酶工程微生物发酵产酶PPT精品文档

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1、第二章 微生物发酵产酶 1利用微生物产酶的优点是：利用微生物产酶的优点是： 1.1.1.1.微生物种类多、酶种丰富，且菌株易诱变，菌种微生物种类多、酶种丰富，且菌株易诱变，菌种微生物种类多、酶种丰富，且菌株易诱变，菌种微生物种类多、酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样。多样。多样。多样。2.2.2.2.微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶。微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶。微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶。微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶。 3.3.3.3.微生物培养基来源广泛、价格便宜。微生物培养基来源广泛、价格便宜。微生物培养基来源广泛、价格便宜。微生物培养基来源广

2、泛、价格便宜。4.4.4.4.可可可可以以以以采采采采用用用用微微微微电电电电脑脑脑脑等等等等新新新新技技技技术术术术，控控控控制制制制酶酶酶酶发发发发酵酵酵酵生生生生产产产产过过过过程程程程，生产可连续化、自动化，经济效益高。生产可连续化、自动化，经济效益高。生产可连续化、自动化，经济效益高。生产可连续化、自动化，经济效益高。5.5.5.5.可以利用以基因工程为主的近代分子生物学技术，可以利用以基因工程为主的近代分子生物学技术，可以利用以基因工程为主的近代分子生物学技术，可以利用以基因工程为主的近代分子生物学技术，选育菌种、增加酶产率和开发新酶种。选育菌种、增加酶产率和开发新酶种。选育菌种、

3、增加酶产率和开发新酶种。选育菌种、增加酶产率和开发新酶种。2第一节第一节 酶的生产菌种酶的生产菌种 目目前前投投入入工工业业发发酵酵生生产产的的酶酶约约有有50-6050-60种。种。 它它们们的的生生产产菌菌种种十十分分广广泛泛，包包括括细细菌菌、放放线线菌菌、酵酵母菌、霉菌母菌、霉菌。3产酶菌种要求产酶菌种要求 优良的产酶菌种是提高酶产量的关键，筛优良的产酶菌种是提高酶产量的关键，筛选符合生产需要的菌种是发酵产酶的首要环节选符合生产需要的菌种是发酵产酶的首要环节, ,对生对生产酶的菌种来说，一般必须符合以下条件：产酶的菌种来说，一般必须符合以下条件： 一是不是致病菌，一是不是致病菌，不产生

4、有毒物质的微生物不产生有毒物质的微生物，在，在系统发育上最好是与病原体无关；系统发育上最好是与病原体无关；这样才能确保酶生这样才能确保酶生产和应用的安全。产和应用的安全。 二二是是能能够够利利用用廉廉价价原原料料，能能在在便便宜宜的的底底物物上上良良好好生长，繁殖快生长，繁殖快, , 发酵周期短，产酶量高；发酵周期短，产酶量高； 三三是是菌菌种种不不易易变变异异退退化化，产产酶酶性性能能稳稳定定，不不易易感感染噬菌体；染噬菌体； 四四是是产产生生的的酶酶容容易易分分离离纯纯化化，最最好好选选用用产产生生胞胞外外酶的菌种，有利于酶的分离，回收率高。酶的菌种，有利于酶的分离，回收率高。 此外，在食

5、品和医药工业上还应考虑安全性问题。此外，在食品和医药工业上还应考虑安全性问题。4 19771977年年，联联合合国国粮粮农农组组织织（FAOFAO）和和世世界界卫卫生生组组织织（WHOWHO）的的食食品品添添加加剂剂专专家家联联合合委委员员会会（JEFAJEFA）就就有有关关酶酶的的生生产产应应用用安安全全问问题题提提出出了如下意见：了如下意见： 一一是是凡凡从从动动植植物物可可食食部部分分或或食食品品加加工工中中传传统统使使用用的的微微生生物物生生产产的的酶酶，可可作作为为食食品品对对待待，无无须须进进行行毒毒物物学学的的研研究究，而而只只需需建建立立有有关关酶酶化化学与微生物学的详细说明即

6、可。学与微生物学的详细说明即可。 二二是是凡凡由由非非致致病病的的一一般般食食品品污污染染微微生生物物所所提取的酶，需作短期毒性实验。提取的酶，需作短期毒性实验。 三是由非常见微生物制取的酶，应作广泛三是由非常见微生物制取的酶，应作广泛的毒性实验，包括慢性中毒实验。的毒性实验，包括慢性中毒实验。 5 产酶菌种的筛选方法产酶菌种的筛选方法 产酶菌种的筛选方法与发酵工程中微生产酶菌种的筛选方法与发酵工程中微生物的筛选方法一样物的筛选方法一样, ,主要包括以下几个步骤主要包括以下几个步骤: : 含菌样品的采集、菌种分离、产酶性能测定含菌样品的采集、菌种分离、产酶性能测定及复筛等。及复筛等。 对于胞外

7、酶的产酶菌株对于胞外酶的产酶菌株, ,经常采用分离定性经常采用分离定性和半定量测定产酶性能相结合的方法和半定量测定产酶性能相结合的方法, ,使之在培使之在培养皿分离时就能大致了解菌株的产酶性能，具体养皿分离时就能大致了解菌株的产酶性能，具体操作如下：操作如下： 将酶的底物和培养基混合倒入培养皿中将酶的底物和培养基混合倒入培养皿中制成平板，然后涂布含菌的样品，如果长出的菌制成平板，然后涂布含菌的样品，如果长出的菌落周围底物发生变化落周围底物发生变化, ,即证明它产酶。即证明它产酶。 培养箱培养箱6一、细菌一、细菌1.1.大肠杆菌大肠杆菌 大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coliEsc

8、herichia coli）细胞有的呈杆）细胞有的呈杆状，有的近似球状，大小为状，有的近似球状，大小为0.5m10.5m13 m3 m，一，一般无荚膜，无芽孢，般无荚膜，无芽孢，革兰氏染色阴性革兰氏染色阴性，运动或不，运动或不运动，运动者周生鞭毛。菌落从白色到黄白色，运动，运动者周生鞭毛。菌落从白色到黄白色，光滑闪光，扩展。光滑闪光，扩展。7革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌大肠杆菌大肠杆菌8大肠杆菌扫描电镜图（分裂）大肠杆菌扫描电镜图（分裂）9带有纤毛的大肠杆菌带有纤毛的大肠杆菌10n n EscherichEscherichEscherichEscherich属菌株和大多数大肠杆菌是无害，属菌株和大

9、多数大肠杆菌是无害，属菌株和大多数大肠杆菌是无害，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的，会引起腹泻和尿路但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿路但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿路但也有些大肠杆菌是致病的，会引起腹泻和尿路感染。感染。感染。感染。n n 大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、生长迅速，而且营养要求低。生长迅速，而且营养要求低。生长迅速，而且营养要求低。生长迅速，而且营养要求低。n n应用：应用：应用：应用： 大肠杆菌能作为宿主供大量

10、的细菌病毒生长大肠杆菌能作为宿主供大量的细菌病毒生长大肠杆菌能作为宿主供大量的细菌病毒生长大肠杆菌能作为宿主供大量的细菌病毒生长繁殖；繁殖；繁殖；繁殖； 大肠杆菌也是最早用作大肠杆菌也是最早用作大肠杆菌也是最早用作大肠杆菌也是最早用作基因工程的宿主菌；基因工程的宿主菌；基因工程的宿主菌；基因工程的宿主菌； 工业上生产工业上生产工业上生产工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和和和和 制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等。制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等。制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等。制备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等。11 大肠杆菌可以

11、用于生大肠杆菌可以用于生产多种酶。产多种酶。 大肠杆菌产生的酶一大肠杆菌产生的酶一般都属于般都属于胞内酶胞内酶，需要经，需要经过细胞破碎才能分离得到。过细胞破碎才能分离得到。 例如，大肠杆菌谷氨例如，大肠杆菌谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸含量或用于生产酸含量或用于生产-氨氨基丁酸；基丁酸；12 大肠杆菌天冬氨酸酶，用于催化延胡索酸加大肠杆菌天冬氨酸酶，用于催化延胡索酸加大肠杆菌天冬氨酸酶，用于催化延胡索酸加大肠杆菌天冬氨酸酶，用于催化延胡索酸加氨生产氨生产氨生产氨生产L L L L天冬氨酸；天冬氨酸；天冬氨酸；天冬氨酸； 大肠杆菌青霉素酰化酶，用于生产新的半合大肠杆菌青霉素

12、酰化酶，用于生产新的半合大肠杆菌青霉素酰化酶，用于生产新的半合大肠杆菌青霉素酰化酶，用于生产新的半合成青霉素或头孢霉素；成青霉素或头孢霉素；成青霉素或头孢霉素；成青霉素或头孢霉素； 大肠杆菌天冬酰胺酶，对白血病具有显著疗大肠杆菌天冬酰胺酶，对白血病具有显著疗大肠杆菌天冬酰胺酶，对白血病具有显著疗大肠杆菌天冬酰胺酶，对白血病具有显著疗效；效；效；效； 大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌-半乳糖苷酶，用于分解乳糖或其半乳糖苷酶，用于分解乳糖或其半乳糖苷酶，用于分解乳糖或其半乳糖苷酶，用于分解乳糖或其他他他他-半乳糖苷。半乳糖苷。半乳糖苷。半乳糖苷。 采用大肠杆菌生产的限制性核酸内切酶、采用大肠杆菌生

13、产的限制性核酸内切酶、采用大肠杆菌生产的限制性核酸内切酶、采用大肠杆菌生产的限制性核酸内切酶、DNADNADNADNA聚合酶、聚合酶、聚合酶、聚合酶、DNADNADNADNA连接酶、核酸外切酶等，在基因工程连接酶、核酸外切酶等，在基因工程连接酶、核酸外切酶等，在基因工程连接酶、核酸外切酶等，在基因工程等方面广泛应用。等方面广泛应用。等方面广泛应用。等方面广泛应用。13n n2. 2. 枯草杆菌枯草杆菌n n 枯草杆菌（枯草杆菌（Bacillus subtilisBacillus subtilis）是芽孢）是芽孢杆菌属细菌。细胞呈杆状，大小为杆菌属细菌。细胞呈杆状，大小为0 07 70.8m20

14、.8m23m3m，单个细胞，无荚膜，周生，单个细胞，无荚膜，周生鞭毛，运动，革兰氏染色鞭毛，运动，革兰氏染色阳性阳性。芽孢。芽孢0.60.60.9 m10.9 m11.5m1.5m，椭圆至柱状。菌落粗，椭圆至柱状。菌落粗糙，不透明，不闪光，扩张，污白色或微糙，不透明，不闪光，扩张，污白色或微带黄色。带黄色。14枯草杆菌枯草杆菌15n n 枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物，枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物，枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物，枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物，可以用于生产可以用于生产可以用于生产可以用于生产-淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、蛋

15、白酶、-葡聚糖酶、葡聚糖酶、葡聚糖酶、葡聚糖酶、5-5-5-5-核苷酸酶和碱性磷酸酶等。核苷酸酶和碱性磷酸酶等。核苷酸酶和碱性磷酸酶等。核苷酸酶和碱性磷酸酶等。n n例如，枯草杆菌例如，枯草杆菌例如，枯草杆菌例如，枯草杆菌BF7658BF7658BF7658BF7658是国内用于生产是国内用于生产是国内用于生产是国内用于生产-淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶的主要菌株；的主要菌株；的主要菌株；的主要菌株；n n枯草杆菌枯草杆菌枯草杆菌枯草杆菌AS1AS1AS1AS1398398398398用于生产中性蛋白酶和碱性磷用于生产中性蛋白酶和碱性磷用于生产中性蛋白酶和碱性磷用于生产中性蛋白酶和碱性磷酸酶；酸酶

16、；酸酶；酸酶；n n枯草杆菌生产的枯草杆菌生产的枯草杆菌生产的枯草杆菌生产的-淀粉酶和蛋白酶等都是胞外酶，淀粉酶和蛋白酶等都是胞外酶，淀粉酶和蛋白酶等都是胞外酶，淀粉酶和蛋白酶等都是胞外酶，而其产生的碱性磷酸酶存在于细胞间质之中。而其产生的碱性磷酸酶存在于细胞间质之中。而其产生的碱性磷酸酶存在于细胞间质之中。而其产生的碱性磷酸酶存在于细胞间质之中。 16n n二、放线菌二、放线菌17n n 放线菌（放线菌（actmomycetesactmomycetes）是具有分支状）是具有分支状菌丝的单细胞原核微生物。常用于酶发酵菌丝的单细胞原核微生物。常用于酶发酵生产的放线菌主要是链霉菌生产的放线菌主要是

