酶工程酶的发酵生产PPT学习教案

1、会计学1 酶工程酶的发酵生产酶工程酶的发酵生产 第1页/共49页 第2页/共49页 思考思考: :密码子偏爱性与翻译速率密码子偏爱性与翻译速率? ? 第3页/共49页 第4页/共49页 第5页/共49页 第6页/共49页 微生物发酵法微生物发酵法 微生物微生物 酶酶 优点优点 商品酶的主商品酶的主 要生产方法要生产方法 第7页/共49页 微生物发酵法 高产高产 优良优良 菌株菌株 培养培养 和和 繁殖繁殖 代谢代谢 和和 积累积累 分离分离 和和 纯化纯化 酶制剂酶制剂 酶的发酵技术酶的发酵技术 第8页/共49页 微生物发酵法 产酶微生物产酶微生物 菌种菌种 保藏保藏 机构机构 自然界自然界

2、研究研究 或或 生产生产 机构机构 温泉 森林森林 深海 火山火山 土壤土壤 产酶微生物的来源 第9页/共49页 第10页/共49页 第11页/共49页 第12页/共49页 第13页/共49页 第14页/共49页 第15页/共49页 微生物发酵法 微生物的筛选微生物的筛选 粗筛粗筛 菌种菌种 分离分离 含菌含菌 样品样品 采集采集 产酶产酶 性能性能 微微 生生 物物 优良优良 微生物微生物 诱变诱变 基因工程基因工程 其它方法其它方法 第16页/共49页 微生物发酵法 第17页/共49页 微生物发酵法 第18页/共49页 固体发酵 技术原理 微生物发酵法 第19页/共49页 微生物发酵法 优

3、点 缺点 第20页/共49页 液体发酵 技术原理 微生物发酵法 第21页/共49页 第22页/共49页 第23页/共49页 酶的生物合成受酶的生物合成受基因基因和和代谢物代谢物的双重控制的双重控制 基因基因决定形成酶决定形成酶 分子的化学结构分子的化学结构 代谢物代谢物（酶反应的（酶反应的 底物、产物或类似底物、产物或类似 物）控制和调节酶物）控制和调节酶 的合成的合成 诱变或基因工程诱变或基因工程 来培育优良品种来培育优良品种 工艺调控工艺调控 第24页/共49页 第25页/共49页 第26页/共49页 生长因子生长因子 酶生产时需要供给微生物生长所需的氨基酸、酶生产时需要供给微生物生长所需

4、的氨基酸、 维生素、嘌呤碱和嘧啶碱等生长因子。一般通过加入玉米浆、维生素、嘌呤碱和嘧啶碱等生长因子。一般通过加入玉米浆、 酵母膏、麸皮、米糠，以及豆饼等来提供。例如：添加含有生酵母膏、麸皮、米糠，以及豆饼等来提供。例如：添加含有生 长因子的大豆酒精提取物，可使米曲酶的蛋白酶产量提高长因子的大豆酒精提取物，可使米曲酶的蛋白酶产量提高1.91.9倍倍 。 产酶促进剂产酶促进剂 少量加入之后能显著增加酶产量的物质。少量加入之后能显著增加酶产量的物质。 一般都是酶的一般都是酶的诱导物诱导物或或表面活性剂表面活性剂。例如纤维素能诱导纤维素。例如纤维素能诱导纤维素 酶，吐温酶，吐温8080可提高多种酶的产

5、量。表面活性剂提高酶产量的作可提高多种酶的产量。表面活性剂提高酶产量的作 用机制目前还未完全了解，使用时必须考虑其对微生物是否有用机制目前还未完全了解，使用时必须考虑其对微生物是否有 毒性。生产上提高胞外酶的活力，一般都采用非离子表面活性毒性。生产上提高胞外酶的活力，一般都采用非离子表面活性 剂。剂。 碳源、氮源、无机盐碳源、氮源、无机盐 第27页/共49页 pHpH值的影响及控制值的影响及控制 酶生产的合适酶生产的合适pH pH 通常和酶反应的最适通常和酶反应的最适pHpH值相接近。生成值相接近。生成 碱性蛋白酶的芽孢杆菌宜在碱性环境下培养；生产酸性蛋白酶碱性蛋白酶的芽孢杆菌宜在碱性环境下培

