《生物技术概论》酶工程分析.ppt

第四章 酶工程 第一节 酶工程概述 一、酶及酶工程的概念 （一）酶 1．酶的定义 酶是具有生物催化功能的生物大分子，按照其化学组成，可以分为蛋白类酶（P酶）和核酸类酶（R酶）两大类别。蛋白酶主要是由蛋白质组成，核酸类酶主要由核酸（RNA）组成。 目前已发现的酶有7000种以上 第一节 酶工程概述 一、酶及酶工程的概念 2．酶的特性 （1）酶催化作用的专一性强 （2）酶催化作用的效率高 （3）酶催化作用的条件温和 3．酶的分类和命名 第一节 酶工程概述 一、酶及酶工程的概念 （二）酶工程 狭义：是指在一定的生物反应器中，利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术 广义：是指研究酶的生产和应用的一门技术性学科，它包括酶的发酵生产、酶的固定化、酶的化学修饰、酶反应器和酶的应用等方面内容。 第一节 酶工程概述 二、酶的发展历程 1833年 1896年 1913年 1926年 1960年 1965年 1982年 20多年来，新发现的核酸类酶越来越多 第二节 酶的发酵生产 优点：①微生物生长繁殖快，生活周期短，产量高；②微生物培养方法简单，生产原料大多为农副产品，来源丰富，价格低廉，机械化程度高，经济效益高；③微生物菌株种类繁多，酶的品种齐全；④微生物具有较强的适应性和应变能力，可以通过适应、诱导、诱变及基因工程等方法培育出新的产酶菌种。 第二节 酶的发酵生产 一、产酶菌种的筛选 （一）优良菌株的标准 一个优良的产酶菌种应具备以下几点：①繁殖快，产酶量高，生产周期短；②适应性强、易培养和控制，便于管理和降低生产成本；③产酶性能稳定，不易退化，不易受噬菌体侵袭；④产生的酶容易分离纯化；⑤菌种本身和代谢产物安全无毒，对生产人员、生产环境，酶的应用不会产生不良影响。 第二节 酶的发酵生产 一、产酶菌种的筛选 （二）菌株筛选过程 主要包括以几个步骤：含菌样品的采集，菌种分离，产酶性能测定及复筛等。 第二节 酶的发酵生产 一、产酶菌种的筛选 （三）产酶常用的微生物 1．细菌 2．放线菌 3．霉菌 4．酵母菌 第二节 酶的发酵生产 二、基因工程菌的构建 理想的宿主载体系统应具备以下几个特性：①载体与宿主相容，携带酶基因的载体能在宿主中稳定维持；②菌体容易大规模培养，生长无特殊要求，且能利用廉价的原料；③所生产的目标酶占总蛋白质的比例较高，且能以活性形式分泌；④宿主菌对人安全、不分泌毒素。 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 微生物酶的发酵生产是指在人工控制的条件下，有目的利用微生物培养来获得所生产需要的酶制剂。微生物酶的发酵生产包括菌种活化、菌种扩大培养、培养基制备和发酵生产等。 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 微生物酶的发酵生产是指在人工控制的条件下，有目的利用微生物培养来获得所生产需要的酶制剂。微生物酶的发酵生产包括菌种活化、菌种扩大培养、培养基制备和发酵生产等。微生物发酵产酶的一般工艺流程如图4-1所示。 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （一）菌种活化与扩大培养 应用于生产时，保藏菌种必须接种于新鲜的斜面培养基或液体培养基，在合适的条件下培养一定时间，以恢复菌种的活力，称之为菌种活化。 活化的菌种经过种子罐扩大培养后得到的菌种称一级菌种，可用作发酵罐大规模生产；如果生产规模非常大，还需将菌种再扩大培养一次，称为二级菌种。 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （一）菌种活化与扩大培养 菌种活化与扩大培养工艺流程： 菌种（原菌）→斜面试管→小三角瓶→大三角瓶→卡氏罐→一级种子罐→二级种子罐 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （二）发酵方法 1.温度的控制 枯草杆菌的最适生长温度为34～37℃，黑曲霉的最适生长温度为28～32℃。 2.通气和搅拌 在发酵过程中必须不断供给氧，一般通过供给无菌空气来实现； 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （二）发酵方法 3. pH值的控制 细菌和放线菌的生长最适pH值为6.5～8.0；霉菌和酵母的生长最适pH值为4～6；植物细胞的生长最适pH值为5～6。 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （三）培养基 1. 碳源 2. 氮源 3. 无机盐 4. 生长因子 5. 产酶促进剂 第二节 酶的发酵生产 三、微生物酶的发酵生产 （四）提高酶产量的措施 1.添加诱导物 酶作用底物、酶反应产物、酶底物类似物 2.控制阻遏物浓度 3.表面活性剂 4.添加产酶促进剂 第三节 酶的分离纯化 一、酶制剂生产的基本过程 （一）细胞破碎 第三节 酶的分离纯化 一、酶制剂生产的基本过程 （二）酶的提取 酶的提取是指在一定条件下，用适当的溶剂或溶液处理含酶原料，使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程，又称为酶的抽提。 第三节