17、链霉菌（StreptomycesStreptomyces）。）。n n 链霉菌菌落呈放射状，具有分支的菌链霉菌菌落呈放射状，具有分支的菌丝体，菌丝直径丝体，菌丝直径0.20.21.21.2m m，革兰氏染色，革兰氏染色阳性。菌丝有气生菌丝和基内菌丝之分，阳性。菌丝有气生菌丝和基内菌丝之分，基内菌丝不断裂，只有气生菌丝形成孢子基内菌丝不断裂，只有气生菌丝形成孢子链。链。18n n 链霉菌是生产葡萄糖异构酶的主要微链霉菌是生产葡萄糖异构酶的主要微生物，同时还可以用于生产青霉素酰化酶、生物，同时还可以用于生产青霉素酰化酶、 纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、几纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、几丁质

18、酶等。丁质酶等。n n 此外，链霉菌还含有丰富的此外，链霉菌还含有丰富的1616羟化羟化酶，可用于甾体转化。酶，可用于甾体转化。 19n n三、霉菌三、霉菌三、霉菌三、霉菌n n 霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉菌主要有黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、菌主要有黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、菌主要有黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、菌主要有黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。根霉、毛霉等。根霉、毛霉等。根霉、毛霉等。n n应用：应用：应用：应用

19、：n n1.1.1.1.是制酱、酿酒、制醋的主要菌种；是制酱、酿酒、制醋的主要菌种；是制酱、酿酒、制醋的主要菌种；是制酱、酿酒、制醋的主要菌种；n n2.2.2.2.是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌种；种；种；种；n n3.3.3.3.生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）；生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）；生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）；生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）；n n4.4.4.4.农业上用作生产糖化饲料的菌种。农业上用作生产糖化饲料的菌种。农

20、业上用作生产糖化饲料的菌种。农业上用作生产糖化饲料的菌种。20n n1.1.1.1.黑曲霉黑曲霉黑曲霉黑曲霉n n 黑曲霉（黑曲霉（黑曲霉（黑曲霉（Aspergillus nigerAspergillus nigerAspergillus nigerAspergillus niger）是曲霉属黑曲霉）是曲霉属黑曲霉）是曲霉属黑曲霉）是曲霉属黑曲霉群霉菌。菌丝体由具有横隔的分支菌丝构成，菌群霉菌。菌丝体由具有横隔的分支菌丝构成，菌群霉菌。菌丝体由具有横隔的分支菌丝构成，菌群霉菌。菌丝体由具有横隔的分支菌丝构成，菌丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球

21、丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙。形，平滑或粗糙。形，平滑或粗糙。形，平滑或粗糙。n n 黑曲酶可用于生产多种酶，有胞外酶也有胞黑曲酶可用于生产多种酶，有胞外酶也有胞黑曲酶可用于生产多种酶，有胞外酶也有胞黑曲酶可用于生产多种酶，有胞外酶也有胞内酶。例如，糖化酶、内酶。例如，糖化酶、内酶。例如，糖化酶、内酶。例如，糖化酶、-淀粉酶、酸性蛋白酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、淀粉酶、酸性蛋白酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核糖核酸果胶酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核糖核酸果胶酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核糖核酸果胶

22、酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核糖核酸酶、脂肪酶、纤维素酶、橙皮苷酶和柚苷酶等。酶、脂肪酶、纤维素酶、橙皮苷酶和柚苷酶等。酶、脂肪酶、纤维素酶、橙皮苷酶和柚苷酶等。酶、脂肪酶、纤维素酶、橙皮苷酶和柚苷酶等。21黑曲霉黑曲霉22葡萄黑曲霉腐烂病葡萄黑曲霉腐烂病23黑曲霉黑曲霉（可引起烧伤病人皮肤感染或真菌性肺部感染）（可引起烧伤病人皮肤感染或真菌性肺部感染）24n n2.2.米曲霉米曲霉n n 米曲霉（米曲霉（Aspergillus OryzaeAspergillus Oryzae）是曲霉属）是曲霉属黄曲霉群霉菌。菌丛一般为黄绿色，后变黄曲霉群霉菌。菌丛一般为黄绿色，后变为黄褐色，分生孢子头呈放

23、射形，顶囊球为黄褐色，分生孢子头呈放射形，顶囊球形或瓶形，小梗一般为单层，分生孢子球形或瓶形，小梗一般为单层，分生孢子球形，平滑，少数有刺，分生孢子梗长达形，平滑，少数有刺，分生孢子梗长达2 2 mmmm左右，粗糙。左右，粗糙。25米曲霉米曲霉26n n 米曲霉中糖化酶和蛋白酶的活力较强，米曲霉中糖化酶和蛋白酶的活力较强，这使米曲霉在我国传统的酒曲和酱油曲的这使米曲霉在我国传统的酒曲和酱油曲的制造中广泛应用。制造中广泛应用。n n 此外，米曲霉还可以用于生产氨基酰此外，米曲霉还可以用于生产氨基酰化酶、磷酸二酯酶、果胶酶、核酸酶化酶、磷酸二酯酶、果胶酶、核酸酶P P等。等。 27n n3.3.3

24、.3.红曲霉红曲霉红曲霉红曲霉n n 红曲霉（红曲霉（红曲霉（红曲霉（MonascusMonascusMonascusMonascus）菌落初期白色，老熟后）菌落初期白色，老熟后）菌落初期白色，老熟后）菌落初期白色，老熟后变为淡粉色、紫红色或灰黑色，通常形成红色色变为淡粉色、紫红色或灰黑色，通常形成红色色变为淡粉色、紫红色或灰黑色，通常形成红色色变为淡粉色、紫红色或灰黑色，通常形成红色色素。菌丝具有隔膜，多核，分支甚繁。分生孢子素。菌丝具有隔膜，多核，分支甚繁。分生孢子素。菌丝具有隔膜，多核，分支甚繁。分生孢子素。菌丝具有隔膜，多核，分支甚繁。分生孢子着生在菌丝及其分支的顶端，单生或成链，闭囊

25、着生在菌丝及其分支的顶端，单生或成链，闭囊着生在菌丝及其分支的顶端，单生或成链，闭囊着生在菌丝及其分支的顶端，单生或成链，闭囊壳球形，有柄、其内散生壳球形，有柄、其内散生壳球形，有柄、其内散生壳球形，有柄、其内散生10101010多个子囊，子囊球形，多个子囊，子囊球形，多个子囊，子囊球形，多个子囊，子囊球形，内含内含内含内含8 8 8 8个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子则留个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子则留个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子则留个子囊孢子，成熟后子囊壁解体，孢子则留在闭囊壳内。在闭囊壳内。在闭囊壳内。在闭囊壳内。n n 红曲霉可用于生产红曲霉可用于生产红曲霉可用于生产红曲

26、霉可用于生产-淀粉酶、糖化酶、麦芽淀粉酶、糖化酶、麦芽淀粉酶、糖化酶、麦芽淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、蛋白酶等。糖酶、蛋白酶等。糖酶、蛋白酶等。糖酶、蛋白酶等。 28红曲霉红曲霉29n n4.4.青霉青霉n n 青霉（青霉（PenicilliurnPenicilliurn）属半知菌纲。其营）属半知菌纲。其营养菌丝体无色、淡色或具有鲜明的颜色，养菌丝体无色、淡色或具有鲜明的颜色，有横隔，分生孢子梗亦有横隔，光滑或粗有横隔，分生孢子梗亦有横隔，光滑或粗糙，顶端形成帚状分支，小梗顶端串生分糙，顶端形成帚状分支，小梗顶端串生分生孢子，分生孢子球形、椭圆形或短柱形，生孢子，分生孢子球形、椭圆形或短柱形，光

27、滑或粗糙，大部分生长时呈蓝绿色。有光滑或粗糙，大部分生长时呈蓝绿色。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。囊孢子，亦有少数菌种产生菌核。30n n 青霉菌种类很多，其中产黄青霉青霉菌种类很多，其中产黄青霉（Penicillium chrysogenumPenicillium chrysogenum）用于生产葡萄）用于生产葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素酰化酶（主要糖氧化酶、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。橘作用于青霉素）果胶酶、纤维素酶等。橘青霉（青霉（Penicillium citvrinumPenic

28、illium citvrinum）用于生产）用于生产5-5-磷酸二酯酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、磷酸二酯酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、凝乳蛋白酶、核酸酶凝乳蛋白酶、核酸酶S1S1、核酸酶、核酸酶P P1 1等。等。 31青青 霉霉32青霉的帚状分生孢子梗和分生孢子青霉的帚状分生孢子梗和分生孢子3334柑桔青霉为害柑桔青霉为害35n n5.5.5.5.木霉木霉木霉木霉n n 木霉（木霉（木霉（木霉（TrichoderrnaTrichoderrnaTrichoderrnaTrichoderrna）属于半知菌纲。生长时）属于半知菌纲。生长时）属于半知菌纲。生长时）属于半知菌纲。生长时菌落生长迅速，呈棉絮状

29、或致密丛束状，菌落表菌落生长迅速，呈棉絮状或致密丛束状，菌落表菌落生长迅速，呈棉絮状或致密丛束状，菌落表菌落生长迅速，呈棉絮状或致密丛束状，菌落表面呈不同程度的绿色，菌丝透明，有分隔，分支面呈不同程度的绿色，菌丝透明，有分隔，分支面呈不同程度的绿色，菌丝透明，有分隔，分支面呈不同程度的绿色，菌丝透明，有分隔，分支繁复，分支上可继续分支，形成二级分支、三级繁复，分支上可继续分支，形成二级分支、三级繁复，分支上可继续分支，形成二级分支、三级繁复，分支上可继续分支，形成二级分支、三级分支，分支末端为小梗，瓶状，束生、对生、互分支，分支末端为小梗，瓶状，束生、对生、互分支，分支末端为小梗，瓶状，束生、

30、对生、互分支，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，靠黏液把生或单生，分生孢子由小梗相继生出，靠黏液把生或单生，分生孢子由小梗相继生出，靠黏液把生或单生，分生孢子由小梗相继生出，靠黏液把它们聚成球形或近球形的孢子头。分生孢子近球它们聚成球形或近球形的孢子头。分生孢子近球它们聚成球形或近球形的孢子头。分生孢子近球它们聚成球形或近球形的孢子头。分生孢子近球形、椭圆形、圆筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透形、椭圆形、圆筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透形、椭圆形、圆筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透形、椭圆形、圆筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透明或亮黄绿色。明或亮黄绿色。明或亮黄绿色。明或

31、亮黄绿色。36n n 木霉是生产木霉是生产纤维素酶纤维素酶的重要菌株。木的重要菌株。木霉生产的纤维素酶中包含有霉生产的纤维素酶中包含有C C1 1酶、酶、C Cx x酶和纤酶和纤维二糖酶等。维二糖酶等。n n 此外，木霉中含有较强的此外，木霉中含有较强的l7-l7-羟化酶，羟化酶，常用于甾体转化。常用于甾体转化。37木木 霉霉38n n6.6.6.6.根霉根霉根霉根霉n n 根霉（根霉（根霉（根霉（RhizopusRhizopusRhizopusRhizopus）生长时，由营养菌丝产生）生长时，由营养菌丝产生）生长时，由营养菌丝产生）生长时，由营养菌丝产生匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有假根

32、的匍匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有假根的匍匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有假根的匍匍匐枝，匍匐枝的末端生出假根，在有假根的匍匐枝上生出成群的孢子囊梗，梗的顶端膨大形成匐枝上生出成群的孢子囊梗，梗的顶端膨大形成匐枝上生出成群的孢子囊梗，梗的顶端膨大形成匐枝上生出成群的孢子囊梗，梗的顶端膨大形成孢子囊，囊内产生孢子囊孢子。孢子呈球形、卵孢子囊，囊内产生孢子囊孢子。孢子呈球形、卵孢子囊，囊内产生孢子囊孢子。孢子呈球形、卵孢子囊，囊内产生孢子囊孢子。孢子呈球形、卵形或不规则形。根霉可用于生产糖化酶、形或不规则形。根霉可用于生产糖化酶、形或不规则形。根霉可用于生产糖化酶、形或不规则形。根霉可用于生

33、产糖化酶、-淀粉淀粉淀粉淀粉酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、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。根霉有强的果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。根霉有强的果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。根霉有强的果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等。根霉有强的11-11-11-11-羟化酶，是用于甾体转化的重要菌株。羟化酶，是用于甾体转化的重要菌株。羟化酶，是用于甾体转化的重要菌株。羟化酶，是用于甾体转化的重要菌株。 n n应用：应用：应用：应用：n n1.1.1.1.根霉能产生一些

