第三章酶的發(fā)酵生產(chǎn)ppt課件

.,1,第三章酶的來源與發(fā)酵生產(chǎn),.,2,1.酶的來源2.優(yōu)良產(chǎn)酶菌的篩選3.微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)基本要求：掌握微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)基及發(fā)酵方式的選擇和體系的控制，熟悉優(yōu)良產(chǎn)酶菌的篩選原則。,.,3,第一節(jié)酶的來源,.,4,.,5,一、酶的來源,1.主要來源于生物：所有細(xì)胞都有產(chǎn)酶的能力，但不是所有細(xì)胞都是酶的合適來源動(dòng)物：胰臟胰蛋白酶，胃粘膜胃蛋白酶植物：菠蘿、木瓜蛋白酶微生物：利用微生物細(xì)胞的生命活動(dòng)合成所需酶類的方法稱為發(fā)酵法,.,6,為什么要利用微生物？,抗生素、氨基酸、酶制劑等產(chǎn)品為什么能通過微生物發(fā)酵來生產(chǎn)？這與微生物的生長和代謝特點(diǎn)有什么關(guān)系？1、某些微生物因爭奪生存環(huán)境或營養(yǎng)物，會(huì)產(chǎn)生抗生素將其他種類的微生物殺死。2、微生物會(huì)產(chǎn)生蛋白酶、纖維素酶和淀粉酶，將營養(yǎng)物質(zhì)水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖。3、微生物細(xì)胞會(huì)通過合成或分解代謝生產(chǎn)它必需的一些物質(zhì)，包括氨基酸、核苷酸等。,.,7,微生物作為酶來源的優(yōu)越性：,1）種類繁多（20萬種）2）易于人工控制，獲得高產(chǎn)酶的菌種3）微生物生長周期短，繁殖迅速，培養(yǎng)方便，成本低4）提高微生物產(chǎn)酶的途徑多5）培養(yǎng)條件簡單，易于自動(dòng)化，生產(chǎn)易管理6）微生物本身也容易改造,.,8,2.人工合成酶制劑：,蛋白質(zhì)的人工合成：人工合成胰島素等人工合成酶制劑受客觀條件的限制，如試劑、設(shè)備等，另外，體外合成，形成單體的難度大，且只能合成那些已經(jīng)完全搞清楚其化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶類。,鈕經(jīng)義（1920-1995),.,9,目前，應(yīng)用于工業(yè)的酶類，主要來自于微生物發(fā)酵。,.,10,什么是發(fā)酵？,利用微生物，在適宜的條件下，將原料經(jīng)過特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。,.,11,發(fā)酵工業(yè)經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？,原始發(fā)展階段（發(fā)酵技術(shù)原始，頂多是家庭小制作，技術(shù)進(jìn)步緩慢，完全是經(jīng)驗(yàn)式的，并不知道其中的原理。）傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)階段（人們才開始了解發(fā)酵現(xiàn)象的本質(zhì)，采用開放式的發(fā)酵方式，生產(chǎn)過程較為簡單，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，規(guī)模一般不大。）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)階段（生產(chǎn)技術(shù)要求高；生產(chǎn)規(guī)模大；技術(shù)發(fā)展速度快；菌種的生產(chǎn)能力大幅度提高，新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到前所未有的程度。）