微生物發酵產酶醫學講座Contentsofchapter21、酶生物合成過程2、常見產酶微生物3、酶的發酵工藝條件及控制4、酶生產過程的動力學GoGoGoGo2微生物發酵產酶醫學講座酶的生產方法提取分離法(Extraction)生物合成(Biosynthesis)化學合成(chemicalsynthesis)SOD-bloodPapain-PapayaChymotrypsin-Pancrea……

organ/tissue/cellAmylasefromBacillusProteasefromBacillusPhosphatasefromBacillusGlucoamylasefromAspergillus……PlantcellcultureAnimalcellcultureFewexample3微生物發酵產酶醫學講座微生物發酵產酶酶的發酵生產：經過預先設計，通過人工操作，利用微生物的生命活動，獲得所需的酶的技術過程。大多數酶的生產采用發酵生產→原因：微生物具有種類多、繁殖快、易培養、代謝能力強等特點4微生物發酵產酶醫學講座微生物發酵產酶優良的產酶微生物具備的條件：（1）酶的產量高；（2）產酶穩定性好；（3）容易培養和管理；（4）利于酶的分離純化；（5）安全可靠、無毒性等。5微生物發酵產酶醫學講座微生物發酵產酶酶的發酵生產的方式：固體培養發酵液體深層發酵固定化微生物細胞發酵固定化微生物原生質體發酵6微生物發酵產酶醫學講座微生物發酵產酶酶生物合成的基本理論蛋白類酶和核酸類酶→酶的生物合成主要是指細胞內RNA和蛋白質的合成過程.合成過程:酶的基因（DNA）→（轉錄）→RNA→（翻譯）→多肽鏈→（加工、組裝）蛋白質7微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成過程ThebiosynthesisprocessofEnzyme1、中心法則-CentralDogma2、RNA的生物合成-Transcription3、蛋白質的生物合成-Translation4、酶生物合成的調節-RegulationGoGoGoGo8微生物發酵產酶醫學講座Reversetranscription1、中心法則-CentralDogma9微生物發酵產酶醫學講座2、RNA的生物合成(轉錄)-Transcription細胞內RNA的生物功能

在蛋白質的生物合成過程中，各種RNA起著重要的作用。其中，tRNA作為氨基酸載體，并由其上的反密碼子識別mRNA分子上的密碼子；mRNA作為蛋白質合成的模板，由其分子上的三聯體密碼控制蛋白質分子中氨基酸的排列順序；rRNA與蛋白質一起組成核糖核蛋白體（核糖體），作為蛋白質生物合成的場所。10微生物發酵產酶醫學講座3、蛋白質的合成(翻譯)-Translation翻譯:以RNA中mRNA為模板,按照其核苷酸順序所組成的密碼指導蛋白質的合成的過程.mRNA蛋白質翻譯

各種信息各種蛋白質（核苷酸排列順序）（氨基酸排列順序）11微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制原核生物中酶生物合成的調節主要是轉錄水平的調節雅各（Jacob）和莫諾德（Monod）于1960年提出的操縱子學說（Operontheory）來闡明的。12微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述操縱子（Operon）：是基因表達和控制的一個完整單元，其中包括結構基因，調節基因，操縱基因和啟動基因。13微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述啟動基因（Promotergene）：由兩個位點組成，一個是RNA聚合酶的結合位點，另一個是環腺苷酸（cyclicAMP,cAMP）與CAP組成的復合物(cAMP-CAP)的結合位點。操縱基因（Operatorgene）：與調節基因產生的變構蛋白（阻遏蛋白）中的一種結構結合，從而操縱酶生物合成的時機和合成速度。14微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述調節基因（Regulatorgene）:產生一種阻遏蛋白。阻遏蛋白是一種由多個亞基組成的變構蛋白，它可以通過與某些小分子效應物（誘導物或阻遏物）的特異結合而改變其結構，從而改變它與操縱基因的結合力。當阻遏蛋白與操縱基因結合時，由于空間排擠作用，RNA聚合酶就無法結合到啟動基因的位點上，也無法進行結構基因的位置進行轉錄，酶的生物合成也就無法進行。15微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述結構基因（Struturalgene）：結構基因與多肽鏈有各自的對應關系。結構基因上的遺傳信息可以轉錄成為mRNA上的遺傳密碼，再經翻譯成為酶蛋白的多肽鏈，每一個結構基因對應一條多肽鏈。16微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述誘導型操縱子（Inducibleoperon）—大腸桿菌乳糖操縱子17微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節原核生物中酶生物合成的調節機制操縱子學說概述阻遏型操縱子（Repressibleoperon）—色氨酸操縱子(Trpoperon)色氨酸操縱子(tryptophaneoperon)負責色氨酸的生物合成，當培養基中有足夠的色氨酸時，這個操縱子自動關閉，缺乏色氨酸時操縱子被打開，trp基因表達，色氨酸或與其代謝有關的某種物質在阻遏過程（而不是誘導過程）中起作用。