34、酶类，如淀粉酶、果胶酶、脂根霉能产生一些酶类，如淀粉酶、果胶酶、脂根霉能产生一些酶类，如淀粉酶、果胶酶、脂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；肪酶等，是生产这些酶类的菌种；肪酶等，是生产这些酶类的菌种；肪酶等，是生产这些酶类的菌种；n n2.2.2.2.在酿酒工业上常用做糖化菌；在酿酒工业上常用做糖化菌；在酿酒工业上常用做糖化菌；在酿酒工业上常用做糖化菌；n n3.3.3.3.有些根霉还能产生乳酸、延胡索酸等有机酸。有些根霉还能产生乳酸、延胡索酸等有机酸。有些根霉还能产生乳酸、延胡索酸等有机酸。有些根霉还能产生乳酸、延胡索酸等有机酸。39根根 霉霉4041甜瓜

35、根霉果腐病甜瓜根霉果腐病42菜豆根霉软腐病菜豆根霉软腐病43葡萄根霉腐烂病葡萄根霉腐烂病44n n7.7.7.7.毛霉毛霉毛霉毛霉n n 毛霉（毛霉（毛霉（毛霉（MucorMucorMucorMucor）的菌丝体在基质上或基质内）的菌丝体在基质上或基质内）的菌丝体在基质上或基质内）的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，广泛蔓延，无假根。菌丝体上直接生出孢子囊梗，广泛蔓延，无假根。菌丝体上直接生出孢子囊梗，广泛蔓延，无假根。菌丝体上直接生出孢子囊梗，一般单生，分支较少或不分支。孢子囊梗顶端都一般单生，分支较少或不分支。孢子囊梗顶端都一般单生，分支较少或不分支。孢子囊

36、梗顶端都一般单生，分支较少或不分支。孢子囊梗顶端都有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有针状的草酸有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有针状的草酸有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有针状的草酸有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有针状的草酸钙结晶。钙结晶。钙结晶。钙结晶。n n 毛霉常用于生产蛋白酶、糖化酶、毛霉常用于生产蛋白酶、糖化酶、毛霉常用于生产蛋白酶、糖化酶、毛霉常用于生产蛋白酶、糖化酶、-淀粉酶、淀粉酶、淀粉酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。 45毛毛 霉霉46n n四、酵母四、酵母四、酵母四、酵母n n1 1 1 1啤酒酵

37、母啤酒酵母啤酒酵母啤酒酵母n n 啤酒酵母（啤酒酵母（啤酒酵母（啤酒酵母（Saccharomyces cerevisSaccharomyces cerevisSaccharomyces cerevisSaccharomyces cerevis）是啤酒）是啤酒）是啤酒）是啤酒工业上广泛应用的酵母。细胞三形、卵形、椭圆工业上广泛应用的酵母。细胞三形、卵形、椭圆工业上广泛应用的酵母。细胞三形、卵形、椭圆工业上广泛应用的酵母。细胞三形、卵形、椭圆形或腊肠形。在麦芽汁培养基上，菌落为白色，形或腊肠形。在麦芽汁培养基上，菌落为白色，形或腊肠形。在麦芽汁培养基上，菌落为白色，形或腊肠形。在麦芽汁培养基上，菌

38、落为白色，有光泽，平滑，边缘整齐。营养细胞可以直接变有光泽，平滑，边缘整齐。营养细胞可以直接变有光泽，平滑，边缘整齐。营养细胞可以直接变有光泽，平滑，边缘整齐。营养细胞可以直接变为子囊，每个子囊含有为子囊，每个子囊含有为子囊，每个子囊含有为子囊，每个子囊含有1 1 1 14 4 4 4个圆形光亮的子囊孢个圆形光亮的子囊孢个圆形光亮的子囊孢个圆形光亮的子囊孢子。子。子。子。n n 啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒类的生产外，啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒类的生产外，啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒类的生产外，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、醇脱氢酶等还可以用于转化酶

39、、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等还可以用于转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等还可以用于转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等的生产。的生产。的生产。的生产。47啤酒酵母啤酒酵母48啤酒酵母（正在裂殖）啤酒酵母（正在裂殖）49啤酒酵母粉啤酒酵母粉50n n2 2假丝酵母假丝酵母n n 假丝酵母（假丝酵母（CanndidaCanndida）的细胞圆形，）的细胞圆形，卵形或长形。无性繁殖为多边芽殖，形成卵形或长形。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、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。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

40、白色或在麦芽汁琼脂培养基上，菌落呈乳白色或奶油色。奶油色。n n 假丝酵母可以用于生产脂肪酶、尿酸假丝酵母可以用于生产脂肪酶、尿酸酶、尿囊素酶、转化酶、醇脱氢酶等。具酶、尿囊素酶、转化酶、醇脱氢酶等。具有较强的有较强的17-17-羟化酶，可以用于甾体转化。羟化酶，可以用于甾体转化。 51假丝酵母假丝酵母52假丝酵母假丝酵母53第二节第二节 发酵工艺条件及其控制发酵工艺条件及其控制n n “发酵发酵发酵发酵”来源于拉丁语来源于拉丁语来源于拉丁语来源于拉丁语“沸腾沸腾沸腾沸腾”一词一词一词一词, , , ,用来描用来描用来描用来描述果汁或麦芽浸出液接种酵母菌后出现泡沫的现述果汁或麦芽浸出液接种酵母

41、菌后出现泡沫的现述果汁或麦芽浸出液接种酵母菌后出现泡沫的现述果汁或麦芽浸出液接种酵母菌后出现泡沫的现象象象象, , , ,这种泡沫是由浸出液中的这种泡沫是由浸出液中的这种泡沫是由浸出液中的这种泡沫是由浸出液中的糖在厌氧条件下代谢糖在厌氧条件下代谢糖在厌氧条件下代谢糖在厌氧条件下代谢生成二氧化碳引起的生成二氧化碳引起的生成二氧化碳引起的生成二氧化碳引起的。n n 然而然而然而然而, , , ,人们对发酵作用的理解存在很大的差别人们对发酵作用的理解存在很大的差别人们对发酵作用的理解存在很大的差别人们对发酵作用的理解存在很大的差别, , , ,n n 如生物化学家认为发酵属于有机物分解代谢如生物化学

42、家认为发酵属于有机物分解代谢如生物化学家认为发酵属于有机物分解代谢如生物化学家认为发酵属于有机物分解代谢并产生能量的过程并产生能量的过程并产生能量的过程并产生能量的过程, , , ,n n 而工业微生物学家所称的发酵而工业微生物学家所称的发酵而工业微生物学家所称的发酵而工业微生物学家所称的发酵, , , ,实质上是利用实质上是利用实质上是利用实质上是利用微生物形成产物的任何过程微生物形成产物的任何过程微生物形成产物的任何过程微生物形成产物的任何过程, , , ,如酒类和调味品的酿如酒类和调味品的酿如酒类和调味品的酿如酒类和调味品的酿造以及有机溶剂的生产都可用造以及有机溶剂的生产都可用造以及有机

43、溶剂的生产都可用造以及有机溶剂的生产都可用“发酵发酵发酵发酵”来表示来表示来表示来表示, , , ,属属属属于广义上的发酵概念。于广义上的发酵概念。于广义上的发酵概念。于广义上的发酵概念。 54n n发酵发酵发酵发酵：在无氧条件下，底物脱氢后产生的还原：在无氧条件下，底物脱氢后产生的还原：在无氧条件下，底物脱氢后产生的还原：在无氧条件下，底物脱氢后产生的还原力不经过呼吸链而直接交给某一内源性的中间力不经过呼吸链而直接交给某一内源性的中间力不经过呼吸链而直接交给某一内源性的中间力不经过呼吸链而直接交给某一内源性的中间代谢产物的一类低效产能反应。代谢产物的一类低效产能反应。代谢产物的一类低效产能反

44、应。代谢产物的一类低效产能反应。 n n发酵工程所包含的内容发酵工程所包含的内容发酵工程所包含的内容发酵工程所包含的内容 依依依依据据据据最最最最终终终终产产产产品品品品的的的的性性性性质质质质和和和和特特特特点点点点, , , ,工工工工业业业业发发发发酵酵酵酵过过过过程程程程可可可可以归结为：以归结为：以归结为：以归结为： (1) (1) (1) (1)以菌体为产品以菌体为产品以菌体为产品以菌体为产品; ; ; ; (2) (2) (2) (2)以微生物的酶为产品以微生物的酶为产品以微生物的酶为产品以微生物的酶为产品; ; ; ; (3) (3) (3) (3)以微生物的代谢产物为产品以微

45、生物的代谢产物为产品以微生物的代谢产物为产品以微生物的代谢产物为产品; ; ; ; (4)(4)(4)(4)利利利利用用用用发发发发酵酵酵酵作作作作用用用用, , , ,对对对对某某某某种种种种化化化化合合合合物物物物的的的的化化化化学学学学结结结结构构构构进进进进行改造行改造行改造行改造, , , ,即产品的转化过程。即产品的转化过程。即产品的转化过程。即产品的转化过程。55n n发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程：又称为微生物工程，是在人工控制：又称为微生物工程，是在人工控制：又称为微生物工程，是在人工控制：又称为微生物工程，是在人工控制的条件下，通过微生物的生命活动而获得人们的条件下，通过

46、微生物的生命活动而获得人们的条件下，通过微生物的生命活动而获得人们的条件下，通过微生物的生命活动而获得人们所需物质的技术过程。所需物质的技术过程。所需物质的技术过程。所需物质的技术过程。n n一、细胞活化与扩大培养一、细胞活化与扩大培养一、细胞活化与扩大培养一、细胞活化与扩大培养n n 选育得到的优良产酶微生物必须采取妥善选育得到的优良产酶微生物必须采取妥善选育得到的优良产酶微生物必须采取妥善选育得到的优良产酶微生物必须采取妥善的方法进行保藏。常用的保藏方法有：的方法进行保藏。常用的保藏方法有：的方法进行保藏。常用的保藏方法有：的方法进行保藏。常用的保藏方法有：n n斜面保藏法；斜面保藏法；斜

47、面保藏法；斜面保藏法；n n沙土管保藏法；沙土管保藏法；沙土管保藏法；沙土管保藏法；n n真空冷冻干燥保藏法；真空冷冻干燥保藏法；真空冷冻干燥保藏法；真空冷冻干燥保藏法；n n低温保藏法；低温保藏法；低温保藏法；低温保藏法；n n石蜡油保藏法等石蜡油保藏法等石蜡油保藏法等石蜡油保藏法等n n 可以根据需要和可能进行选择，以尽可能可以根据需要和可能进行选择，以尽可能可以根据需要和可能进行选择，以尽可能可以根据需要和可能进行选择，以尽可能保持细胞的生长、繁殖和产酶特性。保持细胞的生长、繁殖和产酶特性。保持细胞的生长、繁殖和产酶特性。保持细胞的生长、繁殖和产酶特性。56n n（1 1 1 1）低温保

48、藏）低温保藏）低温保藏）低温保藏 n n 一般用斜面保藏，用合适的斜面培养基培养一般用斜面保藏，用合适的斜面培养基培养一般用斜面保藏，用合适的斜面培养基培养一般用斜面保藏，用合适的斜面培养基培养后，置低温（后，置低温（后，置低温（后，置低温（3 3 3 35555）保存。）保存。）保存。）保存。n n 一般霉菌、放线菌、芽孢杆菌可保藏一般霉菌、放线菌、芽孢杆菌可保藏一般霉菌、放线菌、芽孢杆菌可保藏一般霉菌、放线菌、芽孢杆菌可保藏半年半年半年半年左左左左右，右，右，右，n n 酵母约酵母约酵母约酵母约3 3 3 3个月个月个月个月左右，左右，左右，左右，n n 而无芽孢细菌或有些微生物则低温保藏

49、时间而无芽孢细菌或有些微生物则低温保藏时间而无芽孢细菌或有些微生物则低温保藏时间而无芽孢细菌或有些微生物则低温保藏时间不宜长久，否则移植后难于繁殖。不宜长久，否则移植后难于繁殖。不宜长久，否则移植后难于繁殖。不宜长久，否则移植后难于繁殖。n n 为了防止移植过于频繁而引起退化，应一次为了防止移植过于频繁而引起退化，应一次为了防止移植过于频繁而引起退化，应一次为了防止移植过于频繁而引起退化，应一次多移植一些斜面，供一段时间生产之需。多移植一些斜面，供一段时间生产之需。多移植一些斜面，供一段时间生产之需。多移植一些斜面，供一段时间生产之需。 57n n（2 2 2 2）砂土保藏法）砂土保藏法）砂土

50、保藏法）砂土保藏法 n n 将细砂通过将细砂通过将细砂通过将细砂通过4040404060606060目，用目，用目，用目，用10101010盐酸浸洗盐酸浸洗盐酸浸洗盐酸浸洗2 h2 h2 h2 h，水洗至中性，烘干后取肥沃土壤与砂按水洗至中性，烘干后取肥沃土壤与砂按水洗至中性，烘干后取肥沃土壤与砂按水洗至中性，烘干后取肥沃土壤与砂按1 1 1 1：2 2 2 2（质（质（质（质量比）混合，分装入安瓿（量比）混合，分装入安瓿（量比）混合，分装入安瓿（量比）混合，分装入安瓿（bbbb）管内）管内）管内）管内2 2 2 23 cm3 cm3 cm3 cm高，高，高，高，装上棉塞后在装上棉塞后在装上棉