生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)階段（利用構(gòu)建的基因工程菌生產(chǎn)）,.,12,發(fā)酵工程,.,13,二、酶的生物合成,Centraldogma,酶合成的基本過程,轉(zhuǎn)錄翻譯調(diào)控,.,15,基因表達(dá)的調(diào)控,染色質(zhì)活化,轉(zhuǎn)錄起始、延長、終止轉(zhuǎn)錄后加工,基因表達(dá)在全過程的各水平上都可以受調(diào)控：,轉(zhuǎn)錄起始調(diào)節(jié)是基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié),.,16,蛋白質(zhì)因子,特異DNA序列,.,17,.,18,乳糖操縱子誘導(dǎo)型操縱子,乳糖操縱子的結(jié)構(gòu),.,19,沒有乳糖存在時(shí),乳糖操縱子被阻遏蛋白封閉,.,20,有乳糖存在時(shí),乳糖操縱子被誘導(dǎo)物開放,.,21,無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí),有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí),CAP,CAP結(jié)合位點(diǎn),.,22,低半乳糖時(shí),高半乳糖時(shí),葡萄糖低cAMP濃度高,葡萄糖高cAMP濃度低,無轉(zhuǎn)錄,無轉(zhuǎn)錄,低水平轉(zhuǎn)錄,.,23,.,24,Trp高時(shí),Trp低時(shí),mRNA,O,P,trpR,調(diào)節(jié)區(qū),結(jié)構(gòu)基因,RNA聚合酶,RNA聚合酶,色氨酸操縱子阻遏型操縱子,操縱子關(guān)閉,.,25,前導(dǎo)序列,第10、11密碼子為trp密碼子,14aa前導(dǎo)肽編碼區(qū):,包含序列1,形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：序列1/2序列2/3序列3/4,.,26,UUUU3,前導(dǎo)肽,前導(dǎo)mRNA,當(dāng)色氨酸濃度高時(shí),轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制,衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子可使轉(zhuǎn)錄,RNA聚合酶,終止,.,27,前導(dǎo)肽,RNA聚合酶,當(dāng)色氨酸濃度低時(shí),Trp合成酶系相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄,序列3、4不能形成衰減子結(jié)構(gòu),前導(dǎo)mRNA,.,28,細(xì)胞周期與酶的合成,可能的三種模式：合成伴著生長進(jìn)行，進(jìn)入靜止期，合成降低對數(shù)生長期合成降低，靜止期合成增加中間類型,.,29,三、酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué),主要研究在發(fā)酵過程中細(xì)胞生長速率，產(chǎn)物形成速率以及環(huán)境因素對速率的影響.在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中,研究酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)對于了解酶生物合成模式；發(fā)酵條件的優(yōu)化控制,提高酶產(chǎn)量具有重要的理論指導(dǎo)意義。,.,30,影響酶生物合成模式的因素主要是:mRNA和培養(yǎng)基中存在的阻遏物：mRNA穩(wěn)定性高的，在細(xì)胞停止生長后繼續(xù)合成相應(yīng)的酶；mRNA穩(wěn)定性差的，隨著細(xì)胞生長停止而終止酶的合成；不受阻遏物阻遏的,可隨著細(xì)胞生長而開始酶的合成；受阻遏物阻遏的,要在細(xì)胞生長一段時(shí)間或進(jìn)入穩(wěn)定期后解除阻遏,才能開始酶的合成。,.,31,酶生物合成模式：根據(jù)酶的合成與細(xì)胞生長的關(guān)系，可以把酶生物合成模式分為4種類型：同步合成型延續(xù)合成型中期合成型滯后合成型。,.,32,同步合成型：,又稱生長偶聯(lián)型,是指酶合成與細(xì)胞生長同步進(jìn)行，當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入對數(shù)期時(shí)，酶也大量合成；當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定期時(shí),酶的合成也停止。