18微生物發酵產酶醫學講座19微生物發酵產酶醫學講座酶生物合成的調節真核生物酶生物合成的調節目前為止，還沒有統一的理論和模型來闡述真核生物酶生物合成的調節規律。20微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction基本要求：不是致病菌發酵周期短,產酶量高不易變異退化最好是產生胞外酶的菌種,利于分離。對醫藥和食品用酶,還應考慮安全性：凡從可食部分或食品加工中傳統使用的微生物生產的酶,安全!由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性實驗。非常見微生物制取的酶,需做廣泛的毒性實驗,包括慢性中毒實驗。21微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction1、細菌細菌是在工業上有重要應用價值的原核微生物。在酶的生產中常用的細菌有大腸桿菌、枯草芽孢桿菌等。22微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction1、細菌細菌屬于真細菌綱(Schizomycetes)，是單細胞，橫分裂或二分裂繁殖，依細胞的形狀和分裂后的集合狀態而給予各種名稱。按形狀分為球菌、桿菌、螺旋菌等。球菌又有單球菌、雙球菌、四聯球菌、八疊球菌、鏈球菌、葡萄球菌等。23微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction球菌鏈球菌24微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction四聯球菌葡萄球菌25微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction桿菌螺旋菌26微生物發酵產酶醫學講座(1)大腸埃希氏桿菌，簡稱為大腸桿菌，是最為著名的原核生物。形態：短桿或長桿狀，0.5～1.0×1.0～3.0um，革蘭氏陰性，運動(周毛)或不運動，無芽孢，一般無莢膜。菌落呈白色至黃白色，擴展，光滑，閃光。Escherich屬菌株和大多數大腸桿菌是無害，但也有些大腸桿菌是致病的，會引起腹瀉和尿路感染。大腸桿菌的名聲主要因它易于在實驗室操作、生長迅速，而且營養要求低。應用： 大腸桿菌能作為宿主供大量的細菌病毒生長繁殖 大腸桿菌也是最早用作基因工程的宿主菌 工業上生產谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶和制備天冬氨酸、蘇氨酸及纈氨酸等27微生物發酵產酶醫學講座(2)醋酸桿菌（Acetobacter）

菌體從橢圓至桿狀，單個、成對或成鏈，革蘭氏陰性，運動（周毛）或不運動，不生芽孢。好氣。含糖、乙醇和酵母膏的培養基上生長良好。應用：有機酸(食醋等）、葡萄糖異構酶(高果糖漿)、山梨糖(維C中間體）28微生物發酵產酶醫學講座(3)枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）

直狀、近直狀的桿菌，周生或側生鞭毛，革蘭氏陽性，無莢膜，芽孢0.5×1.51.8m，中生或近中生。枯草芽孢桿菌是工業發酵的重要菌種之一。生產淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。29微生物發酵產酶醫學講座常用的產酶微生物放線菌(actinomycetes)

