1、關于酶工程酶的發酵生產課件第一張，PPT共五十頁，創作于2022年6月酶的發酵生產第一節 酶生物合成的基本理論第二節 酶發酵生產常用的微生物第三節 發酵工藝條件及控制第四節 酶發酵動力學第五節 動植物細胞培養生產酶第二張，PPT共五十頁，創作于2022年6月第一節 酶生物合成的基本理論一、RNA的生物合成轉錄二、蛋白質的生物合成翻譯三、酶生物合成的調節第三張，PPT共五十頁，創作于2022年6月一、RNA的生物合成轉錄轉錄是以DNA為模板，以核苷三磷酸為底物，在RNA聚合酶（轉錄酶）的作用下，生成RNA的過程。轉錄速度表達式?第四張，PPT共五十頁，創作于2022年6月二、蛋白質的生物合成翻譯

2、翻譯：以mRNA為模板，以氨基酸為底物，在核糖體上通過各種tRNA，酶和輔助因子的作用，合成多肽的過程。四個階段1、氨基酸活化生成氨酰tRNA2、肽鏈合成的起始3、肽鏈的延伸4、肽鏈合成的終止思考:密碼子偏愛性與翻譯速率?第五張，PPT共五十頁，創作于2022年6月第二節 酶發酵生產常用的微生物（酶的生產菌種）一、產酶菌種的要求二、常用的產酶微生物三、利用微生物產酶的優點四、高純菌種的獲取第六張，PPT共五十頁，創作于2022年6月一、產酶菌種的要求1、發酵周期短，產量高；2、容易培養和管理；3、產酶穩定性好，不易變異退化，不易被感染；4、有利于酶的分離和純化；5、安全性可靠，非致病菌。第七張

3、，PPT共五十頁，創作于2022年6月二、常用的產酶微生物1、枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)2、大腸桿菌(Escherichia coli)3、黑曲霉(Aspergillus niger)4、米曲霉(Aspergillus oryzae)5、青霉(Penicillium)6、木霉(Trichoderma)7、根霉(Rhizopus)8、毛霉(Mucor)9、鏈霉菌(Streptomyces)10、啤酒酵母(Saccharomyces Cerevisiae)11、假絲酵母(Candida)第八張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法微生物酶微生物種類繁多，制備出的

4、酶種類齊全，幾乎所有的酶都能從微生物中得到微生物繁殖快、生產周期短、培養簡便，并可以通過控制培養條件來提高酶的產量微生物具有較強的適應性和應變能力，可以通過適應、誘導、誘變以及基因工程等方法培育出新的產酶高的菌株優點商品酶的主要生產方法第九張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法高產優良菌株培養和繁殖代謝和積累分離和純化酶制劑酶的發酵技術第十張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法產酶微生物菌種保藏機構自然界研究或生產機構溫泉森林深海火山土壤產酶微生物的來源第十一張，PPT共五十頁，創作于2022年6月國外菌種保藏機構ATCC(American Type Culture

5、 Collection）美國典型菌種保藏中心NRRL (Agricultural Research Service Culture Collection)美國農業研究菌種保藏中心 DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) 德國微生物菌種保藏中心NBRC (NITE Biological Resource Center)日本技術評價研究所生物資源中心第十二張，PPT共五十頁，創作于2022年6月ATCCATCC (American Type Culture Collection）美國典型菌種保藏中心ATC

6、C 主要從事農業、遺傳學、應用微生物、免疫學、細胞生物學、工業微生物學、菌種保藏方法、醫學微生物學、分子生物學、植物病理學、普通微生物學、分類學、食品科學等的研究。該中心保藏有藻類111株，細菌和放線菌16865株，細胞和雜合細胞4300株，絲狀真菌和酵母46000株，植物組織79株，種子600株，原生動物1800株，動物病毒、衣原體和病原體2189株，植物病毒1563種。第十三張，PPT共五十頁，創作于2022年6月NRRLAgricultural Research Service (ARS) Culture Collection原為Northern Regional Research La

7、boratoryNRRL是由美國農業部農業研究中心支持的政府性質的菌種保藏中心。主要從事農業、應用微生物、基因工程、工業微生物、菌種保藏方法、環境保護、分子生物學、食品安全、普通微生物、分類學的研究。該中心保藏有細菌10500株，真菌45000株，酵母14500株，放線菌9500株。 第十四張，PPT共五十頁，創作于2022年6月DSMZDSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) 德國微生物菌種保藏中心DSMZ成立于1969年，是德國的國家菌種保藏中心。該中心一直致力于細菌、真菌、質粒、抗菌素、人體和動物

8、細胞、植物病毒等的分類、鑒定和保藏工作。該中心是歐洲規模最大的生物資源中心，保藏有細菌9400株，真菌2400株，酵母500株，質粒300株，動物細胞500株，植物細胞500株，植物病毒600株，細菌病毒90株等。 第十五張，PPT共五十頁，創作于2022年6月NBRCNBRC (NITE Biological Resource Center)日本技術評價研究所生物資源中心NBRC是由日本經濟部、商業部、工業部支持的半政府性質菌種保藏中心。 原為IFO ( Institute for Fermentation, Osaka,大阪發酵研究所)。主要從事農業、應用微生物、菌種保藏方法、環境保護、工

