2011酶工程第一章酶的发酵生产.ppt

酶工程 第一章 酶的发酵生产 第一章 酶的发酵生产 第一节 酶生产的概述 第二节 菌种选择 第三节 产酶菌体的发酵 第四节 产酶条件的优化 第五节 发酵产酶动力学 第一节 酶生产的概述 几种酶生产方法的比较-提取 酶制剂工业的发展早期，酶多取自动植物原料。 单动植物的生长周期长、同时还受地理、气候和季节等各种因素的限制，不适于大规模工业生产。 几种酶生产方法的比较-化学合成 化学合成，包括酶的化学全合成和模拟酶的化学合成。 酶的化学全合成 1964年我国从氨基酸出发，以化学方法全合成了具有生物活性的胰岛素， 1969年Gutte和Merrifield也通过化学法人工合成了具有活性的核糖核酸酶，现在已发展了一整套固相合成肽的自动化技术 （2）模拟酶 主-客体酶模型（环状糊精酶） 胶束酶模型 分子印迹酶模型 环状糊精酶 α,β,γ-环糊精系列分布在空腔两侧的伯、仲羟基空腔周边的羟基（结合基团）与底物契合容易达到有利配置状态。 通过化学方法引入催化基,建立电荷和质子传递体系。 酶稳定性高，便宜，但催化专一性和活力差。 胶束酶模型 印迹酶 当模板分子(印迹分子)与聚合物单体接触时会形成多重作用点，通过聚合过程这种作用就会被记忆下来。当模板分子除去后，聚合物中就形成了与模板分子空间构型相匹配的具有多重作用点的空穴，这样的空穴将对模板分子及其类似物具有选择识别特性。 这是分子识别的基础，也是酶催化的基础。 发酵生产酶的几种方式 固体培养发酵 制成固体或半固体的麸曲，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。适合霉菌的培养和发酵产酶(霉菌有菌丝，液态发酵结块，且固态发酵原料便宜,操作简单,但传递营养物质困难,产量相对少)。 液体深层发酵 采用液体培养基，在生物反应器中，经灭菌、冷却后，接种产酶细胞，、生产得到所需酶。(酶的产率高，质量稳定，产品回收率高，是目前酶发酵的生产的主要方式。) 固定化细胞发酵 把微生物固定在水不溶性的载体上，进行多批次连续或间歇发酵。这种发酵具有：细胞密度大，产酶能力高；发酵稳定性好，可反复使用或连续使用较长时间；固定化细胞流失较少，可在高稀释率条件下连续发酵；发酵液含菌体少，利于产品分离。(额外成本高,须一定操作) 微生物发酵方式的对比 （1）液态发酵产酶 （2）固态发酵 固态发酵和液态发酵的对比 （3）固定化细胞发酵产酶 固定化细胞颗粒很容易与发酵液分离，因此固定化细胞发酵生产胞外酶具有如下显著优点： 发酵稳定性好（载体保护细胞） 可在高稀释率条件下连续发酵（固定化细胞不容易流失） 产品容易分离纯化（产物容易与固定化催化剂分离) 缺点： 异相催化的缺点，底物扩散受到载体的阻碍，不容易接近酶活性中心。 克服了细胞膜传递底物带来的阻碍 制备较复杂(酶解细胞壁),防止培养基高渗透压,防止细胞壁再生 第二节 菌种选择 基本要求： 产酶量高,发酵周期短 容易培养和管理，无培养基和发酵工艺的特殊要求 菌种稳定行好，不易变异退化 最好是产生胞外酶的菌种,利于分离 对医药和食品用酶,还应考虑安全性： 一 细菌(1) 大肠埃希氏杆菌 大肠杆菌的名声主要因它易于在实验室操作、生长迅速，而且营养要求低。 应用：大肠杆菌能作为宿主供大量的细菌病毒生长繁殖大肠杆菌也是最早用作基因工程的宿主菌 工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶生产基因工程工具酶 (2)枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis） 二 放线菌 　 放线菌因菌落呈放线状而的得名。它是一个原核生物类群，在自然界中分布很广，主要以孢子繁殖。 放线菌与人类的生产和生活关系极为密切，目前广泛应用的抗生素约70%是各种放线菌所产生。一些种类的放线菌还能产生各种酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、和纤维素酶等、生产葡萄糖异构酶主要菌株） 由于生产抗生素，有不少能对抗生素修饰的酶种，如青霉素酰化酶，16a-羟基化酶。 三 霉菌 (1)曲霉(Aspergillus) 应用：是制酱、酿酒、制醋的主要菌种。农业上用作生产糖化饲料的菌种，因此是生产酶制剂（蛋白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌种。 生产有机酸（如柠檬酸、葡萄糖酸等）。 (2) 根霉(Rhizopus) (3)木霉(Trichoderma) 四 酵母 （ 1）啤酒酵母 主要用于酿造啤酒、酒精、饮料酒和面包制造。在酶的生产方面，用于转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等的生产。(氧化还原酶) 脱氢酶广泛应用与轻工业，如香料苯乙醇就是以苯乙酮为原料由脱氢酶催化得到。 （2）假丝酵母 主要生产脂肪酶（南极假丝酵母，褶皱假丝酵母），尿酸酶 ，醇脱氢酶 17a羟化酶 第三节 产酶菌体的发酵 第三节 产酶菌体的发酵 细胞发酵产酶的最适温度与最适生长温度有