51、塞后在装上棉塞后在121 121 121 121 30 min30 min30 min30 min，灭菌，灭菌，灭菌，灭菌3 3 3 3次，经灭菌检次，经灭菌检次，经灭菌检次，经灭菌检查合格后，将新长好的斜面菌落刮下加无菌水做查合格后，将新长好的斜面菌落刮下加无菌水做查合格后，将新长好的斜面菌落刮下加无菌水做查合格后，将新长好的斜面菌落刮下加无菌水做成悬液，用无菌吸管滴入砂土中使之润湿，再置成悬液，用无菌吸管滴入砂土中使之润湿，再置成悬液，用无菌吸管滴入砂土中使之润湿，再置成悬液，用无菌吸管滴入砂土中使之润湿，再置氯化钙干燥器中真空抽干，然后氯化钙干燥器中真空抽干，然后氯化钙干燥器中真空抽干，

52、然后氯化钙干燥器中真空抽干，然后5 5 5 58888下冷藏。下冷藏。下冷藏。下冷藏。n n 砂土保藏最适合于砂土保藏最适合于砂土保藏最适合于砂土保藏最适合于霉菌、芽孢杆菌、放线菌霉菌、芽孢杆菌、放线菌霉菌、芽孢杆菌、放线菌霉菌、芽孢杆菌、放线菌等的保藏，方法简便易行，等的保藏，方法简便易行，等的保藏，方法简便易行，等的保藏，方法简便易行，般可保存数年至数般可保存数年至数般可保存数年至数般可保存数年至数十年。十年。十年。十年。 58n n（3 3 3 3）液体石蜡油封法）液体石蜡油封法）液体石蜡油封法）液体石蜡油封法 n n 将灭菌过的液体石蜡注入菌种斜面试管中，将灭菌过的液体石蜡注入菌种斜面

53、试管中，将灭菌过的液体石蜡注入菌种斜面试管中，将灭菌过的液体石蜡注入菌种斜面试管中，以隔绝氧气并防止水分蒸发，抑制细胞代谢从而以隔绝氧气并防止水分蒸发，抑制细胞代谢从而以隔绝氧气并防止水分蒸发，抑制细胞代谢从而以隔绝氧气并防止水分蒸发，抑制细胞代谢从而达到延长保藏期的目的。达到延长保藏期的目的。达到延长保藏期的目的。达到延长保藏期的目的。n n 使用的石蜡应优质纯净，需经使用的石蜡应优质纯净，需经使用的石蜡应优质纯净，需经使用的石蜡应优质纯净，需经121 121 121 121 灭菌灭菌灭菌灭菌1 1 1 12 h2 h2 h2 h，然后，然后，然后，然后，170 170 170 170 干热

54、处理干热处理干热处理干热处理1 1 1 12 h2 h2 h2 h以蒸发水分冷以蒸发水分冷以蒸发水分冷以蒸发水分冷却后再注入试管斜面上。却后再注入试管斜面上。却后再注入试管斜面上。却后再注入试管斜面上。n n 石蜡的加入量应使液面高出斜面石蜡的加入量应使液面高出斜面石蜡的加入量应使液面高出斜面石蜡的加入量应使液面高出斜面1 cm1 cm1 cm1 cm为宜，为宜，为宜，为宜，如有气泡则应立即除去。如有气泡则应立即除去。如有气泡则应立即除去。如有气泡则应立即除去。n n 这种方法对于这种方法对于这种方法对于这种方法对于不产生孢子不产生孢子不产生孢子不产生孢子的菌种适用，其他的菌种适用，其他的菌种

55、适用，其他的菌种适用，其他菌种一般不用，结合低温保藏则效果更佳。菌种一般不用，结合低温保藏则效果更佳。菌种一般不用，结合低温保藏则效果更佳。菌种一般不用，结合低温保藏则效果更佳。 59n n（4 4）冰冻干燥法）冰冻干燥法 n n 大多数微生物都可用冰冻干燥法来保大多数微生物都可用冰冻干燥法来保藏，冰冻干燥是利用真空下结冰状态的水藏，冰冻干燥是利用真空下结冰状态的水分子直接升华汽化而使样品干燥的。分子直接升华汽化而使样品干燥的。n n 此法适用于绝大多数的微生物，保藏此法适用于绝大多数的微生物，保藏期长，有时可达期长，有时可达1515年以上。年以上。n n 在冰冻和脱水过程中为防止对细胞造在冰

56、冻和脱水过程中为防止对细胞造成损害，可用脱脂牛奶等作为保护剂来制成损害，可用脱脂牛奶等作为保护剂来制备细胞悬液。备细胞悬液。 60n n 除上述除上述4 4种方法外，更先进的方法是种方法外，更先进的方法是液液氮超低温保藏法氮超低温保藏法，将细胞在有甘油等保护，将细胞在有甘油等保护剂存在下，先置冰箱中逐渐降温，然后置剂存在下，先置冰箱中逐渐降温，然后置液氮中储藏。此法可长期保存菌种。液氮中储藏。此法可长期保存菌种。n n 所用保藏的菌种，在使用前应移入新所用保藏的菌种，在使用前应移入新鲜斜面活化或直接在新鲜培养基上做平板鲜斜面活化或直接在新鲜培养基上做平板分离，筛选高产性菌种以供使用。分离，筛选

57、高产性菌种以供使用。 61 保藏的菌种在用于发酵生产之前，必须保藏的菌种在用于发酵生产之前，必须接种于新鲜的固体培养基上，在一定的条接种于新鲜的固体培养基上，在一定的条件下进行培养，使细胞的生命活性得以恢件下进行培养，使细胞的生命活性得以恢复，这个过程称为复，这个过程称为细胞活化细胞活化。 扩大培养的时间一般以培养到细胞扩大培养的时间一般以培养到细胞对对数生长期数生长期为宜。为宜。62二、培养基的配制二、培养基的配制 培养基（培养基（culture mediumculture medium）：）：是指人工是指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物

58、。（维持离体细胞生存和生长质的混合物。（维持离体细胞生存和生长的环境）的环境）63n n 由于酶是蛋白质，酶的形成也是蛋白质的合由于酶是蛋白质，酶的形成也是蛋白质的合由于酶是蛋白质，酶的形成也是蛋白质的合由于酶是蛋白质，酶的形成也是蛋白质的合成过程，因此微生物产酶的培养基要有利于蛋白成过程，因此微生物产酶的培养基要有利于蛋白成过程，因此微生物产酶的培养基要有利于蛋白成过程，因此微生物产酶的培养基要有利于蛋白质的合成。质的合成。质的合成。质的合成。n n 大多数工业用酶的合成受底物的诱导和分解大多数工业用酶的合成受底物的诱导和分解大多数工业用酶的合成受底物的诱导和分解大多数工业用酶的合成受底物的

59、诱导和分解代谢物的阻遏的双重调节作用，为提高酶产量，代谢物的阻遏的双重调节作用，为提高酶产量，代谢物的阻遏的双重调节作用，为提高酶产量，代谢物的阻遏的双重调节作用，为提高酶产量，应向培养基中添加适量的诱导物，并尽量减少阻应向培养基中添加适量的诱导物，并尽量减少阻应向培养基中添加适量的诱导物，并尽量减少阻应向培养基中添加适量的诱导物，并尽量减少阻遏物的浓度。遏物的浓度。遏物的浓度。遏物的浓度。n n 其次，各种营养物质的比例要适当，同时，其次，各种营养物质的比例要适当，同时，其次，各种营养物质的比例要适当，同时，其次，各种营养物质的比例要适当，同时，还应创造一个适于微生物生长和产酶的酸碱度环还应

60、创造一个适于微生物生长和产酶的酸碱度环还应创造一个适于微生物生长和产酶的酸碱度环还应创造一个适于微生物生长和产酶的酸碱度环境。境。境。境。n n 此外，还应注意到有些微生物生长繁殖的培此外，还应注意到有些微生物生长繁殖的培此外，还应注意到有些微生物生长繁殖的培此外，还应注意到有些微生物生长繁殖的培养基不一定有利于酶的合成，也就是说生长繁殖养基不一定有利于酶的合成，也就是说生长繁殖养基不一定有利于酶的合成，也就是说生长繁殖养基不一定有利于酶的合成，也就是说生长繁殖与产酶可能需要两种不同组分的培养基。与产酶可能需要两种不同组分的培养基。与产酶可能需要两种不同组分的培养基。与产酶可能需要两种不同组分

61、的培养基。64原则原则n n培养基配制的培养基配制的n n1.1.培养基的基本组分培养基的基本组分n n 一般包括碳源、氮源、无机盐和生长一般包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等几大类组分。因子等几大类组分。65n n1 1 1 1）碳源碳源碳源碳源 ：是指能够为细胞提供碳素化合物的营：是指能够为细胞提供碳素化合物的营：是指能够为细胞提供碳素化合物的营：是指能够为细胞提供碳素化合物的营养物质。一般情况下，碳源也是为细胞养物质。一般情况下，碳源也是为细胞养物质。一般情况下，碳源也是为细胞养物质。一般情况下，碳源也是为细胞提供能量提供能量提供能量提供能量的能源。的能源。的能源。的能源。n n 常用（

62、有机）碳源：常用（有机）碳源：常用（有机）碳源：常用（有机）碳源：蔗糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、淀粉乳糖、淀粉乳糖、淀粉乳糖、淀粉等等。等等。等等。等等。n n 碳源是微生物细胞生命活动的基础，是合成碳源是微生物细胞生命活动的基础，是合成碳源是微生物细胞生命活动的基础，是合成碳源是微生物细胞生命活动的基础，是合成酶的主要原料之一。酶的主要原料之一。酶的主要原料之一。酶的主要原料之一。n n 工业生产上应考虑原料的价格及来源，通常工业生产上应考虑原料的价格及来源，通常工业生产上应考虑原料的价格及来源，通常工业生产上应考虑原料的价格及来源，通

63、常使用各种淀粉及其水解物如糊精、葡萄糖等作为使用各种淀粉及其水解物如糊精、葡萄糖等作为使用各种淀粉及其水解物如糊精、葡萄糖等作为使用各种淀粉及其水解物如糊精、葡萄糖等作为碳源。碳源。碳源。碳源。n n 在微生物发酵中，为减少葡萄糖所引起的分在微生物发酵中，为减少葡萄糖所引起的分在微生物发酵中，为减少葡萄糖所引起的分在微生物发酵中，为减少葡萄糖所引起的分解代谢物的阻遏作用，解代谢物的阻遏作用，解代谢物的阻遏作用，解代谢物的阻遏作用，采用淀粉质材料或它们的采用淀粉质材料或它们的采用淀粉质材料或它们的采用淀粉质材料或它们的不完全水解物比葡萄糖更有利不完全水解物比葡萄糖更有利不完全水解物比葡萄糖更有利

64、不完全水解物比葡萄糖更有利。66n n 不同的微生物对碳源的利用有所不同，在配不同的微生物对碳源的利用有所不同，在配不同的微生物对碳源的利用有所不同，在配不同的微生物对碳源的利用有所不同，在配制培养基时，应当根据细胞的营养需要而选择不制培养基时，应当根据细胞的营养需要而选择不制培养基时，应当根据细胞的营养需要而选择不制培养基时，应当根据细胞的营养需要而选择不同的碳源。同的碳源。同的碳源。同的碳源。n n 目前，大多数产酶微生物目前，大多数产酶微生物目前，大多数产酶微生物目前，大多数产酶微生物采用淀粉或其水解采用淀粉或其水解采用淀粉或其水解采用淀粉或其水解产物产物产物产物，如糊精、淀粉水解糖、麦

65、芽糖、葡萄糖等，如糊精、淀粉水解糖、麦芽糖、葡萄糖等，如糊精、淀粉水解糖、麦芽糖、葡萄糖等，如糊精、淀粉水解糖、麦芽糖、葡萄糖等为碳源。为碳源。为碳源。为碳源。n n 例如，黑曲霉具有淀粉酶系，可以例如，黑曲霉具有淀粉酶系，可以例如，黑曲霉具有淀粉酶系，可以例如，黑曲霉具有淀粉酶系，可以采用淀粉采用淀粉采用淀粉采用淀粉为碳源为碳源为碳源为碳源；n n 酵母不能利用淀粉，只能酵母不能利用淀粉，只能酵母不能利用淀粉，只能酵母不能利用淀粉，只能采用蔗糖或葡萄糖采用蔗糖或葡萄糖采用蔗糖或葡萄糖采用蔗糖或葡萄糖等为碳源等为碳源等为碳源等为碳源。n n 此外有些微生物可以采用脂肪、石油、乙醇此外有些微生物