9、業微生物、普通微生物、分子生物學等的研究。該中心保藏有細菌1446株，真菌568株，酵母164株。這些菌種主要來自本國的其它菌種保藏中心。第十六張，PPT共五十頁，創作于2022年6月國內菌種保藏機構ACCC 中國農業微生物菌種保藏管理中心CGMCC 普通微生物菌種保藏管理中心AS中國科學院微生物研究所CICC 工業微生物菌種保藏管理中心IFFI輕工業部食品發酵工業科學研究所第十七張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法微生物的篩選粗篩菌種分離含菌樣品采集產酶性能微生物優良微生物誘變基因工程其它方法第十八張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法酶的生產過程培養基發酵方法

10、發酵控制通氣供氧分離純化精制第十九張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法酶的發酵生產方式固體發酵液體深層發酵第二十張，PPT共五十頁，創作于2022年6月固體發酵表面培養或曲式培養以麩皮、米糠等為基本原料，加入適量的無機鹽和水作為培養基進行產酶微生物菌種培養的一種培養技術淺盤培養轉鼓培養多用通風式厚層培養固體發酵技術原理微生物發酵法第二十一張，PPT共五十頁，創作于2022年6月微生物發酵法固體發酵法設備簡單，便于推廣，特別適合于霉菌的培養和產酶發酵條件不易控制、物料利用不完全、勞動強度大、容易染菌等優點缺點不適于胞內酶的生產第二十二張，PPT共五十頁，創作于2022年6月液體深

11、層發酵浸沒式發酵利用液體培養基，在發酵罐內進行的一種攪拌通氣培養方式液體發酵技術原理酶制劑生產的主要培養方式原料的利用率和酶的產量都較高，培養條件容易控制微生物發酵法第二十三張，PPT共五十頁，創作于2022年6月常用的酶制劑-1第二十四張，PPT共五十頁，創作于2022年6月常用的酶制劑-2第二十五張，PPT共五十頁，創作于2022年6月酶的生物合成酶的生物合成受基因和代謝物的雙重控制基因決定形成酶分子的化學結構代謝物（酶反應的底物、產物或類似物）控制和調節酶的合成誘變或基因工程來培育優良品種工藝調控第二十六張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝-工藝流程-胞外第二十七張，PPT共

12、五十頁，創作于2022年6月生產工藝-工藝流程-胞內第二十八張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝 培養基生長因子 酶生產時需要供給微生物生長所需的氨基酸、維生素、嘌呤堿和嘧啶堿等生長因子。一般通過加入玉米漿、酵母膏、麩皮、米糠，以及豆餅等來提供。例如：添加含有生長因子的大豆酒精提取物，可使米曲酶的蛋白酶產量提高1.9倍。產酶促進劑 少量加入之后能顯著增加酶產量的物質。一般都是酶的誘導物或表面活性劑。例如纖維素能誘導纖維素酶，吐溫80可提高多種酶的產量。表面活性劑提高酶產量的作用機制目前還未完全了解，使用時必須考慮其對微生物是否有毒性。生產上提高胞外酶的活力，一般都采用非離子表面活性

13、劑。碳源、氮源、無機鹽第二十九張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝 工藝控制pH值的影響及控制 酶生產的合適pH 通常和酶反應的最適pH值相接近。生成堿性蛋白酶的芽孢桿菌宜在堿性環境下培養；生產酸性蛋白酶的青霉和根霉應在酸性環境下培養。溫度控制 為了有利于菌體生長和酶的合成，可進行變溫生產。例如枯草桿菌AS1.398進行中性蛋白酶生產時，培養溫度從31oC逐漸升溫至40oC，然后再降溫至31oC進行培養，產量提高66%。重組E. coli一般先37C培養，加誘導劑后28C產酶。第三十張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝 工藝控制生長期與產酶的關系 微生物生長期與產酶有一

14、定的關系，因菌種而異常。如曲霉的蛋白酶當菌體生長進入對數生長期時大量分泌；芽孢桿菌的堿性蛋白酶在對數生長期末大量形成芽孢時才生成。通氣攪拌的影響 酶生產所用的菌種一般都是需氧微生物，培養時都需要通氣攪拌。一般，通氣量少對霉菌的孢子萌發和菌絲生長有利，對酶生產不利。因此必須根據不同的需要控制不同時期的通氣量。第三十一張，PPT共五十頁，創作于2022年6月 生產工藝 提取發酵液預處理酶的沉淀或吸附（鹽析法、有機溶劑沉淀法或白土或活性氧化鋁吸附）干 燥（收集沉淀進行干燥磨粉，加入適當的穩定劑、填充劑等制成酶制劑；或在酶液中直接加入適當的穩定劑、填充劑，直接進行噴霧干燥）酶的提取：第三十二張，PPT