放線菌是具有分支狀菌絲的單細胞原核微生物。常用于酶發酵生產的放線菌主要是鏈霉菌(Streptomyces)。鏈霉菌菌落呈放射狀，具有分枝的菌絲體，菌絲直徑0.2～1.2μm。革蘭氏染色陽性。菌絲有氣生菌絲和基內菌絲之分，基內菌絲不斷裂，只有氣生菌絲形成孢子鏈。鏈霉菌是生產葡萄糖異構酶的主要微生物。還可以用于生產青霉素酰化酶、纖維素酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、幾丁質酶等。此外，鏈霉菌還含有豐富的16α羥化酶，可用于甾體轉化。30微生物發酵產酶醫學講座常用的產酶微生物放線菌鏈霉菌屬諾卡氏菌屬31微生物發酵產酶醫學講座常用的產酶微生物放線菌

諾卡氏菌屬多為需氧型腐生菌，少數厭氧型寄生菌。已報道有100余種，主要分布于土壤。許多種能產生抗生素，如利福霉素（rifomycin）等，有的用于石油脫蠟，烴類發酵及污水處理等。

32微生物發酵產酶醫學講座常用的產酶微生物放線菌鏈霉菌屬主要分布于含水量較低，有機質豐富的中性或微堿性土壤中，多數為腐生，好氧菌。已知放線菌所產抗生素的90％由本屬產生。33微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction2、霉菌霉菌是一類絲狀真菌。用于酶的發酵生產的霉菌主要有黑曲霉、米曲霉、紅曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。34微生物發酵產酶醫學講座曲霉(Aspergillus)分類：多數屬于子囊菌亞門，少數屬于半知菌亞門。分布：廣泛分布于土壤、空氣和谷物上，可引起食物、谷物和果蔬的霉腐變質，有的可產生致癌性的黃曲霉毒素。代表種：黑曲霉Asp.Niger、黃曲霉Asp.flavus應用：是制醬、釀酒、制醋的主要菌種。是生產酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌種。生產有機酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）。農業上用作生產糖化飼料的菌種。回本節35微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction黑曲霉黑曲霉是曲霉屬黑曲霉群霉菌。菌絲體由具有橫隔的分支菌絲構成，菌叢黑褐色，頂囊大球形，小梗雙層，分生孢子球形，平滑或粗糙。黑曲酶可用于生產多種酶，有胞外酶也有胞內酶。例如，糖化酶，α-淀粉酶,酸性蛋白酶，果膠酶，葡萄糖氧化酶，過氧化氫酶，核糖核酸酶，脂肪酶，纖維素酶，橙皮苷酶，核苷酶等。36微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction37微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction

米曲霉(Aspergillusoryzae)米曲霉是曲霉屬黃曲霉群霉菌。菌叢一般為黃綠色，后變為黃褐色，分生孢子頭呈放射形，頂囊球形或瓶形，小梗一般為單層，分生孢子球形，平滑，少數有刺，分生孢子梗長達2mm左右，粗糙。米曲霉中糖化酶和蛋白酶的活力較強，這使米曲霉在我國傳統的酒曲和醬油曲的制造中廣泛應用。此外，米曲霉還可以用于生產氨基酰化酶、磷酸二酯酶、果膠酶、核酸酶P等。38微生物發酵產酶醫學講座39微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction紅曲霉（Monascus）紅曲霉菌落初期白色，老熟后變為淡粉色、紫紅色或灰黑色。通常形成紅色色素。菌絲具有隔膜，多核，分枝甚繁。分生孢子著生在菌絲及其分枝的頂端，單生或成鏈，閉囊殼球形，有柄，其內散生十多個子囊，子囊球形，內含8個子囊孢子，成熟后子囊壁解體，孢子則留在閉囊殼內。紅曲霉可用于生產α-淀粉酶、糖化酶、麥芽糖酶、蛋白酶等。40微生物發酵產酶醫學講座41微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction青霉(Penicillium)青霉屬半知菌綱。其營養菌絲體無色、淡色或具有鮮明的顏色，有橫隔，分生孢子梗亦有橫隔，光滑或粗糙，頂端形成帚狀分枝，小梗頂端串生分生孢子，分生孢子球形、橢圓形或短柱形，光滑或粗糙，大部分在生長時呈藍綠色。有少數種會產生閉囊殼，其內形成子囊和子囊孢子，亦有少數菌種產生菌核。青霉菌種類很多，其中產黃青霉（Penicilliumchrysogenum）用于生產葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素酰化酶（主要作用于青霉素）果膠酶、纖維素酶等。桔青霉（Penicilliumcityrinum）用于生產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。42微生物發酵產酶醫學講座43微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction木霉(Trichoderma)木霉屬于半知菌綱。生長時菌落生長迅速，呈棉絮狀或致密叢束狀，菌落表面呈不同程度的綠色，菌絲透明，有分隔，分枝繁復，分枝上可繼續分枝，形成二級分枝、三級分枝，分支末端為小梗，瓶狀，束生、對生、互生或單生，分生孢子由小梗相繼生出，靠粘液把它們聚成球形或近球形的孢子頭。分生孢子近球形、橢圓形、圓筒形或倒卵形。光滑或粗糙，透明或亮黃綠色。木霉是生產纖維素酶的重要菌株。木霉生產的纖維素酶中包含有C1酶、Cx酶和纖維二糖酶等。此外，木霉中含有較強的17-α羥化酶，常用于甾體轉化。44微生物發酵產酶醫學講座45微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction

根霉(Rhizopus)根霉生長時,由營養菌絲產生匍匐枝，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，梗的頂端膨大形成孢子囊，囊內產生孢子囊包子。孢子呈球形、卵形或不規則形狀。根霉可用于生產糖化酶、α-淀粉酶、蔗糖酶、堿性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等。根霉有強的11-α羥化酶，是用于甾體轉化的重要菌株。46微生物發酵產酶醫學講座47微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction毛霉(Mucor)毛霉的菌絲體在基質上或基質內廣泛蔓延，無假根。菌絲體上直接生出孢子囊梗，一般單生，分枝較少或不分枝。孢子囊梗頂端都有膨大成球形的孢子囊，囊壁上常有針狀的草酸鈣結晶。毛霉常用于生產蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、凝乳酶等。48微生物發酵產酶醫學講座49微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母酵母是一群屬于真菌的單細胞微生物。它分為兩大類:一類能產生子囊孢子，稱為真酵母；另一類不能生成子囊孢子，稱為類酵母。通常以出芽方式進行無性繁殖，也有少數酵母進行有性繁殖。細胞形狀因菌株而異，有球形、卵園形、檸檬形、梨形、臘腸形、也有絲狀。大小一般為1～30μm。50微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)啤酒酵母是啤酒工業上廣泛應用的酵母。細胞由圓形、卵形、橢圓形到臘腸形。在麥芽汁培養基上，菌落為白色，有光澤，平滑，邊緣整齊。營養細胞可以直接變為子囊，每個子囊含有1～4個圓形光亮的子囊孢子。啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒類的生產外，還可以用于轉化酶、丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等的生產。51微生物發酵產酶醫學講座52微生物發酵產酶醫學講座常見產酶微生物CommonmicroorganisminEnzymeProduction酵母假絲酵母(Candida)假絲酵母的細胞圓形，卵形或長形。無性繁殖為多邊芽殖，形成假菌絲，也有真菌絲，可生成無節孢子、子囊孢子、冬孢子或擲孢子。不產生色素。在麥芽汁瓊脂培養基上，菌落呈乳白色或奶油色。假絲酵母可以用于生產脂肪酶、尿酸酶、尿囊素酶、轉化酶、醇脫氫酶等。具有較強的17-羥基化酶，可以用于甾體轉化。53微生物發酵產酶醫學講座54微生物發酵產酶醫學講座發酵工藝條件及其控制