,大部分大組成型酶及部分誘導(dǎo)酶.mRNA不穩(wěn)定,細(xì)胞進(jìn)入生長平衡期后,新的mRNA不再合成.,.,33,.,34,延續(xù)合成型：,酶的合成伴隨著細(xì)胞生長而開始，但在細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶的合成仍將延續(xù)較長一段時(shí)間。生物合成可受誘導(dǎo)物誘導(dǎo),一般不受分解代謝物阻遏mRNA相當(dāng)穩(wěn)定,.,35,.,36,中期合成型：,酶的合成在細(xì)胞生長一段時(shí)間后才開始，而在細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶的合成也終止。酶的生物合成受到產(chǎn)物的反饋?zhàn)瓒糇饔没蚍纸獯x物阻遏,酶的mRNA穩(wěn)定性差.,.,37,.,38,滯后合成型：,只有當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期后才開始酶的合成并大量積累培養(yǎng)基中含阻遏物,mRNA穩(wěn)定性好,如果去除阻遏物,則為延續(xù)合成型.,.,39,濃度,時(shí)間(h),細(xì)胞濃度,酶濃度,細(xì)胞濃度,酶濃度,酶濃度,酶濃度,細(xì)胞濃度,細(xì)胞濃度,圖3-1酶生物合成模式A.同步合成型;B.延續(xù)合成型;C.中期合成型;D.滯后合成型,A,B,C,D,.,41,在酶的工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高酶產(chǎn)率和縮短發(fā)酵周期,最理想的酶合成模式是延續(xù)合成型；對于其它類型的酶,要在菌種選育和工藝條件上加以調(diào)節(jié)；對于同步合成型，盡量提高mRNA的穩(wěn)定性，如降低發(fā)酵溫度;對于滯后合成型,盡量減少阻遏物；對于中期合成型，要從提高mRNA穩(wěn)定性和解除阻遏兩方面進(jìn)行。,.,42,三、優(yōu)良產(chǎn)酶菌的篩選,（一）必備條件：1.安全可靠，無毒性，不是致病菌：微生物及其代謝產(chǎn)物安全無毒，對人體和環(huán)境都無不良影響，對酶的應(yīng)用也無不良影響。2.酶的產(chǎn)量高：要有高產(chǎn)的特性，通常，生長周期短。高產(chǎn)細(xì)胞可通過多次反復(fù)篩選，誘變或采用基因克隆、細(xì)胞或者原生質(zhì)體融合等技術(shù)獲得，在生產(chǎn)過程中，要注意，若其發(fā)生退化，要經(jīng)復(fù)壯處理,.,43,3.容易培養(yǎng)和管理：優(yōu)良的產(chǎn)酶菌對培養(yǎng)基和工藝條件沒有特別苛刻的要求。4.產(chǎn)酶穩(wěn)定性好:優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞在正常條件下，能夠穩(wěn)定生長和產(chǎn)酶，不易受噬菌體侵襲，不易變異退化，一旦發(fā)生退化，經(jīng)復(fù)壯處理，可恢復(fù)其產(chǎn)酶特性。5.有利于酶的分離純化：以便獲得高純度的酶，滿足使用者的需求。,.,44,一般生產(chǎn)菌株可向菌種保藏機(jī)構(gòu)或生產(chǎn)部門索取自然界分離：菌樣采集菌種分離粗篩純化復(fù)篩生產(chǎn)性能鑒定實(shí)驗(yàn)室改良基因突變基因轉(zhuǎn)移基因克隆,四、產(chǎn)酶微生物的篩選,.,45,A、從微生物發(fā)生和存在的環(huán)境中采集土壤降解酶類易從其底物富集場所獲得（纖維素酶易從森林土壤和木材堆放處獲得）耐熱酶易從高溫處（如溫泉、火山口）獲得,1.菌樣采集,B、系統(tǒng)發(fā)生相近的物種，其產(chǎn)酶性質(zhì)相似不同蛋白酶性質(zhì)不同，但霉菌的蛋白酶性質(zhì)相似，不同于細(xì)菌蛋白酶C、胞外酶活性顯現(xiàn)的最適條件和穩(wěn)定條件與產(chǎn)酶菌的生長條件相一致,.,46,2.菌種的分離純化：平板劃線法稀釋法等等,.,47,3.