酶工程2微生物發(fā)酵產(chǎn)酶.ppt

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1、第二章微生物發(fā)酵產(chǎn)酶本章內(nèi)容酶的發(fā)酵生產(chǎn)的概念——→優(yōu)良菌種的篩選——→發(fā)酵的基本類型——→發(fā)酵工藝過程及條件控制*酶的生物合成模式在酶制劑發(fā)展的早期，酶多是從動植物原料中提取的。但是由于它們的生長周期長，酶在動植物組織中的含量低，又受地理、氣候和季節(jié)等因素的影響，來源受到限制，不適于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，因此除了部分用于醫(yī)療、疾病診斷及食品工業(yè)的酶外，目前基本都是以微生物作為生產(chǎn)酶的酶源，產(chǎn)酶微生物的發(fā)酵技術(shù)在酶生產(chǎn)中是極為重要的。發(fā)展微生物作為酶生產(chǎn)的來源主要有以下原因：①微生物生長繁殖快，生活周期短，產(chǎn)量

2、高。②微生物培養(yǎng)方法簡單。③微生物菌株種類繁多，酶的品種齊全。④微生物有較強(qiáng)的適應(yīng)性和應(yīng)變能力。經(jīng)過預(yù)先設(shè)計，通過人工操作控制，利用細(xì)胞（包括微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞和動物細(xì)胞）的生命活動，產(chǎn)生人們所需的酶的過程，稱為酶的發(fā)酵生產(chǎn)。首先必須選擇合適的產(chǎn)酶菌株然后采用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基和培養(yǎng)方式進(jìn)行發(fā)酵，使微生物生長繁殖并合成大量所需的酶最后將酶分離純化，制成一定的酶制劑。第一節(jié)優(yōu)良產(chǎn)酶菌種的篩選酶的發(fā)酵生產(chǎn)的前提之一，是根據(jù)產(chǎn)酶的需要，選育到性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞。優(yōu)良的產(chǎn)酶菌種是提高酶產(chǎn)量的關(guān)鍵，篩選符合生產(chǎn)需要的菌種

3、是發(fā)酵生產(chǎn)酶的首要環(huán)節(jié)，一個優(yōu)良的產(chǎn)酶菌種應(yīng)具備以下幾點：a繁殖快,產(chǎn)酶量高，有利于縮短生產(chǎn)周期。b容易培養(yǎng)和管理，能在便宜的底物上良好生長。c產(chǎn)酶性能穩(wěn)定，菌株不易退化，不易受噬菌體侵襲。d產(chǎn)生的酶容易分離純化。e安全可靠、無毒性。不是致病菌及產(chǎn)生有毒物質(zhì)或其他生理活性物質(zhì)的微生物，才能確保酶生產(chǎn)和應(yīng)用的安全。產(chǎn)酶菌種的篩選方法與發(fā)酵工程中微生物的篩選方法一致,主要包括以下幾個步驟:含菌樣品的采集,菌種分離,產(chǎn)酶性能測定及復(fù)篩等。1、含菌樣品的采集：要獲得產(chǎn)生某酶的菌種可從富含該酶作用底物的場所去采集含菌

4、樣品。2、富集培養(yǎng)：一般的菌樣含所要分離的微生物量很少時，富集培養(yǎng)有利于某種產(chǎn)酶菌種的篩選。3、菌種純化：生產(chǎn)菌在自然條件下通常是與各種菌混在一起的，所以要進(jìn)行分離、純化，這樣才能獲得純種。純化時一般采用稀釋法和劃線法。4、產(chǎn)酶性能測定：將酶的底物和培養(yǎng)基混合倒入培養(yǎng)皿中制成平板，然后涂布含菌的樣品，如果長出的菌落周圍底物發(fā)生變化，即證明它產(chǎn)酶。如果是胞內(nèi)酶，則可采用固體培養(yǎng)法或液體培養(yǎng)法來確定。固體培養(yǎng)法是把菌種接入固體培養(yǎng)基中，保溫數(shù)天，用水或緩沖液將酶抽提，測定酶活力，這種方法主要適用于霉菌；液體培養(yǎng)

5、法是將菌種接入液體培養(yǎng)基后，靜置或在搖床上振蕩培養(yǎng)一段時間（視菌種而異），再測定培養(yǎng)物中酶的活力，通過比較，篩選出產(chǎn)酶性能較高的菌種供復(fù)篩使用。5、高產(chǎn)菌株的選育目前，優(yōu)良菌種的獲得一般有三條途徑：一是從自然界分離篩選；二是用物理或化學(xué)方法處理、誘變；三是用基因重組或細(xì)胞融合技術(shù)。5、常用的產(chǎn)酶微生物（1）細(xì)菌大腸桿菌：應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)酶菌因為其遺傳背景清楚而廣泛應(yīng)用于遺傳工程改造微生物的宿主，被改造成表達(dá)優(yōu)良性狀的“工程菌”。大腸桿菌可生產(chǎn)多種酶，如，谷氨酸脫羧酶、天門冬氨酸酶、β-半乳糖苷酶、限制性核酸內(nèi)

6、切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、核酸外切酶等?？莶輻U菌：用途很廣，可用于生產(chǎn)α-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、堿性磷酸酶等。（2）放線菌鏈霉菌：生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶的主要微生物（3）霉菌黑曲霉：生產(chǎn)糖化酶、α-淀粉酶、果膠酶、酸性蛋白酶、過氧化氫酶、核糖核酸酶、脂肪酶等米曲霉：生產(chǎn)糖化酶和蛋白酶，在我國傳統(tǒng)的酒曲和醬油曲中得到廣泛應(yīng)用紅曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉（4）酵母啤酒酵母：主要用于釀造啤酒、酒精、飲料酒和面包制造。用于轉(zhuǎn)化酶、丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等的生產(chǎn)假絲酵母：單細(xì)胞蛋白的主要生產(chǎn)菌第二節(jié)酶的生

7、產(chǎn)方式按發(fā)酵方法可分為：一、固體發(fā)酵法（傳統(tǒng)方法）固體培養(yǎng)發(fā)酵的培養(yǎng)基，以麩皮、米糠等為主要原料，加入其他必要的營養(yǎng)成分，制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)滅菌、冷卻后，加入產(chǎn)酶菌株，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵。主要用于真菌的酶生產(chǎn)，其中用米曲霉生產(chǎn)淀粉酶，以及用曲霉和毛霉生產(chǎn)蛋白酶在我國已有悠久歷史。我國傳統(tǒng)的各種酒曲、醬油曲等都采用這種方式進(jìn)行生產(chǎn)，其主要目的是獲得淀粉酶和蛋白酶。優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶濃度較高，特別適用于各種霉菌的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。缺點：勞動強(qiáng)度較大，原料利用率較底，固體發(fā)酵條件控制不易均

8、勻，生產(chǎn)周期較長。二、液體深層通氣發(fā)酵法（最廣泛應(yīng)用）采用液體培養(yǎng)基，置于發(fā)酵容器中，經(jīng)滅菌、冷卻后接入產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵。液體深層發(fā)酵是目前酶發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。優(yōu)點：⑴不僅適用于微生物細(xì)胞，也可用于各種植物細(xì)胞和動物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)和發(fā)酵。⑵機(jī)械化程度較高，技術(shù)管理較嚴(yán)，酶產(chǎn)率較高，質(zhì)量較好，產(chǎn)品回收率較高。⑶易于為人為控制。三、固定化細(xì)胞或固定化原生質(zhì)體發(fā)酵1、固定化細(xì)胞發(fā)酵（70年代后期發(fā)展起來