微生物發酵產酶的一般工藝流程

細胞擴大培養養保藏細胞細胞活化發酵分離純化酶固定化細胞原生質體固定化原生質體培養基預培養無菌空氣55微生物發酵產酶醫學講座2.3酶的發酵工藝條件與控制Thefermentationprinciplesanditscontrolofenzymeproduction1、培養基2、發酵條件及控制3、提高產酶的措施GoGoGo下一節本章目錄56微生物發酵產酶醫學講座五大要素：碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水培養基幾乎是一切對微生物進行研究和利用工作的基礎培養基（medium）是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養基質。任何培養基都應該具備微生物生長所需要五大營養要素57微生物發酵產酶醫學講座構成細胞物質或代謝產物中碳架碳源可作能源，為生命活動提供能量常用碳源：糖類、醇類、脂類、有機酸、烴類、蛋白質及其降解物水是微生物最基本的組成分（７０％—９０％）水是微生物體內和體外的溶劑（吸收營養成分和代謝廢物）水是細胞質組分，直接參與各種代謝活動調節細胞溫度和保持環境溫度的穩定（比熱高，傳熱快）水碳源選擇合適碳源，以適應目的酶的合成調節機制58微生物發酵產酶醫學講座構成細胞物質和代謝產物中氮素（不能用作能源）氮源有機氮源蛋白胨、酵母膏、牛肉膏無機氮源銨鹽、硝酸鹽參與酶的組成、構成酶活性基、激活酶活性維持細胞結構的穩定性調節細胞滲透壓控制細胞的氧化還原電位有時可作某些微生物生長的能源物質常用：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元素的化合物。氮源無機鹽需要注意合適的碳氮比59微生物發酵產酶醫學講座生長因子生長因子是指某些微生物不能用普通的碳源、氮源物質進行合成，而必須另外加入少量的生長需求的有機物質。分類：化學結構分成維生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及其衍生物和類脂成分等四類功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反應

實驗室中常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等作為各種生長因子的需要，麥芽汁、米曲汁等天然培養基中本身含有各種生長因子60微生物發酵產酶醫學講座培養基各種生物對營養的需求61微生物發酵產酶醫學講座1、選擇適宜的營養物質2、營養物的濃度及配比合適3、物理、化學條件適宜4、經濟節約5、精心設計、試驗比較培養不同的微生物必須采用不同的培養條件；培養目的不同，原料的選擇和配比不同；不同階段，培養條件也有所差異。培養基的設計原則62微生物發酵產酶醫學講座實驗室的常用培養基：細菌：牛肉膏蛋白胨培養基（或簡稱普通肉湯培養基）；放線菌：高氏1號合成培養基培養；酵母菌：麥芽汁培養基；霉菌：查氏合成培養基；例如枯草芽孢桿菌：一般培養：肉湯培養基或LB培養基；自然轉化：基礎培養基；觀察芽孢：生孢子培養基；產蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產酶培養基；63微生物發酵產酶醫學講座枯草桿菌BF7658α-淀粉酶發酵培養基：玉米粉8%，豆餅粉4%，磷酸氫二鈉0.8%，硫酸銨0.4%，氯化鈣0.2%，氯化按0.15%（自然pH）。枯草桿菌AS1.398中性蛋白酶發酵培養基：玉米粉4%，豆餅粉3%，麩皮3.2%,糠1%,磷酸氫二鈉0.4%,磷酸二氫鉀0.03%（自然pH）。黑曲霉糖化酶發酵培養基：玉米粉10%，豆餅粉4%，麩皮1%（pH4.4～5.0）。地衣芽孢桿菌2709堿性蛋白酶發酵培養基：玉米粉5.5%,豆餅4%,磷酸氫二鈉0.4%,磷酸二氫鉀0.03%(pH8.5)。黑曲霉AS3.350酸性蛋白酶發酵培養基:玉米粉6%,豆餅粉4%,玉米漿0.6%,氯化鈣0.5%,氯化銨1%,磷酸氫二鈉0.2%(pH5.5)。游動放線菌葡萄糖異構酶發酵培養基：糖蜜2%，豆餅粉2%，磷酸氫二鈉0。1%，硫酸鎂0。05%(pH7.2)。桔青霉磷酸二酯酶發酵培養基：淀粉水解糖5%，蛋白胨0.5%,硫酸鎂0.05%,氯化鈣0.04%,磷酸氫二鈉0.05%,磷酸二氫鉀0.05%(自然pH)。黑曲霉AS3.396果膠酶發酵培養基:麩皮5%,果膠0.3%,硫酸銨2%,磷酸二氫鉀0.25%,硫酸鎂0.05%,硝酸鈉0.02%,硫酸亞鐵0.001%(自然pH)。枯草桿菌AS1.398堿性磷酸酶發酵培養基:葡萄糖0.4%,乳蛋白水解物0.1%,硫酸銨1%,氯化鉀0.1%,氯化鈣0.1mmol/L,氯化鎂1.0mmol/L,磷酸氫二鈉20mol/L(用pH7.4的Tris-HCl緩沖液配制)回本節64微生物發酵產酶醫學講座2、發酵條件及控制pH值的調節控制