66、可以采用脂肪、石油、乙醇此外有些微生物可以采用脂肪、石油、乙醇此外有些微生物可以采用脂肪、石油、乙醇等为碳源。等为碳源。等为碳源。等为碳源。67n n 在酶的发酵生产过程中，除了根据细胞的不在酶的发酵生产过程中，除了根据细胞的不在酶的发酵生产过程中，除了根据细胞的不在酶的发酵生产过程中，除了根据细胞的不同营养要求以外，还要充分注意到同营养要求以外，还要充分注意到同营养要求以外，还要充分注意到同营养要求以外，还要充分注意到某些碳源对酶某些碳源对酶某些碳源对酶某些碳源对酶的生物合成具有代谢调节的功能的生物合成具有代谢调节的功能的生物合成具有代谢调节的功能的生物合成具有代谢调节的功能，主要包括，主要

67、包括，主要包括，主要包括酶生酶生酶生酶生物合成的诱导作用以及分解代谢物阻遏作用物合成的诱导作用以及分解代谢物阻遏作用物合成的诱导作用以及分解代谢物阻遏作用物合成的诱导作用以及分解代谢物阻遏作用。n n 例如，淀粉对例如，淀粉对例如，淀粉对例如，淀粉对-淀粉酶的生物合成有诱导作淀粉酶的生物合成有诱导作淀粉酶的生物合成有诱导作淀粉酶的生物合成有诱导作用，而果糖对该酶的生物合成有分解代谢物阻遏用，而果糖对该酶的生物合成有分解代谢物阻遏用，而果糖对该酶的生物合成有分解代谢物阻遏用，而果糖对该酶的生物合成有分解代谢物阻遏作用，因此，作用，因此，作用，因此，作用，因此，在在在在-淀粉酶的发酵生产中，应当选

68、淀粉酶的发酵生产中，应当选淀粉酶的发酵生产中，应当选淀粉酶的发酵生产中，应当选用淀粉为碳源，而不采用果糖为碳源用淀粉为碳源，而不采用果糖为碳源用淀粉为碳源，而不采用果糖为碳源用淀粉为碳源，而不采用果糖为碳源。n n 同样道理，在同样道理，在同样道理，在同样道理，在-半乳糖苷酶的发酵生产时，半乳糖苷酶的发酵生产时，半乳糖苷酶的发酵生产时，半乳糖苷酶的发酵生产时，应当选用对该酶的生物合成具有诱导作用的应当选用对该酶的生物合成具有诱导作用的应当选用对该酶的生物合成具有诱导作用的应当选用对该酶的生物合成具有诱导作用的乳糖乳糖乳糖乳糖为碳源为碳源为碳源为碳源，而不用或者少用对该酶的生物合成具有，而不用或

69、者少用对该酶的生物合成具有，而不用或者少用对该酶的生物合成具有，而不用或者少用对该酶的生物合成具有分解代谢物阻遏作用的葡萄糖为碳源。分解代谢物阻遏作用的葡萄糖为碳源。分解代谢物阻遏作用的葡萄糖为碳源。分解代谢物阻遏作用的葡萄糖为碳源。 682 2）氮源）氮源：是指能向细胞提供氮元素的营养物：是指能向细胞提供氮元素的营养物质。质。 氮源可分为有机氮源和无机氮源。氮源可分为有机氮源和无机氮源。氮源氮源有机有机氮源氮源无机无机氮源氮源铵态氮铵态氮硝态氮硝态氮69 有机氮源有机氮源主要是各种蛋白质及其水解主要是各种蛋白质及其水解产物，例如，酪蛋白、豆饼粉、花生饼粉、产物，例如，酪蛋白、豆饼粉、花生饼粉

70、、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、蛋白水解液、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、蛋白水解液、多肽、氨基酸等。多肽、氨基酸等。 无机氮源无机氮源是各种含氮的无机化合物，是各种含氮的无机化合物，如氨水、硫酸铵、磷酸铵、硝酸铵、硝酸如氨水、硫酸铵、磷酸铵、硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠等铵盐和硝酸盐等。钾、硝酸钠等铵盐和硝酸盐等。 70n n 不同的细胞对氮源有不同的要求，应不同的细胞对氮源有不同的要求，应当根据细胞的营养要求进行选择和配置。当根据细胞的营养要求进行选择和配置。n n 一般说来，一般说来，n n 动物细胞动物细胞要求有机氮源；要求有机氮源；n n 植物细胞植物细胞主要使用无机氮源；主要使用无机氮源；n n 微

71、生物细胞微生物细胞中，中，异养型细胞异养型细胞要求有机要求有机氮源，氮源，自养型细胞自养型细胞可以采用无机氮源。可以采用无机氮源。71在使用无机氮源时，在使用无机氮源时，铵盐和硝酸盐的比例铵盐和硝酸盐的比例对细胞对细胞的生长和新陈代谢有显著的影响，在使用时应充的生长和新陈代谢有显著的影响，在使用时应充分注意。分注意。注意注意碳氮比（碳氮比（C/NC/N）对酶的产量有显著影响。对酶的产量有显著影响。 C/NC/N！碳氮比（碳氮比（C/NC/N）是指培养基中碳元素的总量与氮元是指培养基中碳元素的总量与氮元素总量之比。素总量之比。有时也采用培养基中所含的碳源总量和氮源总量之有时也采用培养基中所含的碳

72、源总量和氮源总量之比来表示碳氮比。比来表示碳氮比。72n n3 3）无机盐）无机盐n n无机盐的作用无机盐的作用n n 无机盐的主要作用是提供细胞生命活无机盐的主要作用是提供细胞生命活动所必不可缺的各种无机元素，并对细胞动所必不可缺的各种无机元素，并对细胞内外的内外的pHpH值、氧化还原电位和渗透压起调值、氧化还原电位和渗透压起调节作用。节作用。 n n 无机元素是通过在培养基中添加无机无机元素是通过在培养基中添加无机盐来提供的，一般采用添加水溶性的硫酸盐来提供的，一般采用添加水溶性的硫酸盐、磷酸盐、盐酸盐或硝酸盐等。盐、磷酸盐、盐酸盐或硝酸盐等。n n 有些微量元素在配制培养基所使用的有些微

73、量元素在配制培养基所使用的水中已经足量，不必再添加。水中已经足量，不必再添加。73n n 不同的无机元素在细胞的生命活动中作用有不同的无机元素在细胞的生命活动中作用有不同的无机元素在细胞的生命活动中作用有不同的无机元素在细胞的生命活动中作用有所不同。所不同。所不同。所不同。n n 有些是细胞的主要组成元素，如磷、硫等；有些是细胞的主要组成元素，如磷、硫等；有些是细胞的主要组成元素，如磷、硫等；有些是细胞的主要组成元素，如磷、硫等；n n 有些是酶分子的组成元素，如磷、硫、锌、有些是酶分子的组成元素，如磷、硫、锌、有些是酶分子的组成元素，如磷、硫、锌、有些是酶分子的组成元素，如磷、硫、锌、钙等；

74、钙等；钙等；钙等；n n 有些作为酶的激活剂调节酶的活性，如钾、有些作为酶的激活剂调节酶的活性，如钾、有些作为酶的激活剂调节酶的活性，如钾、有些作为酶的激活剂调节酶的活性，如钾、镁、锌、铜、铁、锰、钙、钼、钴、氯、溴、碘镁、锌、铜、铁、锰、钙、钼、钴、氯、溴、碘镁、锌、铜、铁、锰、钙、钼、钴、氯、溴、碘镁、锌、铜、铁、锰、钙、钼、钴、氯、溴、碘等；等；等；等；n n 有些则对有些则对有些则对有些则对pHpHpHpH值、氧化还原电位、渗透压起调值、氧化还原电位、渗透压起调值、氧化还原电位、渗透压起调值、氧化还原电位、渗透压起调节作用，如钠、钾、钙、磷、氯等。节作用，如钠、钾、钙、磷、氯等。节作用

75、，如钠、钾、钙、磷、氯等。节作用，如钠、钾、钙、磷、氯等。 74n n 在微生物的发酵生产中，有些金属离在微生物的发酵生产中，有些金属离子是酶的组成成分，如钙离子是淀粉酶的子是酶的组成成分，如钙离子是淀粉酶的成分之一，也是芽孢形成所必需的。成分之一，也是芽孢形成所必需的。n n 无机盐一般在低浓度情况下有利于酶无机盐一般在低浓度情况下有利于酶产量的提高，而高浓度则容易产生抑制。产量的提高，而高浓度则容易产生抑制。n n 根据细胞对无机元素需要量的不同，根据细胞对无机元素需要量的不同，无机元素可以分为大量元素和微量元素两无机元素可以分为大量元素和微量元素两大类：大类：75大量元素大量元素：P、S

76、、K、Na、Ca、Mg、ClP在细胞增殖分化时大量需要，主要由磷在细胞增殖分化时大量需要，主要由磷酸二氢钠、磷酸二氢钾供应。酸二氢钠、磷酸二氢钾供应。 P参与核酸、参与核酸、能量代谢。能量代谢。K直接影响培养物中酶的活性。直接影响培养物中酶的活性。Ca的来源主要是氯化钙、硝酸钙。的来源主要是氯化钙、硝酸钙。硫酸镁作为硫酸镁作为S和和Mg的来源。的来源。微量元素微量元素：Cu 、 Mn 、Zn 、Mo 、Co 、Br 、I等等76n n 微量元素是指细胞生命活动必不可少，微量元素是指细胞生命活动必不可少，但是需要量微小的元素。但是需要量微小的元素。n n 微量元素的需要量很少，过量反而对微量元素

77、的需要量很少，过量反而对细胞的生命活动有不良影响，必须严加控细胞的生命活动有不良影响，必须严加控制。制。 774 4）生长因素）生长因素：是指细胞生长繁殖所必需的微量有是指细胞生长繁殖所必需的微量有机化合物。机化合物。 主要包括主要包括各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等。氨基酸是蛋白质的组分；氨基酸是蛋白质的组分； 嘌呤、嘧啶是核酸和某些辅酶或辅基的组分；嘌呤、嘧啶是核酸和某些辅酶或辅基的组分； 维生素主要起辅酶作用；维生素主要起辅酶作用； 动、植物生长激素则分别对动物细胞和植物细动、植物生长激素则分别对动物细胞和植物细胞的生长、分裂起调节作用。胞的生长、分裂起调

78、节作用。78 有的细胞可以通过自身的新陈代谢合有的细胞可以通过自身的新陈代谢合成所需的生长因素，成所需的生长因素， 有的细胞属营养缺陷型细胞，本身缺有的细胞属营养缺陷型细胞，本身缺少合成某一种或某几种生长因素的能力，少合成某一种或某几种生长因素的能力，需要在培养基中添加所需的生长因素，细需要在培养基中添加所需的生长因素，细胞才能正常生长、繁殖。胞才能正常生长、繁殖。 79n n2.2.微生物发酵产酶常用的几种发酵培养基微生物发酵产酶常用的几种发酵培养基n n（1 1）枯草杆菌）枯草杆菌BF7658BF7658 - -淀粉酶发酵培养淀粉酶发酵培养基基n n玉米粉玉米粉8 8，豆饼粉，豆饼粉4 4

79、，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0 08 8，硫酸铵，硫酸铵0.40.4，氯化钙，氯化钙0.20.2，氯化铵，氯化铵0.150.15（自然（自然pHpH）。）。 n n（2 2）枯草杆菌）枯草杆菌AS1.398AS1.398中性蛋白酶发酵培中性蛋白酶发酵培养基养基n n玉米粉玉米粉4 4，豆饼粉，豆饼粉3 3，麸皮，麸皮3.23.2，糠，糠1 1，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0.40.4，磷酸二氢钾，磷酸二氢钾0.030.03（自然（自然pHpH）。）。 80 （3 3）黑曲霉糖化酶）黑曲霉糖化酶发酵培养基发酵培养基 玉米粉玉米粉玉米粉玉米粉10101010，豆饼粉，豆饼粉，豆饼粉，豆饼粉4 4 4 4，麸

80、皮，麸皮，麸皮，麸皮1 1 1 1（pH4.4pH4.4pH4.4pH4.45.05.05.05.0）。）。）。）。 （4 4）地衣芽孢杆菌）地衣芽孢杆菌27092709碱性蛋白酶发酵培养碱性蛋白酶发酵培养基基 玉米粉玉米粉玉米粉玉米粉5.55.55.55.5，豆饼，豆饼，豆饼，豆饼4 4 4 4，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0.40.40.40.4，磷酸，磷酸，磷酸，磷酸二氢钾二氢钾二氢钾二氢钾0.030.030.030.03（pH 8.5pH 8.5pH 8.5pH 8.5）。）。）。）。 （5 5）黑曲霉）黑曲霉AS3.350AS3.350酸性蛋白酶酸性蛋白酶发酵培养基

