第二章 酶的生物合成法生产精要.ppt

第二章 酶的生物合成法生产 第一节 微生物发酵产酶 第二节 植物细胞培养产酶 第三节 动物细胞培养产酶 酶的发酵生产根据微生物培养方式的不同，可以分为固体培养发酵、液体深层发酵、固定化细胞发酵和固定化原生质体发酵等。 固体培养发酵的培养基，以麸皮、米糠等为主要原料，加入其他必要的营养成分，制成固体或麸曲，经过灭菌、冷却后，接种产酶微生物菌株，在一定条件下进行发酵，以获得所需的酶。我国传统的各种酒曲、酱油曲等都是采用这种方式进行生产。其主要目的是获得所需的淀粉酶类和蛋白酶类，以催化淀粉和蛋白质的水解。固体培养发酵的优点是设备简单，操作方便，麸曲中酶的浓度较高，特别适用于各种霉菌的培养和发酵产酶；其缺点是劳动强度较大，原料利用率较低，生产周期较长。 液体深层发酵是采用液体培养基，置于生物反应器中，经过灭菌、冷却后，接种产酶细胞，在一定的条件下，进行发酵，生产得到所需的酶。液体深层发酵不仅适合于微生物细胞的发酵生产，也可以用于植物细胞和动物细胞的培养。液体深层发酵的机械化程度较高，技术管理较严格，酶的产率较高，质量较稳定，产品回收率较高，是目前酶发酵生产的主要方式。 固定化细胞发酵是20世纪70年代后期，在固定化酶的基础上发展起来的发酵技术。固定化细胞是指固定在水不溶性的载体上，在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。 固定化细胞发酵具有：细胞密度大，可提高产酶能力；发酵稳定性好，可以反复使用或连续使用较长的时间；细胞固定在载体上，流失较少，可以在高稀释率的条件下连续发酵，利于连续化、自动化生产；发酵液中含菌体较少，利于产品分离纯化，提高产品质量等显著特点。 固定化原生质体技术是20世纪80年代中期发展起来的技术。固定化原生质体是指固定在载体上，在一定的空间范围内进行生命活动的原生质体。原生质体由于去除了细胞壁这一扩散障碍，有利于胞内物质透过细胞膜分泌到细胞外。这样就可以不经过细胞破碎而直接从发酵液中分离得到所需的发酵产物，为胞内物质的生产开辟了新途径。由于有载体的保护作用，固定化原生质体有较好的稳定性，可以反复使用或连续使用较长一段时间。 一、常用的产酶微生物 用于酶的生产的细胞必须具备几个条件 ①酶的产量高 ②容易培养和管理 ③产酶稳定性好 ④利于酶的分离纯化 ⑤安全可靠，无毒性 常用的产酶微生物 1．大肠杆菌(Escherichia coli) 大肠杆菌细胞有的呈杆状，有的近似球状，大小为0.5μm×(1.0～3.0)μm，一般无荚膜，无芽孢，革兰氏染色阴性，运动或不运动，运动者周生鞭毛。菌落从白色到黄白色，光滑闪光，扩展。 革兰氏染色法是细菌学中广泛使用的一种鉴别染色法,1884年由丹麦医师Gram创立 细菌先经碱性染料结晶染色,而经碘液媒染后,用酒精脱色,在一定条件下有的细菌此色不被脱去,有的可被脱去,因此可把细菌分为两大类,前者叫做革兰氏阳性菌(G+)...  大肠杆菌谷氨酸脱羧酶，用于测定谷氨酸含量或用于生产γ-氨基丁酸； 大肠杆菌天冬氨酸酶，用于催化延胡索酸加氨生产L-天冬氨酸； 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； 大肠杆菌天冬酰胺酶，对白血病具有显著疗效； 大肠杆菌β-半乳糖苷酶，用于分解乳糖或其他β-半乳糖苷。 2．枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) 枯草杆菌是芽孢杆菌属细菌。细胞呈杆状，大小为(0.7～0.8)μm×(2～3)μm，单个细胞，无荚膜，周生鞭毛，运动，革兰氏染色阳性。芽孢(0.6～0.9)μm×(1.0～1.5)μm，椭圆至柱状。菌落粗糙，不透明，不闪光，扩张，白色或微带黄色。 枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物，可以用于生产a-淀粉酶，蛋白酶，β-葡聚糖酶，5’核苷酸酶，碱性磷酸酶等。例如，枯草杆菌BF7658是国内用于生产a-淀粉酶的主要菌株；枯草杆菌AS l.398用于生产中性蛋白酶和碱性磷酸酶。 3．黑曲霉(Aspergillus niger) 黑曲霉是曲霉属黑曲霉群霉菌。菌丝体由具有横膈的分支菌丝构成，菌丛黑褐色，顶囊大球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙。 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，a-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，柚苷酶等。 4．米曲酶(Aspergillus oryzae) 米曲霉是曲霉属黄曲霉群霉菌。菌丛一般为黄绿色，后变为黄褐色，分生孢子头呈放射形，顶囊球形或瓶形，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2mm左右，粗糙。 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制造中广泛应用。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P