溫度的調節控制

溶解氧的調節控制

65微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制pH值的調節控制不同的細胞，其生長繁殖的最適pH值有所不同。一般細菌和放線菌的生長最適pH值在中性或堿性范圍（pH6.5～8.0）；霉菌和酵母的最適生長pH值為偏酸性(pH4～6)；植物細胞生長的最適pH值為5～6。66微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制pH值的調節控制細胞發酵產酶的最適pH值與生長最適pH值往往有所不同。細胞生產某種酶的最適pH值通常接近于該酶催化反應的最適pH值。有些細胞可以同時產生若干種酶，在生產過程中，通過控制培養基的pH值，往往可以改變各種酶之間的產量比例。例如，采用米曲霉發酵生產蛋白酶時，當培養基的pH值為堿性時，主要生產堿性蛋白酶；培養基的pH值為中性時，主要生產中性蛋白酶；而在酸性的條件下，則以生產酸性蛋白酶為主。67微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制pH值的調節控制培養基的pH值與培養基的組成成分以及發酵工藝條件密切相關。◆含糖量高的培養基，由于糖代謝產生有機酸，會使pH值向酸性方向移動；◆含蛋白質、氨基酸較多的培養基，經過代謝產生較多的胺類物質，使pH值向堿性方向移動；◆以硫酸銨為氮源時，隨著銨離子被利用，培養基中積累的硫酸根會使pH值降低；◆以尿素為氮源的，隨著尿素被水解生成氨，而使培養基的pH值上升，然后又隨著氨被細胞同化而使pH值下降；68微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制pH值的調節控制◆磷酸鹽的存在，對培養基的pH值變化有一定的緩沖作用。◆在氧氣供應不足時，由于代謝積累有機酸，可使培養基的pH值向酸性方向移動。69微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制發酵過程中，對培養基pH值進行適當的控制和調節方法:◆調節pH值的方法可以通過改變培養基的組分或其比例；◆也可以使用緩沖液來穩定pH值；◆或者在必要時通過流加適宜的酸、堿溶液的方法，調節培養基的pH值，以滿足細胞生長和產酶的要求。70微生物發酵產酶醫學講座71微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溫度的調節控制不同的細胞有不同的最適生長溫度。例如，枯草桿菌的最適生長溫度為34～37℃，黑曲霉的最適生長溫度為28～32℃等。72微生物發酵產酶醫學講座通常在生物學范圍內每升高10℃，生長速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應，對于微生物來說，溫度直接影響其生長和合成酶。溫度的控制有些細胞發酵產酶的最適溫度與細胞生長最適溫度有所不同，而且往往低于生長最適溫度。這是由于在較低的溫度條件下，可以提高酶所對應的mRNA的穩定性，增加酶生物合成的延續時間，從而提高酶的產量。73微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溫度的調節控制◆溫度的調節一般采用熱水升溫、冷水降溫的方法。為了及時地進行溫度的調節控制，在發酵罐或其他生物反應器中，均應設計有足夠傳熱面積的熱交換裝置，如排管、蛇管、夾套、噴淋管等，并且隨時備有冷水和熱水，以滿足溫度調控的需要。74微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溶解氧的調節控制