篩選,平板培養(yǎng)透明圈法：適合于水解酶類。將合適底物溶于固體培養(yǎng)基中，觀察透明圈的情況。改變培養(yǎng)基條件，看透明圈變化情況，即可調(diào)節(jié)最佳培養(yǎng)條件胞內(nèi)酶：固體或液體培養(yǎng)，收集酶液，進(jìn)行活性測定篩選時(shí)，還要注意菌種生長傳代情況及保存時(shí)間對酶活的影響情況,.,48,4.實(shí)驗(yàn)室改良遺傳學(xué)在酶學(xué)的應(yīng)用,基因突變：在物理、化學(xué)等因素作用下，DNA發(fā)生損傷或者畸變損傷的位點(diǎn)可在結(jié)構(gòu)基因上，也可在順式作用元件上基因突變的方向不確定，需要大工作量的篩選過程基因轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)化或者轉(zhuǎn)導(dǎo)基因擴(kuò)增基因克隆：,.,49,四、常見的產(chǎn)酶微生物,大腸桿菌：枯草芽孢桿菌黑曲霉米曲霉青霉木霉,.,50,根霉毛霉紅曲霉鏈霉菌啤酒酵母假絲酵母,.,51,.,52,.,53,.,54,.,55,第二節(jié)發(fā)酵工藝條件及控制,酶的發(fā)酵生產(chǎn)：利用微生物的生命活動(dòng)獲得所需的酶的技術(shù)過程。,.,56,一、酶的發(fā)酵生產(chǎn)類型:,根據(jù)微生物培養(yǎng)方式的不同可分為：固體發(fā)酵液體發(fā)酵載體發(fā)酵,.,57,（一）固體發(fā)酵(傳統(tǒng)）,其培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料，加入其它必要的營養(yǎng)成分，制成固體或半固體麩曲，經(jīng)過滅菌、冷卻后，接種產(chǎn)酶微生物應(yīng)用：我國傳統(tǒng)的各種酒曲、醬油曲，所以又稱為曲法培養(yǎng)適合霉菌生產(chǎn)：菌絲體生長好，產(chǎn)酶量高,.,58,主要生產(chǎn)淀粉酶和蛋白酶優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便，麩曲中酶濃度較高，特別適合于各種霉菌的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶。缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，原料利用率低，生長周期長,.,59,（二）液體發(fā)酵法,采用液體培養(yǎng)基，置于生物反應(yīng)器中，經(jīng)滅菌、冷卻后接種產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下發(fā)酵。機(jī)械化程度較高，是目前酶發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式。,.,60,優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種細(xì)胞（動(dòng)物、植物、微生物）的懸浮培養(yǎng)和發(fā)酵易于人為控制機(jī)械化程度高，酶產(chǎn)品質(zhì)量好，酶產(chǎn)率及產(chǎn)品回收率較高適合大規(guī)模生產(chǎn)缺點(diǎn)：需要一定的設(shè)備和技術(shù)條件能耗大要防止雜菌污染,.,61,1.間歇發(fā)酵,適用于延續(xù)合成型又稱為二次發(fā)酵。生長的最適條件產(chǎn)酶的最適條件如：灰色鏈霉菌：加富培養(yǎng)基17hr收集菌體，并洗滌稀鹽溶液誘導(dǎo)物（酵母-聚甘露糖）18-24hr,生產(chǎn)方式:,.,62,2.連續(xù)發(fā)酵,適用于同步合成型先將菌體培養(yǎng)到對數(shù)生長期，然后一邊添加新鮮培養(yǎng)基，一邊收集培養(yǎng)物，使之平衡或：分批投料并加種子勞動(dòng)效率提高抑制反饋?zhàn)瓒?.,63,（三）載體發(fā)酵：,其特點(diǎn)是以天然的或者人工合成的多孔材料為載體，并以合成的液體培養(yǎng)基代替麩皮之類的固體而培養(yǎng)微生物，這種固定化技術(shù)，是在固定化酶的基礎(chǔ)上建立起來的固定化細(xì)胞發(fā)酵固定化原生質(zhì)技術(shù)：,.,64,二、生產(chǎn)工藝,活化：使用以前，必須接種于新鮮的斜面培養(yǎng)基上，在一定條件下進(jìn)行培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞的生命活動(dòng)能力。