81、发酵培养基 玉米粉玉米粉玉米粉玉米粉6 6 6 6，豆饼粉，豆饼粉，豆饼粉，豆饼粉4 4 4 4，玉米浆，玉米浆，玉米浆，玉米浆 0.60.60.60.6，氯化钙，氯化钙，氯化钙，氯化钙0.50.50.50.5，氯化铵，氯化铵，氯化铵，氯化铵1 1 1 1，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0.20.20.20.2（pH 5.5pH 5.5pH 5.5pH 5.5）。）。）。）。 81n n（6 6）游动放线菌葡萄糖异构酶发酵培养基）游动放线菌葡萄糖异构酶发酵培养基n n糖蜜糖蜜2 2，豆饼粉，豆饼粉2 2，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0.10.1，硫酸硫酸 镁镁0.050.05（pH

82、7.2pH 7.2）。）。 n n（7 7）橘青霉磷酸二酯酶发酵培养基）橘青霉磷酸二酯酶发酵培养基n n淀粉水解糖淀粉水解糖5 5，蛋白胨，蛋白胨0.50.5，硫酸镁，硫酸镁0.050.05，氯化钙，氯化钙0.040.04，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠0.050.05，磷酸二氢钾，磷酸二氢钾0.050.05（自然（自然pHpH）。）。 82 （8 8）黑曲霉）黑曲霉AS3.396AS3.396果胶酶果胶酶发酵培养基发酵培养基 麸皮麸皮麸皮麸皮5 5 5 5，果胶，果胶，果胶，果胶0.30.30.30.3，硫酸铵，硫酸铵，硫酸铵，硫酸铵2 2 2 2，磷酸二氢钾，磷酸二氢钾，磷酸二氢钾，磷酸二氢钾0.

83、250.250.250.25，硫酸镁，硫酸镁，硫酸镁，硫酸镁0.050.050.050.05，硝酸钠，硝酸钠，硝酸钠，硝酸钠0.020.020.020.02，硫酸亚铁，硫酸亚铁，硫酸亚铁，硫酸亚铁0.0010.0010.0010.001（自然（自然（自然（自然pHpHpHpH）。）。）。）。 （9 9）枯草杆菌）枯草杆菌AS1.398AS1.398碱性磷酸酶发酵培养基碱性磷酸酶发酵培养基 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖0.40.40.40.4，乳蛋白水解物，乳蛋白水解物，乳蛋白水解物，乳蛋白水解物0.10.10.10.1，硫酸铵，硫酸铵，硫酸铵，硫酸铵1 1 1 1，氯化钾氯化钾氯化钾氯化钾0.10

84、.10.10.1，氯化钙，氯化钙，氯化钙，氯化钙0.1mmol0.1mmol0.1mmol0.1mmolL L L L，氯化镁，氯化镁，氯化镁，氯化镁1 mmol1 mmol1 mmol1 mmolL L L L，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠，磷酸氢二钠20mol20mol20mol20molL L L L（用（用（用（用pH7.4pH7.4pH7.4pH7.4的的的的TrisHCLTrisHCLTrisHCLTrisHCL缓冲液配制）缓冲液配制）缓冲液配制）缓冲液配制） 83三、三、培养基的培养基的pHpH值的调节控制值的调节控制在配制培养基时应根据微生物的需要调节在配制培养基时应根据

85、微生物的需要调节pHpH值。值。一般情况下，多数细菌、放线菌生长的最适一般情况下，多数细菌、放线菌生长的最适pHpH 为中性至微碱为中性至微碱性性（ pH6.5-8.0pH6.5-8.0）；）；而霉菌、酵母而霉菌、酵母的最适生长的最适生长pHpH值值则则偏偏酸性酸性（ pH4-6pH4-6）；）；植物细胞植物细胞生长的最适生长的最适pHpH值为值为 5-65-6。培养基的培养基的pHpH值不仅影响微生物的生长和产酶，而且对酶的分泌值不仅影响微生物的生长和产酶，而且对酶的分泌也有作用。也有作用。注意！注意！细胞发酵产酶的最适细胞发酵产酶的最适pHpH值与生长最适值与生长最适pHpH值往往值往往有

86、所不同。有所不同。细胞生产某种酶的最适细胞生产某种酶的最适pHpH值通常接近于该酶催值通常接近于该酶催化反应的最适化反应的最适pHpH值。值。84有些细胞可以同时产生若干种酶，在生产过程中，通过控有些细胞可以同时产生若干种酶，在生产过程中，通过控制培养基的制培养基的pH值，往往可以改变各种酶之间的产量比例。值，往往可以改变各种酶之间的产量比例。四、温度的调节控制四、温度的调节控制有些细胞发酵产酶的最适温度与细胞生长最适温度有些细胞发酵产酶的最适温度与细胞生长最适温度往往有所不同，而且往往往往有所不同，而且往往低于生长最适温度低于生长最适温度。原因原因在较低的温度条件下，可以提高酶所对在较低的温

87、度条件下，可以提高酶所对应的应的mRNA的稳定性，增加酶生物合成的稳定性，增加酶生物合成的延续时间，从而提高酶的产量。的延续时间，从而提高酶的产量。85五、溶解氧的调节控制五、溶解氧的调节控制溶解氧是指溶解在培养基中的氧气。溶解氧是指溶解在培养基中的氧气。在培养基中培养的细胞一般只能吸收和利用溶解氧。在培养基中培养的细胞一般只能吸收和利用溶解氧。溶解氧的调节控制，就是要根据细胞对溶解氧的需要量，溶解氧的调节控制，就是要根据细胞对溶解氧的需要量，连续不断地进行补充，使培养基中溶解氧的量保持恒定。连续不断地进行补充，使培养基中溶解氧的量保持恒定。 耗氧速率公式：耗氧速率公式：Ko2=Qo2Cc86

88、n n 溶氧速率（溶氧速率（KdKd）是指单位体积的发酵是指单位体积的发酵液在单位时间内所溶解的氧的量。液在单位时间内所溶解的氧的量。n n 当溶氧速率和耗氧速率相等时，即：当溶氧速率和耗氧速率相等时，即： KoKo2 2 = = KdKd 的条件下，培养液中的溶解氧的的条件下，培养液中的溶解氧的量保持恒定，可以满足细胞生长和发酵产量保持恒定，可以满足细胞生长和发酵产酶的需要。酶的需要。n n 随着发酵过程的进行，细胞耗氧速率随着发酵过程的进行，细胞耗氧速率发生改变时，必须相应地对溶氧速率进行发生改变时，必须相应地对溶氧速率进行调节。调节。87调节溶解氧的方法主要有：调节溶解氧的方法主要有：（

89、1）调节通气量）调节通气量（2）调节氧分压）调节氧分压（3）调节气液接触时间）调节气液接触时间（4）调节气液接触面积）调节气液接触面积（5）改变培养液的性质）改变培养液的性质在发酵生产过程在发酵生产过程中，应尽量控制中，应尽量控制溶氧速率溶氧速率等于等于或或稍高于稍高于耗氧速率。耗氧速率。88n n（1 1 1 1）调节通气量）调节通气量）调节通气量）调节通气量n n增大通气量，可以提高溶氧速率。增大通气量，可以提高溶氧速率。增大通气量，可以提高溶氧速率。增大通气量，可以提高溶氧速率。n n减少通气量，则使溶氧速率降低。减少通气量，则使溶氧速率降低。减少通气量，则使溶氧速率降低。减少通气量，则

90、使溶氧速率降低。n n（2 2 2 2）调节氧分压）调节氧分压）调节氧分压）调节氧分压n n增加发酵容器中的空气压力增加发酵容器中的空气压力增加发酵容器中的空气压力增加发酵容器中的空气压力n n增加通入空气中的氧含量增加通入空气中的氧含量增加通入空气中的氧含量增加通入空气中的氧含量n n都能提高氧分压，从而使溶氧速率提高。都能提高氧分压，从而使溶氧速率提高。都能提高氧分压，从而使溶氧速率提高。都能提高氧分压，从而使溶氧速率提高。n n（3 3 3 3）调节气液接触时间）调节气液接触时间）调节气液接触时间）调节气液接触时间n n增加液层高度增加液层高度增加液层高度增加液层高度n n降低气流速度降

91、低气流速度降低气流速度降低气流速度n n在反应器中增设挡板在反应器中增设挡板在反应器中增设挡板在反应器中增设挡板n n延长空气流经培养液的距离延长空气流经培养液的距离延长空气流经培养液的距离延长空气流经培养液的距离89n n（4 4）调节气液接触面积）调节气液接触面积n n在发酵容器的底部安装空气分配管，使气在发酵容器的底部安装空气分配管，使气体分散成小气泡进入培养液中，是增加气体分散成小气泡进入培养液中，是增加气液接触面积的主要方法液接触面积的主要方法n n装设搅拌装置装设搅拌装置n n增设挡板增设挡板n n（5 5）改变培养液的性质）改变培养液的性质n n改变培养液的组分或浓度，有效地降低

92、培改变培养液的组分或浓度，有效地降低培养液的黏度养液的黏度n n设置消泡装置或添加适当的消泡剂设置消泡装置或添加适当的消泡剂90n n六、提高酶产量的措施六、提高酶产量的措施在酶的发酵生产过程中，为了提高酶的产在酶的发酵生产过程中，为了提高酶的产量，除了选育优良的产酶细胞外，还可以量，除了选育优良的产酶细胞外，还可以采用一些与酶发酵工艺有关的措施，例如：采用一些与酶发酵工艺有关的措施，例如：n n1.1.添加诱导物添加诱导物 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养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。基中添加诱导物能使酶的产量显著增加。n n 诱导物一般可以分为诱导物一

93、般可以分为3 3类：类：n n （1 1）酶的作用底物）酶的作用底物 例如青霉素是青霉素酰化酶的诱导物。例如青霉素是青霉素酰化酶的诱导物。91（2）酶的反应产物）酶的反应产物 例如纤维素二糖可诱导纤维素酶的产生。例如纤维素二糖可诱导纤维素酶的产生。（3）酶作用底物的类似物）酶作用底物的类似物 例如异丙基例如异丙基-D-硫代半乳糖昔（硫代半乳糖昔（IPTG）对对-半乳糖昔酶的诱导效果比乳糖高几百倍。半乳糖昔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其中使用最广泛的诱导物是不参与代谢的底物类似物。的底物类似物。92n n2.2.控制控制( (降低降低) )阻遏物的浓度阻遏物的

94、浓度n n微生物酶的生产受到代谢末端产物的阻遏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。和分解代谢物阻遏的调节。n n阻遏作用根据其作用机制的不同，可以分阻遏作用根据其作用机制的不同，可以分为产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。为产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。n n产物阻遏作用产物阻遏作用是由酶催化作用的产物或者是由酶催化作用的产物或者代谢途径的末端产物引起的阻遏作用。代谢途径的末端产物引起的阻遏作用。n n分解代谢物阻遏作用分解代谢物阻遏作用是由分解代谢物引起是由分解代谢物引起的阻遏作用。的阻遏作用。93n n解除或减少分解代谢物阻遏的方法解除或减少分解代谢物阻遏的方法解除或减少

95、分解代谢物阻遏的方法解除或减少分解代谢物阻遏的方法: : : :1.1.1.1.控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度, , , ,可可可可以采用淀粉等难于利用的碳源以采用淀粉等难于利用的碳源以采用淀粉等难于利用的碳源以采用淀粉等难于利用的碳源; ; ; ; 例如在丹半乳糖昔酶的生产中，只有在培养基例如在丹半乳糖昔酶的生产中，只有在培养基例如在丹半乳糖昔酶的生产中，只有在培养基例如在丹半乳糖昔酶的生产中，只有在培养基中不含葡萄糖时，才能大量诱导产酶。中不含葡萄糖时，才能大量

96、诱导产酶。中不含葡萄糖时，才能大量诱导产酶。中不含葡萄糖时，才能大量诱导产酶。2.2.2.2.采用补料、分次流加碳源等方法，控制碳源浓度采用补料、分次流加碳源等方法，控制碳源浓度采用补料、分次流加碳源等方法，控制碳源浓度采用补料、分次流加碳源等方法，控制碳源浓度在较低水平在较低水平在较低水平在较低水平, , , ,即即即即: : : :使培养基中的碳源保持在不致于使培养基中的碳源保持在不致于使培养基中的碳源保持在不致于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水平上。引起分解代谢物阻遏的浓度水平上。引起分解代谢物阻遏的浓度水平上。引起分解代谢物阻遏的浓度水平上。3.3.3.3.添加一