細胞必須獲得充足的氧氣，使從培養基中獲得的能源物質（一般是指各種碳源）經過有氧降解而生成大量的細胞的生長繁殖和酶的生物合成過程需要大量的能量ATP。75微生物發酵產酶醫學講座溶解氧的控制在酶的發酵生產過程中，處于不同生長階段的細胞，其細胞濃度和細胞呼吸強度各不相同，致使耗氧速率有很大的差別。因此必須根據耗氧量的不同，不斷供給適量的溶解氧。培養液中溶解氧的量，決定于在一定條件下氧氣的溶解速度。溶氧速率與通氣量、氧氣分壓、氣液接觸時間、氣液接觸面積以及培養液的性質等有密切關系。一般說來，通氣量越大、氧氣分壓越高、氣液接觸時間越長、氣液接觸面積越大，則溶氧速率越大。培養液的性質，主要是黏度、氣泡、以及溫度等對于溶氧速率有明顯影響。回本節76微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溶解氧的調節控制調節通氣量調節氧的分壓調節氣液接觸時間調節氣液接觸面積改變培養液的性質控制溶解氧方法77微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溶解氧的調節控制調節氣液接觸面積的措施:

為了增大氣液兩相接觸面積，應是通過培養液的空氣盡量分散成小氣泡。

在發酵容器的底部安裝空氣分配管，使氣體分散成小氣泡進入培養液中，是增加氣液接觸面積的主要方法。

裝設攪拌裝置或增設擋板等可以使氣泡進一步打碎和分散，也可以有效地增加氣液接觸面積，從而提高溶氧速率。78微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制溶解氧的調節控制改變培養液的性質：

可以通過改變培養液的組分或濃度等方法，有效地降低培養液的黏度；設置消泡裝置或添加適當的消泡劑，可以減少或消除泡沫的影響，以提高溶氧速率。79微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加誘導物控制阻遏物的濃度

添加表面活性劑

添加產酶促進劑

80微生物發酵產酶醫學講座提高酶產量的措施

添加誘導物對于誘導酶的發酵生產，在發酵過程中的某個適宜的時機，添加適宜的誘導物，可以顯著提高酶的產量。例如，乳糖誘導β-半乳糖苷酶，纖維二糖誘導纖維素酶，蔗糖甘油單棕櫚酸誘導蔗糖酶的生物合成等。誘導物一般可以分為3類

酶的作用底物酶的催化反應產物作用底物的類似物81微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加誘導物1.酶的作用底物許多誘導酶都可以由其作用底物誘導產生。例如，乳糖誘導大腸桿菌β-半乳糖苷酶。L-苯丙氨酸誘導苯丙氨酸解氨酶的合成等82微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加誘導物2.酶的反應產物有些酶可以由其催化反應產物誘導產生。例如，半乳糖醛酸是果膠酶催化果膠水解的產物，它可以作為誘導物，誘導果膠酶的生物合成；纖維二糖誘導纖維素酶的生物合成；沒食子酸誘導單寧酶的產生等。