15、共五十頁，創作于2022年6月 酶制劑產品液體酶固體酶第三十三張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝造粒酶粒是在大型連續運轉的水平混合機內生產出來的。提取的酶與鹽、纖維素及其他成分混合形成0.5mm大小的粒狀物。然后用一種聚合體包裹，以防止酶塵在使用過程中可能引起的致敏危險。造粒對顧客及包含酶的最終產品來說，都是一種非常有效和安全的運輸固態酶的方式。用多聚體包裹酶以減少酶塵引起的致敏危險。第三十四張，PPT共五十頁，創作于2022年6月生產工藝生產廢渣處理生產廢渣實際上是有益于環境的。可被用做當地農田的肥料。確保所有的微生物均經滅活之后才能從生產車間中運出。將含硅藻土、培養基和微生物

16、的發酵液經加熱及用碳酸鈣進行處理。處理后的發酵液廢渣最終為可持續性工業解決方案做出了貢獻。即使是生產廢渣也是有用的；它們可以用作肥料。將生產廢渣用做肥料第三十五張，PPT共五十頁，創作于2022年6月 生產工藝-中性蛋白酶工藝流程第三十六張，PPT共五十頁，創作于2022年6月提高酶產量的方法 酶合成的調節機制：在正常情況下，酶產量受酶合成調節機制的控制，要提高酶產量必須打破這種調節控制。酶合成主要取決于轉錄水平的調節，原核生物中普遍公認的調節機制是操縱子理論。第三十七張，PPT共五十頁，創作于2022年6月打破酶合成調節限制的方法：1、通過條件控制提高酶產量： 添加誘導物 降低阻遏物濃度2、

17、通過基因突變提高酶產量： 使誘導型變為組成型，使阻遏型變為去阻遏型3、其它提高酶產量的方法： 添加表面活性劑 添加產酶促進劑第三十八張，PPT共五十頁，創作于2022年6月第四節 酶發酵動力學發酵動力學：主要研究在發酵過程中細胞生長速率，產物形成速率以及環境因素對速率的影響；在酶的發酵生產中,研究酶發酵動力學對于了解酶生物合成模式；發酵條件的優化控制,提高酶產量具有重要的理論指導意義。酶生物合成模式：根據酶的合成與細胞生長的關系，可以把酶生物合成模式分為4種類型：同步合成型，延續合成型，中期合成型和滯后合成型。第三十九張，PPT共五十頁，創作于2022年6月同步合成型：又稱生長偶聯型,是指酶合

18、成與細胞生長同步進行，當細胞生長進入對數期時，酶也大量合成；當細胞進入穩定期時,酶的合成也停止。延續合成型：酶的合成伴隨著細胞生長而開始，但在細胞生長進入穩定期后,酶的合成仍將延續較長一段時間。中期合成型：酶的合成在細胞生長一段時間后才開始，而在細胞生長進入穩定期后,酶的合成也終止。滯后合成型：只有當細胞生長進入穩定期后才開始酶的合成并大量積累。第四十張，PPT共五十頁，創作于2022年6月濃度時間(h)細胞濃度酶濃度細胞濃度酶濃度酶濃度酶濃度細胞濃度細胞濃度A.同步合成型; B.延續合成型; C.中期合成型; D.滯后合成型ABCD酶生物合成模式第四十一張，PPT共五十頁，創作于2022年6

19、月 影響酶生物合成模式的因素主要是mRNA和培養基中存在的阻遏物： mRNA穩定性高的，可以在細胞停止生長后繼續合成相應的酶； mRNA穩定性差的，隨著細胞生長停止而終止酶的合成； 不受阻遏物阻遏的,可隨著細胞生長而開始酶的合成；受阻遏物阻遏的,要在細胞生長一段時間或進入穩定期后解除阻遏,才能開始酶的合成。第四十二張，PPT共五十頁，創作于2022年6月 在酶的工業生產中，為了提高酶產率和縮短發酵周期,最理想的酶合成模式是延續合成型；對于其它類型的酶,要在菌種選育和工藝條件上加以調節；對于同步合成型，盡量提高mRNA的穩定性，如降低發酵溫度;對于滯后合成型,盡量減少阻遏物；對于中期合成型，要從提高mRNA穩定性和解除阻遏兩方面進行。第四十三張，PPT共五十頁，創作于2022年6月第五節 動植物細胞培養生產酶 利用動植物細胞培養生產各種天然物質，是生物工程的一個新領域，20世紀80年代以來，利用植物細胞培養生產的有用產物已達100多種，其中酶制劑有10多種。 包括糖苷酶(胡蘿卜細胞，1981)，過氧化物酶(甜菜細胞，1983；大豆細胞，1989)等。呈現出良好的發展前景.第四十四張，PPT共五十頁，創作于2022年6月一、動植物細胞的特點:1、體積比微生物大；2、對剪切力敏感；3、生長和代謝速率低，生長倍增時間和發 酵周期長；4、動物細胞營養要求