擴(kuò)大培養(yǎng)：增加發(fā)酵時(shí)的數(shù)量，經(jīng)過一級至數(shù)級擴(kuò)大培養(yǎng)。培養(yǎng)基稱為種子培養(yǎng)基。,（一）細(xì)胞活化與擴(kuò)大培養(yǎng),.,65,（二）培養(yǎng)基的配制,培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分（1）碳源（2）氮源（3）無機(jī)鹽（4）生長因子（5）水（6）酶的誘導(dǎo)劑和促進(jìn)劑有時(shí)，細(xì)胞在生長、繁殖和發(fā)酵過程中需要采用不同的培養(yǎng)基,.,66,生長因子：某些微生物本身不能從普通的碳源、氮源合成，需要額外少量加入才能滿足需要的有機(jī)物質(zhì)，包括氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有時(shí)也包括一些脂肪酸及其他膜成分,.,67,發(fā)酵培養(yǎng)基的配制原則,營養(yǎng)物質(zhì)應(yīng)滿足微生物的需要。不同營養(yǎng)類型的微生物對營養(yǎng)的需求差異很大，應(yīng)根據(jù)菌種對各營養(yǎng)要素的不同要求進(jìn)行配制。營養(yǎng)物的濃度及配比應(yīng)恰當(dāng)。營養(yǎng)物濃度太低，不能滿足微生物生長的需要；濃度太高，又會(huì)抑制微生物生長。物理、化學(xué)條件適宜。（pH、水活度、滲透壓）在設(shè)計(jì)培養(yǎng)基時(shí)，必須考慮是要培養(yǎng)菌體，還是要積累菌體代謝產(chǎn)物；是實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)，還是大規(guī)模發(fā)酵等問題。,.,68,作用：建造微生物細(xì)胞的材料為生命活動(dòng)提供能量構(gòu)成酶的成分作為多種誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo)物,1.碳源：為細(xì)胞提供碳架和能量來源,.,69,.,70,1）要滿足不同細(xì)胞的營養(yǎng)要求：多數(shù)利用淀粉及其水解產(chǎn)物糊精、麥芽糖、葡萄糖等如：黑曲霉(它有淀粉酶系)酵母利用蔗糖或葡萄糖等，不能利用淀粉。有些微生物利用脂肪、石油、乙醇等為碳源。,使用原則：,.,71,2）有的菌種利用特殊的碳源才產(chǎn)酶：黃青霉（葡萄糖氧化酶產(chǎn)生菌）：甜菜糖蜜生長旺盛，但是不產(chǎn)酶蔗糖產(chǎn)酶量高短乳桿菌：（葡萄糖異構(gòu)酶產(chǎn)生菌）：葡萄糖生長旺盛木糖產(chǎn)酶,.,72,3）同種菌，在不同濃度的有效碳源作用下，產(chǎn)酶量不同：可能與碳氮比有關(guān)4）碳源類型不同，還會(huì)影響到胞內(nèi)酶和胞外酶的產(chǎn)量黃灰鏈霉菌：黑麥硫酸水解液36hr：胞內(nèi)酶生產(chǎn)高峰72hr：胞外酶才開始生產(chǎn),.,73,5）某些碳源對酶的生物合成有代謝調(diào)節(jié)作用這主要包括酶生物合成的誘導(dǎo)作用分解代謝物阻遏作用：,.,74,誘導(dǎo)作用：有些酶，在培養(yǎng)基中不存在誘導(dǎo)物質(zhì)時(shí)，酶的合成受到阻遏，而當(dāng)有底物或者其類似物或產(chǎn)物存在時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)相應(yīng)酶類的合成如：白地霉的脂肪酶合成需要培養(yǎng)基中加入少量橄欖油作為誘導(dǎo)物,.,75,發(fā)生在生長于易利用的碳源（如葡萄糖、甘油等）中的大多數(shù)微生物。