97、定量的添加一定量的添加一定量的添加一定量的CAMPCAMPCAMPCAMP。94n n解除或减少产物阻遏的方法：解除或减少产物阻遏的方法： 控制末端产物的浓度控制末端产物的浓度. .采用末端产物缺陷型突变株发酵（使得合采用末端产物缺陷型突变株发酵（使得合成产物的酶的生成量增加）成产物的酶的生成量增加）. .对于非营养缺陷型菌株，添加末端产物类对于非营养缺陷型菌株，添加末端产物类似物。似物。95 对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可通对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可通过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除。过控制末端产物的浓度的方法使阻遏解除。 对于非营养缺陷型菌株，由于在发酵过程对于非营养缺陷型

98、菌株，由于在发酵过程中会不断合成末端产物，即可通过添加末中会不断合成末端产物，即可通过添加末端产物类似物的方法，以减少或解除末端端产物类似物的方法，以减少或解除末端产物的阻遏作用。产物的阻遏作用。 例如，组氨酸的合成途径中的例如，组氨酸的合成途径中的1010种酶种酶的生物合成受到组氨酸的反馈阻遏，若在的生物合成受到组氨酸的反馈阻遏，若在培养基中添加组氨酸类似物培养基中添加组氨酸类似物 2- 2-噻唑丙氨酸，噻唑丙氨酸，可解除组氨酸的反馈阻遏作用，使这可解除组氨酸的反馈阻遏作用，使这1010种种酶的生物合成量提高酶的生物合成量提高3030倍。倍。96n n3.3.添加表面活性剂添加表面活性剂n

99、n 由于它表面活性剂可以与细胞膜相互由于它表面活性剂可以与细胞膜相互作用，改变作用，改变( (增加增加) )了细胞的通透性，使更了细胞的通透性，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，有利于而打破了胞内酶合成的反馈平衡，有利于胞外酶胞外酶的分泌，从而提高了酶的产量。的分泌，从而提高了酶的产量。n n 此外，有些表面活性剂对酶分子有一此外，有些表面活性剂对酶分子有一定的定的稳定作用稳定作用，可以提高酶的活力，例如，可以提高酶的活力，例如在霉菌的发酵生产中添加在霉菌的发酵生产中添加 1% 1%的吐温可使纤的吐温可使纤维素酶的产量提高

100、几倍到几十倍。维素酶的产量提高几倍到几十倍。97酶蛋白在细胞内外的分布有三种情况：酶蛋白在细胞内外的分布有三种情况：一是释放到细胞外的酶，叫胞外酶；一是释放到细胞外的酶，叫胞外酶；二是游离在细胞内的酶，叫溶酶；二是游离在细胞内的酶，叫溶酶；三是牢固与膜或细胞颗粒结合在一起的，叫结酶；三是牢固与膜或细胞颗粒结合在一起的，叫结酶；后二者合称胞内酶。后二者合称胞内酶。 98胞内酶的特殊方法胞内酶的特殊方法: : 固体培养法固体培养法 把菌种接入固体培养基中把菌种接入固体培养基中, ,保温数天保温数天, ,用水或用水或缓冲液浸泡培养基缓冲液浸泡培养基, ,将酶抽提将酶抽提, ,测定酶活力测定酶活力,

101、,这种方这种方法主要适用于霉菌。法主要适用于霉菌。 液体培养法液体培养法 将菌种接入液体培养基后将菌种接入液体培养基后, ,静置或在摇床上振静置或在摇床上振荡培养一段时间荡培养一段时间( (视菌种而异视菌种而异), ),再测定培养物中酶再测定培养物中酶的活力的活力, ,通过比较通过比较, ,筛选出产酶性能较高的菌种供筛选出产酶性能较高的菌种供复筛使用。复筛使用。99阳离子型阳离子型 离子型离子型 阴离子型阴离子型表面活性剂表面活性剂 两性离子型两性离子型 非离子型非离子型在发酵生产中，在发酵生产中，非离子型的表面活性剂非离子型的表面活性剂常被用作产酶促进剂。常被用作产酶促进剂。100吐温(Tw

102、een)80一、化学名：聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯一、化学名：聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯 二、二、 英文名称：英文名称：EmulsifierEmulsifier -80-80；Tween-80 Tween-80 三、三、 分子式：分子式：C64H124O26 C64H124O26 四、四、 分子量：分子量：1309.63 1309.63 五、五、 性能：淡黄色液体。略带苦味，溶于水、苯性能：淡黄色液体。略带苦味，溶于水、苯胺、醋酸乙酯及甲苯，不溶于矿物油及植物油。胺、醋酸乙酯及甲苯，不溶于矿物油及植物油。具有润湿、起泡、扩散等性能，属具有润湿、起泡、扩散等性能，属O/WO/W型乳化剂，型乳化剂，H

103、LBHLB值为值为15.415.4。 六、用途：在农药、药品、食品和化妆品中用作六、用途：在农药、药品、食品和化妆品中用作乳化剂，还在各种乳化剂，还在各种O/WO/W乳状液中作乳化剂。在纺织乳状液中作乳化剂。在纺织业作为油剂和润滑剂。作为乳化剂时常与斯潘业作为油剂和润滑剂。作为乳化剂时常与斯潘-80-80复配使用。复配使用。 101非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂吐温吐温(Tween)80 102Tritonn nTriton X-100Triton X-100是一种非离子型表面活性剂是一种非离子型表面活性剂（或称清洁剂），分子量为（或称清洁剂），分子量为646.86646.86（C34H

104、62O11C34H62O11）。它能溶解脂质，以）。它能溶解脂质，以增加抗体对细胞膜的通透性。增加抗体对细胞膜的通透性。n n1%1%的的Triton X-100Triton X-100常用于漂洗组织标本，常用于漂洗组织标本，n n0.3%0.3%的的Triton X-100Triton X-100则常用于稀释血清，则常用于稀释血清，配制配制BSABSA等。等。 103n n4.4.添加产酶促进剂添加产酶促进剂n n 产酶促进剂是指可以促进产酶，提高产酶促进剂是指可以促进产酶，提高酶产量但作用机理尚未阐明的物质。酶产量但作用机理尚未阐明的物质。n n 产酶促进剂可能是酶的产酶促进剂可能是酶的激

105、活剂激活剂或或稳定稳定剂剂，也可能是产酶微生物的，也可能是产酶微生物的生长因子生长因子，或，或是有害金属的是有害金属的螫合剂螫合剂。n n 例如：添加植酸钙镁，可使多种霉菌例如：添加植酸钙镁，可使多种霉菌的蛋白酶和橘青霉的的蛋白酶和橘青霉的55- -磷酸二酯酶的产量磷酸二酯酶的产量提高提高2 22020倍。倍。104第四节第四节 酶发酵动力学酶发酵动力学n n 发酵动力学主要研究发酵过程中细胞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、基质消耗速度生长速度、产物生成速度、基质消耗速度以及环境因素对这些速度的影响等。以及环境因素对这些速度的影响等。105一、酶生物合成的模式一、酶生物

106、合成的模式产酶细胞在一定条件下进行培养。其生长过程一般产酶细胞在一定条件下进行培养。其生长过程一般经历四个阶段：经历四个阶段：调整期、对数期、平衡期调整期、对数期、平衡期和和衰退期衰退期。106（一）同步合成型（一）同步合成型 （生长偶联型）（生长偶联型）同步合成型是指：同步合成型是指：酶合成与细胞生长同步。酶合成与细胞生长同步。当细胞进入对数生长期，酶大量生产；当细胞进入对数生长期，酶大量生产；当细胞生长进入平衡期后，酶的合成停止。当细胞生长进入平衡期后，酶的合成停止。所以，所以，同步合成型又称为生长偶联型同步合成型又称为生长偶联型。属于这种类型的酶，其生物合成可被属于这种类型的酶，其生物合

107、成可被诱导，诱导，但不受分解代谢产物和尾产物阻遏，但不受分解代谢产物和尾产物阻遏，而且，当除去诱导物或细胞进入平衡而且，当除去诱导物或细胞进入平衡期后，酶的合成立即停止。期后，酶的合成立即停止。这表明，这类酶这表明，这类酶所对应的所对应的mRNAmRNA是很不是很不稳定的。稳定的。107（二）延续合成型（二）延续合成型 延续合成型是指：延续合成型是指：酶的合成伴随着细胞生长而开始，但酶的合成伴随着细胞生长而开始，但在细胞进入平衡期后，酶还可以延续合成较长的一段时间。在细胞进入平衡期后，酶还可以延续合成较长的一段时间。此类型的酶可受诱导，但不受尾产物阻遏和降解代谢产此类型的酶可受诱导，但不受尾产

108、物阻遏和降解代谢产物阻遏，其物阻遏，其对应的对应的mRNAmRNA是相当稳定的是相当稳定的，可在生长平衡期后一，可在生长平衡期后一段时间内继续用于酶的合成。段时间内继续用于酶的合成。108（三）中期合成型（三）中期合成型 中期合成型是指：中期合成型是指：酶的合成在细胞生长一段时间以后酶的合成在细胞生长一段时间以后才开始，而在进入细胞平衡期之后，酶的合成也终止。才开始，而在进入细胞平衡期之后，酶的合成也终止。这类酶受到尾产物阻遏，其这类酶受到尾产物阻遏，其对应的对应的mRNAmRNA是很不稳定是很不稳定的的。109（四）滞后合成型（四）滞后合成型这种类型只有当细胞生长进入平衡期之后，酶才开这种类

109、型只有当细胞生长进入平衡期之后，酶才开始合成并大量积累。许多水解酶类属于此类。它们在细胞始合成并大量积累。许多水解酶类属于此类。它们在细胞对数生长期不合成，可能是受到分解代谢产物阻遏作用的对数生长期不合成，可能是受到分解代谢产物阻遏作用的影响。当阻遏解除后，酶开始合成，其影响。当阻遏解除后，酶开始合成，其对应的对应的mRNAmRNA稳定性稳定性高。高。110综上所述，综上所述， mRNAmRNA的稳定性的稳定性以及以及培养基中阻遏物培养基中阻遏物的存在的存在，是影响酶生物合成模式的主要因素是影响酶生物合成模式的主要因素。其中：。其中：（1 1） mRNAmRNA稳定性高的，可在细胞停止生长后继

110、续稳定性高的，可在细胞停止生长后继续合成其对应的酶。合成其对应的酶。（2 2） mRNAmRNA稳定性差的，随着细胞停止生长而终止稳定性差的，随着细胞停止生长而终止酶的合成。酶的合成。（3 3）不受培养基中阻遏物阻遏的，可随着细胞生）不受培养基中阻遏物阻遏的，可随着细胞生长而开始酶的合成。长而开始酶的合成。（4 4）受阻遏的酶，要在细胞生长一段时间或进入）受阻遏的酶，要在细胞生长一段时间或进入平衡期后，解除阻遏，酶才开始合成。平衡期后，解除阻遏，酶才开始合成。111在酶的工业生产中，为了提高酶产率和缩短发酵周期，最在酶的工业生产中，为了提高酶产率和缩短发酵周期，最理想的是哪种类型理想的是哪种类

111、型是是延续合成型延续合成型。因为细胞开始生长就有酶产生，细胞生长。因为细胞开始生长就有酶产生，细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续生成一段时间。进入平衡期后，酶还可以延续生成一段时间。对于其他合成类型的酶，要在细胞选育上并在工艺条件方对于其他合成类型的酶，要在细胞选育上并在工艺条件方面加以适当调节：面加以适当调节：（1 1）对于同步合成型，尽量提高对应的）对于同步合成型，尽量提高对应的mRNAmRNA的稳定性，的稳定性，如降低发酵温度等如降低发酵温度等 。（2 2）对于滞后合成型，要尽量减少阻遏物，使酶的合成）对于滞后合成型，要尽量减少阻遏物，使酶的合成提前开始。提前开始。（3 3）对于中期合成

112、型的酶，则要从提高）对于中期合成型的酶，则要从提高mRNAmRNA的稳定性以的稳定性以及解阻遏两方面进行。及解阻遏两方面进行。112二、细胞生长动力学二、细胞生长动力学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。1950年莫若德（Monod）首次提出了一个细胞生长动力学方程。在培养过程中，细胞生长速率与细胞浓度成正比：rx=dxdt=x式中，rx为细胞生长速率；x为细胞浓度；为比生长速率（和一开始相比）。dx为细胞浓度微变量，dt为时间微变量。113当培养基中只有一种限制基质（例如糖或氨基酸），而不存在其他限制生长的因素时，为此限制因子浓度的函数，此即Monod生长动力学模型：