83微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加誘導物84微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加誘導物酶作用底物的類似物有些酶的最有效的誘導物是可以與酶結合，但不能被酶催化的底物類似物。例如，異丙基-β-硫代半乳糖苷（IPTG）對β-半乳糖苷酶的誘導效果比乳糖高幾百倍；86微生物發酵產酶醫學講座控制阻遏物的濃度阻遏作用根據機理不同，可分為：產物阻遏和分解代謝物阻遏兩種。1.產物阻遏作用是由酶催化作用的產物或者代謝途徑的末端產物引起的阻遏作用。2.分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物（葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物質經過分解代謝而產生的物質）引起的阻遏作用。控制阻遏物的濃度是解除阻遏、提高酶產量的有效措施。為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用，應當控制培養基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度。采用其他較難利用的碳源，如淀粉等采用補料、分次流加碳源添加一定量的環腺苷酸（cAMP）對于受代謝途徑末端產物阻遏的酶，可以通過控制末端產物的濃度的方法使阻遏解除。87微生物發酵產酶醫學講座添加表面活性劑表面活性劑可以與細胞膜相互作用，增加細胞的透過性，有利于胞外酶的分泌，從而提高酶的產量。

將適量的非離子型表面活性劑，如吐溫（Tween）、曲通(Triton)等添加到培養基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的產量增加。由于離子型表面活性劑對細胞有毒害作用，尤其是季胺型表面活性劑（如‘新潔而滅’等）是消毒劑，對細胞的毒性較大，不能在酶的發酵生產中添加到培養基中。回本節88微生物發酵產酶醫學講座89微生物發酵產酶醫學講座添加表面活性劑90微生物發酵產酶醫學講座發酵條件及控制提高酶產量的措施添加產酶促進劑產酶促進劑是指可以促進產酶、但是作用機理未闡明清楚的物質。在酶的發酵生產過程中，添加適宜的產酶促進劑，往往可以顯著提高酶的產量。例如，添加一定量的植酸鈣鎂，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產量提高1～20倍,添加聚乙烯醇（Polyvinylalcohol）可以提高糖化酶的產量。產酶促進劑對不同細胞、不同酶的作用效果各不相同，現在還沒有規律可循，要通過試驗確定所添加的產酶促進劑的種類和濃度。

91微生物發酵產酶醫學講座酶生產過程的動力學1、酶生物合成的模式2、酶生產過程中細胞生長動力學3、酶生產過程中產酶動力學GoGoGo本章目錄92微生物發酵產酶醫學講座酶生產過程的動力學酶發酵動力學

發酵動力學主要研究發酵過程中細胞生長速度、產物生成速度、基質消耗速度以及環境因素對這些速度的影響等。93微生物發酵產酶醫學講座1、酶生物合成的模式細胞在一定條件下培養生長，其生長過程一般經歷調整期、生長期、平衡期和衰退期等4個階段通過分析比較細胞生長與酶產生的關系,可以把酶生物合成的模式分為4種類型。即同步合成型，延續合成型，中期合成型和滯后合成型。

94微生物發酵產酶醫學講座同步合成型酶的生物合成與細胞生長同步進行的一種酶生物合成模式。該類型酶的生物合成速度與細胞生長速度緊密聯系，又稱為生長偶聯型。屬于該合成型的酶，其生物合成伴隨著細胞的生長而開始；在細胞進入旺盛生長期時，酶大量生成；當細胞生長進入平衡期后，酶的合成隨著停止。大部分組成酶的生物合成屬于同步合成型，有部分誘導酶也按照此種模式進行生物合成。例如米曲霉在含有單寧或者沒食子酸的培養基中生長，在單寧或沒食子酸的誘導作用下，合成單寧酶（tanaseEC3.1.1.20）。95微生物發酵產酶醫學講座延續合成型

酶的生物合成在細胞的生長階段開始，在細胞生長進入平衡期后，酶還可以延續合成一段較長時間。屬于該類型的酶可以是組成酶，也可以是誘導酶。例如，在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果膠為單一碳源的培養基中培養，可以誘導聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，EC3.2.1.15）的生物合成。96微生物發酵產酶醫學講座中期合成型

該類型的酶在細胞生長一段時間以后才開始，而在細胞生長進入平衡期以后，酶的生物合成也隨著停止。例如，枯草桿菌堿性磷酸酶（Alk