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2_微生物发酵产酶剖析
Monod方程虽然表述简单,但不足以完整地说明复杂的生化反应过程,并且已发现它在某些情况与实验结果不符。 因此人们针对不同情况又提出了另外一些方程,但最终目的只有一个:就是利用建立起来的动力学方程来控制和优化发酵生产。 * * * 不同的产酶模式所对应的产酶动力学方程形式也有所不同 主要分为三型: 生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型 * 产物的形成和菌体的生长相偶联 x p 同步合成型 α≠ 0、β= 0 * 产物的形成和菌体的生长相偶联 x p 中期合成型 α≠ 0、β= 0 产酶前期: 阻遏作用,不产酶 产酶后期: 产酶与生长相偶联 * 产物的形成和菌体的生长部分偶联 x p 延续合成型 α≠ 0、β ≠ 0 * 产物的形成和菌体的生长非偶联 x p 滞后合成型 α= 0、β ≠ 0 产酶前期: 阻遏作用,不产酶 产酶后期: 产酶与生长非偶联 第五节 固定化微生物细胞发酵产酶 又称固定化活细胞或固定化增殖细胞,用各种方法固定在载体上,在一定的空间范围内生长、繁殖和新陈代谢的细胞. 在发酵生产淀粉酶,蛋白酶,纤维素酶等胞外酶方面取得了成功. 一、固定化细胞发酵产酶的特点1.提高产酶率 2.可在高稀释度下连续发酵 3.基因工程菌的质粒稳定,不易丢失;4.发酵稳定性好5.缩短发酵周期,提高设备利用率;6.产品容易分离纯化;7.适于胞外酶等胞外产物的生产. 二、固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制与游离细胞发酵大同小异,需特别注意的几个问题:1.固定化细胞的预培养先预培养,使固定在载体上的细胞生长繁殖,长好后,再用于发酵产酶. 2.溶解氧的供给 由于受到载体的影响,使氧的供给成为主要的限制性因素. 解决办法:(1)加大通气量(强烈搅拌会破坏固定化细胞);(2)改变固定化载体,如少用琼脂等对氧扩散不利的载体;(3)过氧化氢酶与细胞共固定化,培养基加入适量的H2O2;(4)降低培养基的浓度,以降低培养基的粘度. 3.温度的控制连续发酵时,由于稀释率较高,反应器内温度变化较大,先预调加液温度. 4.培养基成份的控制某些固定化载体的结构会受到某些成份的影响,如过量的磷酸盐会破坏海澡酸钙凝胶制备的固定化细胞. 三、固定化细胞生长和产酶动力学固定化细胞体系中细胞生长和产酶的动力学描述基本与游离细胞体系相同。 在固定化细胞体系中细胞分两部分,一部分是固定在载体上的细胞,浓度基本稳定,另一部分是泄漏到培养液中的细胞。 1.固定化细胞生长动力学 固定在凝胶中的细胞的产酶模式为非生长偶联型;游离细胞的产酶速率依细胞产酶模式不同而不同。 dX/dt = (dX/dt)f +(dX/dt)g 2.固定化细胞产酶动力学 在固定化细胞发酵过程中,固定在载体上的细胞和培养液中的游离细胞都可以产酶,其产酶速率也有两部分组成 dE/dt = (dE/dt)f +(dE/dt)g 第六节 固定化微生物原生质体发酵产酶 固定化原生质体是固定在载体上,在一定的空间范围内进行生命活动的原生质体。 由于原生质体不稳定,通过凝胶包埋法可使之稳定性提高; 一、固定化原生质体的特点1.变胞内产物为胞外产物;2.提高产酶率;3.稳定性较好;4.易于分离纯化. 二、固定化原生质体发酵产酶的工艺条件及其控制(1)渗透压的控制;(2)防止细胞壁的再生;(3)保证原生质体的浓度. * 本章重点掌握内容 1. 酶的调节理论(产物阻遏与分解代谢物阻遏) 2. 从自然界中获取产酶微生物的基本步骤 发酵工艺条件控制有哪些参数需要控制?有何影响,如何产生,如何解决? 四种产酶模式 * 一种营养成分要成为限制性基质的前提条件是其他营养物必须过量。 生长限制性因子是机体生长所必需的营养物质,如氨基酸和氨等氮源,或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐,可在一定浓度范围内能决定该机体生长速率。 木桶效应 何谓限制性基质 * 比如:在培养大肠杆菌中分别设置不同浓度的葡萄糖(2%、4%、6%和8%),葡萄糖浓度变化对细胞生长产生了影响,那么就说葡萄糖为此菌生长的限制性底物。 不同葡萄糖浓度下的细胞生长 比生长速率 * * * * * * * * * * 根据营养物质在机体中的生理功能不同分为水、碳源、氮源、无机盐和生长因子五大组分。 根据不同的微生物特性选择特定的C源营养物。异养型微生物,糖类是最好的C源,Glu最为通用。 根据酶调节理论(合成诱导作用、分解物代谢阻遏作用),对所产酶的特性做出
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