113、dx1ms=（和米氏方程相似）dtxks+sv=VS/v=VS/（km+Skm+S）式中，s为限制性基质浓度，m为最大比生长速率（是指限制性基质浓度过量时的比生长速率），ks是Monod常数，是指比生长速率达到最大比生长速率一半时的限制性底物浓度，即=1/2m时，ks=s。114Monod方程是基本的细胞生长动力学方程。在发酵过程优化以及发酵过程控制方面具有重要的应用价值。此后，不少学者从不同的情况出发或运用不同的方法，对Monod方程进行了修正，得出了适用于不同情况的各种动力学模型。例如，在连续全混合流反应器发酵过程中，不断添加培养液，并不断排出同体积的发酵液。在稳态时，游离细胞连续发酵的生

114、长动力学方程可表达为：115dxmsx=Dx=（D）xdtks+s式中，D为稀释率，是指单位时间内，流加的培养液与发酵容器中发酵液体积之比，一般以升/小时为单位。如D=0.2，表明每小时流加的培养液为发酵容器中培养液的体积的20%。116三、产酶动力学三、产酶动力学产酶动力学主要研究细胞产酶速率以及各种环境因素对产酶速率的影响规律。产酶动力学的研究可以从整个发酵系统着眼，研究群体细胞的产酶速率及其影响因素，称为宏观产酶动力学或非结构动力学。也可以从细胞内部着眼，研究细胞中酶合成速率及其影响因素，谓之微观产酶动力学或称为结构动力学。117n n在酶的发酵生产中，酶的产量高低，是发酵系统中群体细胞

115、产酶的集中体现，在此主要介绍宏观产酶动力学。n n宏观产酶动力学的研究表明，产酶速率与细胞比生长速率、细胞浓度以及细胞产酶模式有关。产酶动力学模型或称为产酶动力学方程可以表达为： 118dE/dt=(+) x 式中：式中：n nXX细胞浓度，以每升发酵液所含的干细胞细胞浓度，以每升发酵液所含的干细胞重量表示（重量表示（g DCg DCL L）；）；n n细胞比生长速率（细胞比生长速率（1 1h h）；）；n n生长偶联的比产酶系数，以每克干细胞生长偶联的比产酶系数，以每克干细胞产酶的单位数表示（产酶的单位数表示（U UgDCgDC）；）；n n非生长偶联的产酶速率，以每小时每克非生长偶联的产酶

116、速率，以每小时每克干细胞产酶的单位数表示（干细胞产酶的单位数表示（U Uhg DChg DC）；）；n nEE酶浓度，以每升发酵液中所含的酶单位酶浓度，以每升发酵液中所含的酶单位数表示（数表示（U UL L）；）；n nTT时间（时间（h h）。）。119n n根据细胞产酶模式的不同，产酶速率与细胞生长速率的关系也有所不同。 120n n同步合成型酶同步合成型酶 同步合成型的酶，其产酶与细胞生长偶联。在同步合成型的酶，其产酶与细胞生长偶联。在平衡期产酶速率为零，即非生长偶联的比产酶平衡期产酶速率为零，即非生长偶联的比产酶速率速率=0=0。所以其产酶动力学方程为：。所以其产酶动力学方程为： dE

117、/dt= dE/dt=X X n n中期合成型酶中期合成型酶 中期合成型的酶，其合成模式是一种特殊的生中期合成型的酶，其合成模式是一种特殊的生长偶联型。在培养液中有阻遏物存在时，长偶联型。在培养液中有阻遏物存在时，0 0，无酶产生。在细胞生长一段时间后，阻遏，无酶产生。在细胞生长一段时间后，阻遏物被细胞利用完，阻遏作用解除，酶才开始合物被细胞利用完，阻遏作用解除，酶才开始合成，在此阶段的产酶动力学方程与同步合成型成，在此阶段的产酶动力学方程与同步合成型相同。相同。 121n n滞后合成型酶滞后合成型酶 滞后合成型的酶，为非生长偶联型，生长偶联的滞后合成型的酶，为非生长偶联型，生长偶联的比产酶系

118、数比产酶系数0 0，其产酶动力学方程为：，其产酶动力学方程为： dE/dt= dE/dt=X X n n延续合成型酶延续合成型酶 延续合成型的酶，在细胞生长期和平衡期均可以延续合成型的酶，在细胞生长期和平衡期均可以产酶，产酶速率是生长偶联与非生长偶联产酶速产酶，产酶速率是生长偶联与非生长偶联产酶速率之和。其产酶动力学方程为：率之和。其产酶动力学方程为： dE/dt= dE/dt=X + X + X X 122第三节第三节 酶发酵生产实例酶发酵生产实例n n一、纤维素酶的生产一、纤维素酶的生产n n 纤维素酶是将纤维素水解成葡萄糖的一组酶纤维素酶是将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称，主要含有的总

119、称，主要含有3 3种组分：内切葡聚糖酶、纤维种组分：内切葡聚糖酶、纤维二糖酶和二糖酶和-葡萄糖苷酶。葡萄糖苷酶。n n 纤维素是地球上数量最大的再生资源，通过纤维素是地球上数量最大的再生资源，通过光合作用，地球上每年合成的植物总量约为光合作用，地球上每年合成的植物总量约为1101101717t t，其中纤维素占，其中纤维素占4040。目前，自然界中纤。目前，自然界中纤维素只有一小部分得到利用，绝大多数纤维素白维素只有一小部分得到利用，绝大多数纤维素白白浪费。如能将大量的纤维素分解为葡萄糖，则白浪费。如能将大量的纤维素分解为葡萄糖，则可以经济有效地利用纤维素资源。可以经济有效地利用纤维素资源。1

120、23n n我国早在我国早在2020世纪世纪6060年代开始对纤维素酶进行研究，年代开始对纤维素酶进行研究，在纤维素酶的生产菌种选育、酶的生产及应用上在纤维素酶的生产菌种选育、酶的生产及应用上都取得了不少进展。都取得了不少进展。 n n（）纤维素酶的性质和作用方式）纤维素酶的性质和作用方式n n1 1性质性质 大多数微生物产生的纤维素酶都是一大多数微生物产生的纤维素酶都是一个多组分的酶系，如上文所述，最主要有个多组分的酶系，如上文所述，最主要有3 3个组分：个组分：内切葡聚糖酶、纤维二糖酶及内切葡聚糖酶、纤维二糖酶及-葡萄糖酶。由于葡萄糖酶。由于现代生物大分子分离技术的发展，在各组分中，现代生物

121、大分子分离技术的发展，在各组分中，又都先后分离出各种相对分子质量不同、性质各又都先后分离出各种相对分子质量不同、性质各异的亚组分。以纤维二糖酶纤维素酶为例，其酶异的亚组分。以纤维二糖酶纤维素酶为例，其酶学性质见表学性质见表: : 124125126n n从第二个表中可以看出，不同菌株生产的纤维二糖酶在相对分子质量、等电点、最适pH、最适温度等方面性质不同，有的甚至相差较大。一般纤维素酶的相对分子质量为45 00075 000，最适温度在50左右，最适pH为45。 127n n2作用方式 纤维素的分解是纤维素酶各组分协同作用的结果。首先由内切葡聚糖酶作用于微纤维的非结晶区，使其露出许多末端供外切

122、酶作用。纤维二糖酶从非还原端依次分解，产生纤维二糖。然后，部分降解的纤维素进一步由内切葡聚糖酶和纤维二糖水解酶的协同作用，分解生成纤维二糖、三糖等低聚搪。最后，再由-葡聚糖苷酶作用分解成葡萄糖。 128n n（二）纤维素酶的生产n n1菌种的来源 纤维素酶的菌种来源十分广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌都能产生纤维素酶。从研究至今，各国的学者在进行了卓有成效的育种工作基础上，从自然界中筛选出许多生产纤维素酶的菌t其中一部分已经投人了工业化生产。目前公认的性能优良的工业纤维素酶三菌主要有木霉属、曲霉属，特别是里斯木霉、绿色木霉、康氏木霉较为具型。 129n n2纤维素酶的生产 与

123、淀粉酶、蛋白酶相比，纤维素酶的生产历史比较长，规模也较小，主要有固体和液体两种生产方法。下面简要介绍纤维素酶的固体发酵生产方法。130n n纤维素酶的固体发酵生产法有曲盘培养、厚层机械通风培养、固体发酵罐培养等方法。培养基主要以麸皮为主，再适当添加富含纤维素的物质及无机氮原。纤维素酶为诱导酶，培养基中必须含有纤维素物质。常用的有微晶纤维素、稻草粉、废纸浆、滤纸粉、蔗渣、麦秆、麸皮等。生产时采用孢子液接种，木霉、曲霉的培养温度为30 ，发酵时间为47d，控制一定湿度，发酵结束后用水提取酶，经过滤后用酒精或硫酸铵沉淀酶，然后过滤、干燥，加上填充剂、稳定剂制得纤维素酶制剂。 131n n二、蛋白酶的

124、生产n n（）蛋白酶概述n n蛋白酶是最重要的工业酶制剂，其最大的用途是制造加酶洗涤剂、嫩化肉类、改良面团、制造蛋白水解物，以及在制革、毛皮工业用做脱毛、软化剂，在食品及医药工业用做于制造氨基酸药物，制备功能肽、啤酒生产等。蛋白酶的销售额一般占酶制剂工业的一半。132n n蛋白酶是研究的最深入的一种酶，己有一百多种蛋白酶得到高度纯化并做成了结晶，其中不少酶蛋白的氨基酸排列和立体结构已经阐明。不同来源的蛋白酶，性质不同，具有不同的用途。蛋白酶的分类方式有很多种，其中微生物蛋白酶则常根据它的作用最适pH分为碱性蛋白酶、中性蛋白酶和酸性蛋白酶。133n n工业上生产蛋白酶的菌种来源非常广泛，如酸性工

125、业上生产蛋白酶的菌种来源非常广泛，如酸性蛋白酶的生产菌种主要有黑曲霉、青霉、根霉、蛋白酶的生产菌种主要有黑曲霉、青霉、根霉、担子菌等。具有凝乳作用而蛋白酶分解力微弱的担子菌等。具有凝乳作用而蛋白酶分解力微弱的酸性蛋白酶被称为凝乳酶，系微小毛霉所生产。酸性蛋白酶被称为凝乳酶，系微小毛霉所生产。中性蛋白酶一般由芽孢杆菌、曲霉或放线菌生产。中性蛋白酶一般由芽孢杆菌、曲霉或放线菌生产。用于加酶洗涤剂的碱性蛋白酶由地衣芽孢杆菌、用于加酶洗涤剂的碱性蛋白酶由地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌生产。短小芽孢杆菌生产。n n中性蛋白酶的相对分子质量为中性蛋白酶的相对分子质量为35 00035 00040 00040

126、000，等，等电点为电点为pH8pH89 9。细菌中的中性蛋白酶最适。细菌中的中性蛋白酶最适pH 7pH 70 0，霉菌中性蛋白酶最适，霉菌中性蛋白酶最适pH 6pH 67 7。我国目前使用中。我国目前使用中性蛋白酶的生产菌株有枯草芽孢杆菌、栖土曲霉、性蛋白酶的生产菌株有枯草芽孢杆菌、栖土曲霉、放线菌等。放线菌等。 134n n（二）蛋白酶的生产工艺n n下面以栖土曲霉生产的中性蛋白酶为例介绍蛋白酶生产工艺。n n栖土曲霉是国内霉菌中蛋白酶获利较高的菌株，其生产的蛋白酶已广泛用于制革、医药、食品、水产品加工等工业。n n栖土曲霉生产蛋白酶采用液体深层发酵法。其工艺要点如下。135n n1种子培

127、养 菌种用麦芽汁斜面于rlJO35 C培养34d，待黄褐色分生孢子布满整个斜面后，用于制各孢子悬浮液，接种于500 I发酵罐的种子培养基中（培养基组成见表2 6），于30 C下以300 rmin搅拌培养24 h，待菌丝体发育旺盛，转入5 000 I发酵罐。136137n n种子菌龄对产酶有较大影响。适宜的菌龄应视具体条件作适当的调整，应采用种子罐和摇瓶试验相结合的方法来确定菌龄。138139n n2，发酵 5 000 I发酵罐装培养基3 500 L，121灭菌30 mln，冷却后接i！：菌龄936 h的液体种子，180 rmin搅拌培养4850 h。此时酶活： 3 0004 000 IUml。栖土曲霉在pH48能够良好生长，产酶最适pH为三70。向培养基中添加阴离子表面活性剂可促进产酶，磷酸盐是该菌生产蛋白酶所必需的营养成分。蛋白酶的生长曲线见图2 7。140n n3酶的提取 发酵结束后立即降温，滤去菌丝体后，加入硫酸铵盐析，事心后得到的沉淀，用t的硅藻土做助滤剂，压滤收集后，4U烘干，造粒舌即为成品，每克酶为100 0000 000 IU。 141栖土曲霉生产中性蛋白酶工艺流程栖土曲霉生产中性蛋白酶工艺流程见图见图2 8142The End143