最适温度有所不一样，而且往往低于生长最适温度。这是因为在较低温度条件下，能够提升酶所对应mRNA稳定性，增加酶生物合成延续时间，从而提升酶产量。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第72页发酵条件及控制温度调整控制◆温度调整普通采取热水升温、冷水降温方法。为了及时地进行温度调整控制，在发酵罐或其它生物反应器中，均应设计有足够传热面积热交换装置，如排管、蛇管、夹套、喷淋管等，而且随时备有冷水和热水，以满足温度调控需要。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第73页发酵条件及控制溶解氧调整控制

细胞必须取得充分氧气，使从培养基中取得能源物质（普通是指各种碳源）经过有氧降解而生成大量细胞生长繁殖和酶生物合成过程需要大量能量ATP。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第74页溶解氧控制在酶发酵生产过程中，处于不一样生长阶段细胞，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差异。所以必须依据耗氧量不一样，不停供给适量溶解氧。培养液中溶解氧量，决定于在一定条件下氧气溶解速度。溶氧速率与通气量、氧气分压、气液接触时间、气液接触面积以及培养液性质等有亲密关系。普通说来，通气量越大、氧气分压越高、气液接触时间越长、气液接触面积越大，则溶氧速率越大。培养液性质，主要是黏度、气泡、以及温度等对于溶氧速率有显著影响。回本节微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第75页发酵条件及控制溶解氧调整控制调整通气量调整氧分压调整气液接触时间调整气液接触面积改变培养液性质控制溶解氧方法微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第76页发酵条件及控制溶解氧调整控制调整气液接触面积办法:

为了增大气液两相接触面积，应是经过培养液空气尽可能分散成小气泡。

在发酵容器底部安装空气分配管，使气体分散成小气泡进入培养液中，是增加气液接触面积主要方法。

装设搅拌装置或增设挡板等能够使气泡深入打坏和分散，也能够有效地增加气液接触面积，从而提升溶氧速率。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第77页发酵条件及控制溶解氧调整控制改变培养液性质：

能够经过改变培养液组分或浓度等方法，有效地降低培养液黏度；设置消泡装置或添加适当消泡剂，能够降低或消除泡沫影响，以提升溶氧速率。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第78页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物控制阻遏物浓度

添加表面活性剂

添加产酶促进剂

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第79页提升酶产量办法

添加诱导物对于诱导酶发酵生产，在发酵过程中某个适宜时机，添加适宜诱导物，能够显著提升酶产量。比如，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生物合成等。诱导物普通能够分为3类

酶作用底物酶催化反应产物作用底物类似物微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第80页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物1.酶作用底物许多诱导酶都能够由其作用底物诱导产生。比如，乳糖诱导大肠杆菌β-半乳糖苷酶。L-苯丙氨酸诱导苯丙氨酸解氨酶合成等微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第81页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物2.酶反应产物有些酶能够由其催化反应产物诱导产生。比如，半乳糖醛酸是果胶酶催化果胶水解产物，它能够作为诱导物，诱导果胶酶生物合成；纤维二糖诱导纤维素酶生物合成；没食子酸诱导单宁酶产生等。

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第82页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第83页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第84页发酵条件及控制提升酶产量办法添加诱导物酶作用底物类似物有些酶最有效诱导物是能够与酶结合，但不能被酶催化底物类似物。比如，异丙基-β-硫代半乳糖苷（IPTG）对β-半乳糖苷酶诱导效果比乳糖高几百倍；微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第85页控制阻遏物浓度阻遏作用依据机理不一样，可分为：产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。1.产物阻遏作用是由酶催化作用产物或者代谢路径末端产物引发阻遏作用。2.分解代谢物阻遏作用是由分解代谢物（葡萄糖等和其它轻易利用碳源等物质经过分解代谢而产生物质）引发阻遏作用。控制阻遏物浓度是解除阻遏、提升酶产量有效办法。为了降低或者解除分解代谢物阻遏作用，应该控制培养基中葡萄糖等轻易利用碳源浓度。采取其它较难利用碳源，如淀粉等采取补料、分次流加碳源添加一定量环腺苷酸（cAMP）对于受代谢路径末端产物阻遏酶，能够经过控制末端产物浓度方法使阻遏解除。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第86页添加表面活性剂表面活性剂能够与细胞膜相互作用，增加细胞透过性，有利于胞外酶分泌，从而提升酶产量。

将适量非离子型表面活性剂，如吐温（Tween）、曲通(Triton)等添加到培养基中，能够加速胞外酶分泌，而使酶产量增加。因为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（如‘新洁而灭’等）是消毒剂，对细胞毒性较大，不能在酶发酵生产中添加到培养基中。回本节微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第87页微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第88页添加表面活性剂微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第89页发酵条件及控制提升酶产量办法添加产酶促进剂产酶促进剂是指能够促进产酶、不过作用机理未说明清楚物质。在酶发酵生产过程中，添加适宜产酶促进剂，往往能够显著提升酶产量。比如，添加一定量植酸钙镁，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶产量提升1～20倍,添加聚乙烯醇（Polyvinylalcohol）能够提升糖化酶产量。产酶促进剂对不一样细胞、不一样酶作用效果各不相同，现在还没有规律可循，要经过试验确定所添加产酶促进剂种类和浓度。

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第90页酶生产过程动力学1、酶生物合成模式2、酶生产过程中细胞生长动力学3、酶生产过程中产酶动力学GoGoGo本章目录微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第91页酶生产过程动力学酶发酵动力学

发酵动力学主要研究发酵过程中细胞生长速度、产物生成速度、基质消耗速度以及环境原因对这些速度影响等。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第92页1、酶生物合成模式细胞在一定条件下培养生长，其生长过程普通经历调整期、生长久、平衡期和衰退期等4个阶段经过分析比较细胞生长与酶产生关系,能够把酶生物合成模式分为4种类型。即同时合成型，延续合成型，中期合成型和滞后合成型。

微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第93页同时合成型酶生物合成与细胞生长同时进行一个酶生物合成模式。该类型酶生物合成速度与细胞生长速度紧密联络，又称为生长偶联型。属于该合成型酶，其生物合成伴伴随细胞生长而开始；在细胞进入旺盛生长久时，酶大量生成；当细胞生长进入平衡期后，酶合成伴随停顿。大部分组成酶生物合成属于同时合成型，有部分诱导酶也按照此种模式进行生物合成。比如米曲霉在含有单宁或者没食子酸培养基中生长，在单宁或没食子酸诱导作用下，合成单宁酶（tanaseEC3.1.1.20）。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第94页延续合成型

酶生物合成在细胞生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还能够延续合成一段较长时间。属于该类型酶能够是组成酶，也能够是诱导酶。比如，在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果胶为单一碳源培养基中培养，能够诱导聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，EC3.2.1.15）生物合成。微生物发酵产酶医学讲座专家讲座第95页中期合成型

该类型酶在细胞生长一段时间以后才开始，而在细胞