如：淀粉（誘導(dǎo)）-淀粉酶果糖（抑制）乳糖(誘導(dǎo))-半乳糖苷酶葡萄糖(抑制)（分解代謝物阻遏作用）,分解代謝物阻遏：某些物質(zhì)（主要指葡萄糖等容易被利用的碳源和氮源等）分解代謝的產(chǎn)物阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。,.,76,2.氮源構(gòu)成細(xì)胞或代謝產(chǎn)物中氮素的來源,分類：有機(jī)氮源：各種蛋白質(zhì)及其水解產(chǎn)物，如酪蛋白、豆餅粉、蛋白胨、牛肉膏等無機(jī)氮源：各種含氮的化合物，如：氨水、硫酸銨、磷酸銨、硝酸鉀等銨鹽或硝酸鹽，兩種鹽的比例對細(xì)胞生長和新陳代謝有顯著影響,.,77,不同細(xì)胞對氮源有不同要求：動(dòng)物細(xì)胞要求有機(jī)氮源植物細(xì)胞要求無機(jī)氮源微生物：要求不同，異養(yǎng)型細(xì)胞要求有機(jī)氮源，自養(yǎng)型細(xì)胞要求無機(jī)氮源；生長和產(chǎn)酶所需氮源會(huì)有不同。,.,78,碳氮比（C/N）：培養(yǎng)基中碳元素的總量與氮元素的總量之比，不同培養(yǎng)基該值不同，且相差很大，對酶產(chǎn)量有顯著影響.例如,較低的碳氮比（C/N）常有利于蛋白酶產(chǎn)量的提高,但是這種條件下,發(fā)酵后期培養(yǎng)基的pH值往往會(huì)向堿側(cè)偏移,反過來又會(huì)阻遏蛋白酶的積累.因此選擇并控制適宜的碳氮比也是提高酶產(chǎn)量的一個(gè)重要因素.,.,79,氮調(diào)節(jié)作用：由于氨基酸或氨的充分供應(yīng)，而引起的與氮代謝有關(guān)、特別是與那些供應(yīng)氨或谷氨酸有關(guān)的酶的阻遏，稱為氮的分解代謝物阻遏，又稱為氮調(diào)節(jié)作用,.,80,3.無機(jī)鹽類：,是提供細(xì)胞生命活動(dòng)不可缺的無機(jī)元素，并對細(xì)胞內(nèi)外的pH值、氧化還原電位和滲透壓起調(diào)節(jié)作用，有時(shí)可作為某些微生物生長的能源物質(zhì)按需用量分類：大量元素：S、P、K、Na、Ca、Mg、Cl等微量元素：Cu、Mn、Zn、Co、Br、I等（必不可少，但過量對生命活動(dòng)有不良影響,.,81,不同無機(jī)元素在生物活動(dòng)中作用不同：組成細(xì)胞的主要元素：S、P等組成酶分子的主要元素：S、P、Zn、Ca等作為酶的激活劑：K、Mg、Zn、Cu、Fe、Br、I等調(diào)節(jié)pH、氧化還原電位、滲透壓等：K、Na、Ca、ClS和P的含量也會(huì)對微生物的酶合成有調(diào)節(jié)作用，主要調(diào)控方式也是阻遏調(diào)控。,.,82,4.生長因子（素）：,生長繁殖過程中必需的微量有機(jī)化合物，包括各種氨基酸（組成蛋白質(zhì)）、嘌呤、嘧啶（組成核酸、輔基、輔酶）、維生素和生長激素（調(diào)節(jié)細(xì)胞生長分裂），這些對于營養(yǎng)缺陷型微生物更必需）通常在酶的發(fā)酵過程中，一般培養(yǎng)基中加入含各種生長激素的天然原料的水解物，如酵母膏、玉米漿和麥芽汁等,.,83,5.水水質(zhì)的影響6.誘導(dǎo)物和促進(jìn)物,.,84,.,85,.,86,（三）發(fā)酵條件的控制,1、溫度調(diào)節(jié)：2、pH值調(diào)節(jié)：3、溶解氧的調(diào)節(jié)控制：提高溶氧速率：通氣量、氧的分壓、氣液接觸時(shí)間和面積，培養(yǎng)液的性質(zhì)。,.,87,1.溫度：生長繁殖、發(fā)酵產(chǎn)酶都需要一定的溫度條件,1）不同細(xì)胞有各自不同的最適生長溫度如：枯草桿菌：34-37黑曲霉：28-322）生長繁殖的最適溫度和發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度不同通常情況：T（發(fā)酵產(chǎn)酶）T（生長繁殖）也有相同溫度，或者產(chǎn)酶溫度高的情況,.,88,相對較低溫度條件，可提高mRNA的穩(wěn)定性，延長酶合成的時(shí)間，從而合成酶量，醬油曲霉生產(chǎn)蛋白酶，28時(shí)的產(chǎn)量是40時(shí)的24倍。但是溫度如果過低，但是細(xì)胞生長速度減慢，代謝速度慢，從而使得產(chǎn)量反而下降。所以，需要確定最適溫度，對于有些情況，需要設(shè)定兩個(gè)最適（最適生長溫度，最適產(chǎn)酶溫度），同時(shí)，要考慮其他因素對溫度的影響，如培養(yǎng)基的散熱過程和代謝放能過程,.,89,2.pH值-緩沖劑或者酸、堿,1）不同細(xì)胞，其生長繁殖的最適pH不同：一般細(xì)菌和放線菌：中性或堿性（pH6.5-8.0）霉菌和酵母：偏酸性（pH4-6）,.,90,2）細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適pH與生長的最適pH常不同：細(xì)胞產(chǎn)酶的最適pH通常接近于該酶催化反應(yīng)的最適pH。堿性磷酸酶：pH8.5-9.0酸性蛋白酶：pH4-63）但是，由于有些pH條件不適合細(xì)胞生長，所以，產(chǎn)酶的最適pH與催化pH不同，枯草桿菌生產(chǎn)堿性磷酸酶，最適催化pH為9.5，而最適產(chǎn)酶pH為7.4,.,91,4）生產(chǎn)過程中應(yīng)對pH進(jìn)行調(diào)節(jié)：細(xì)胞生長繁殖和代謝物的堆積會(huì)改變培養(yǎng)基的pH，在生產(chǎn)各階段要合理調(diào)節(jié)：高糖培養(yǎng)基，由于糖代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸，pH易降低含高蛋白的培養(yǎng)基，胺類的產(chǎn)生，使得pH升高,.,92,5）對于可產(chǎn)生多種酶產(chǎn)物的細(xì)胞，控制pH可控制酶的產(chǎn)量比例黑曲霉：培養(yǎng)基為中性產(chǎn)物以-淀粉酶為主酸性產(chǎn)物以糖化酶為主米曲霉：培養(yǎng)基為堿性產(chǎn)物主要為堿性蛋白酶中性產(chǎn)物主要為中性蛋白酶酸性產(chǎn)物主要為酸性蛋白酶,.,93,3.溶解氧（通氣與攪拌）,細(xì)胞生長繁殖和酶合成過程都需要大量的氧氣，在培養(yǎng)基中的細(xì)胞一般只能吸收和利用溶解氧，溶解氧指的是溶解在培養(yǎng)基中氧氣，在發(fā)酵過程中需要不斷的向培養(yǎng)基中供氧（無菌空氣）以保持氧分壓：由于氧是難溶于水的氣體，培養(yǎng)基中少量的溶解氧，且不斷被消耗細(xì)胞的產(chǎn)熱作用，導(dǎo)致氧溶解度更低,.,94,調(diào)節(jié)溶解氧的方法主要有：調(diào)節(jié)通氣量調(diào)節(jié)氧分壓調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間調(diào)節(jié)氣液接觸面積改變培養(yǎng)液的性質(zhì),.,95,具體方法：通氣和攪拌,通氣：增加氧氣量攪拌：打碎氣泡增加表面積，加速氧向液相傳遞，并且加速液體流動(dòng)，以延緩氣泡上升至液面逸出過程但是，避免劇烈攪拌，以防產(chǎn)生大量泡沫，阻礙CO2的排除，并防止發(fā)酵液溢出，以防污染,.,96,注意：溶氧速率不宜太高，要控制溶氧速率，是因?yàn)椋?）過高的溶氧，造成浪費(fèi)，2）高溶氧速率會(huì)抑制某些酶的生物合成，如青霉素?；?，3）為獲得高溶氧而采用的大量通氣或快速攪拌，會(huì)使得某些細(xì)胞（如霉菌、放線菌、固定化細(xì)胞等）受到損傷,.,97,四、提高酶產(chǎn)量的措施,酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制：在正常情況下，酶產(chǎn)量受酶合成調(diào)節(jié)機(jī)制的控制，要提高酶產(chǎn)量必須打破這種調(diào)節(jié)控制。酶合成主要取決于轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，原核生物中普遍公認(rèn)的調(diào)節(jié)機(jī)制是操縱子理論。,.,98,措施：,添加誘導(dǎo)物降低阻遏物濃度添加表面活性劑添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑,.,99,（一）添加誘導(dǎo)物,對于某些誘導(dǎo)酶的發(fā)酵生產(chǎn)，在合適的時(shí)候添加合適的誘導(dǎo)物，可以增加酶的產(chǎn)量一般來說，不同的酶有各自不同的誘導(dǎo)物，有時(shí)一種誘導(dǎo)