6、养；生产酸性蛋白酶 的青霉和根霉应在酸性环境下培养。的青霉和根霉应在酸性环境下培养。 温度控制温度控制 为了有利于菌体生长和酶的合成，可进行变温生产。例为了有利于菌体生长和酶的合成，可进行变温生产。例 如枯草杆菌如枯草杆菌AS1.398AS1.398进行中性蛋白酶生产时，培养温度从进行中性蛋白酶生产时，培养温度从3131o oC C逐逐 渐升温至渐升温至4040o oC C，然后再降温至，然后再降温至3131o oC C进行培养，产量提高进行培养，产量提高66%66%。 重组重组E. coli一般先一般先 37 ? 1 C培养，加诱导剂后培养，加诱导剂后28 ? 1C产酶。产酶。 第28页/共

7、49页 生长期与产酶的关系生长期与产酶的关系 微生物生长期与产酶有一定的关系，因菌种而异常。如微生物生长期与产酶有一定的关系，因菌种而异常。如 曲霉的蛋白酶当菌体生长进入对数生长期时大量分泌；芽孢杆曲霉的蛋白酶当菌体生长进入对数生长期时大量分泌；芽孢杆 菌的碱性蛋白酶在对数生长期末大量形成芽孢时才生成。菌的碱性蛋白酶在对数生长期末大量形成芽孢时才生成。 通气搅拌的影响通气搅拌的影响 酶生产所用的菌种一般都是需氧微生物，培养时都需要酶生产所用的菌种一般都是需氧微生物，培养时都需要 通气搅拌。一般，通气量少对霉菌的孢子萌发和菌丝生长有利通气搅拌。一般，通气量少对霉菌的孢子萌发和菌丝生长有利 ，对酶

8、生产不利。因此必须根据不同的需要控制不同时期的通，对酶生产不利。因此必须根据不同的需要控制不同时期的通 气量。气量。 第29页/共49页 发酵液预处理发酵液预处理 酶的沉淀或吸附酶的沉淀或吸附 （盐析法、有机溶剂沉淀法（盐析法、有机溶剂沉淀法 或白土或活性氧化铝吸附）或白土或活性氧化铝吸附） 干干 燥燥 （收集沉淀进行干燥磨粉，加入适当的稳定剂、填（收集沉淀进行干燥磨粉，加入适当的稳定剂、填 充剂等制成酶制剂；或在酶液中直接加入适当的稳充剂等制成酶制剂；或在酶液中直接加入适当的稳 定剂、填充剂，直接进行喷雾干燥）定剂、填充剂，直接进行喷雾干燥） 酶的提取：酶的提取： 第30页/共49页 液体酶

9、液体酶 固体酶固体酶 第31页/共49页 酶粒是在大型连续运转的水酶粒是在大型连续运转的水 平混合机内生产出来的。提平混合机内生产出来的。提 取的酶与盐、纤维素及其他取的酶与盐、纤维素及其他 成分混合形成成分混合形成0.5mm0.5mm大小的粒大小的粒 状物。然后用一种聚合体包状物。然后用一种聚合体包 裹，以防止酶尘在使用过程裹，以防止酶尘在使用过程 中可能引起的致敏危险。中可能引起的致敏危险。 造粒对顾客及包含酶的最终造粒对顾客及包含酶的最终 产品来说，都是一种非常有产品来说，都是一种非常有 效和安全的运输固态酶的方效和安全的运输固态酶的方 式。式。 用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。

10、用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。 第32页/共49页 生产废渣实际上是有益于环生产废渣实际上是有益于环 境的。可被用做当地农田的境的。可被用做当地农田的 肥料。肥料。 确保所有的微生物均经灭活确保所有的微生物均经灭活 之后才能从生产车间中运出之后才能从生产车间中运出 。将含硅藻土、培养基和微。将含硅藻土、培养基和微 生物的发酵液经加热及用碳生物的发酵液经加热及用碳 酸钙进行处理。处理后的发酸钙进行处理。处理后的发 酵液废渣最终为可持续性工酵液废渣最终为可持续性工 业解决方案做出了贡献。业解决方案做出了贡献。 即使是生产废渣也是即使是生产废渣也是 有用的；它们可以用有用的；它们可以用 作

11、肥料。作肥料。 将生产废渣用做肥料将生产废渣用做肥料 第33页/共49页 第34页/共49页 第35页/共49页 第36页/共49页 合成型，延续合成型，中期合成合成型，延续合成型，中期合成 型和滞后合成型。型和滞后合成型。 第37页/共49页 第38页/共49页 浓度浓度 时间时间(h) 细胞浓度 酶浓度 细胞浓度 酶浓度 酶浓度 酶浓度 细胞浓度 细胞浓度 A.A.同步合成型同步合成型; ; B.B.延续合成型延续合成型; ; C.C.中期合成型中期合成型; ; D.D.滞后合成型滞后合成型 AB CD 酶生物合成模式酶生物合成模式 第39页/共49页 第40页/共49页 第41页/共49页 利用动植物细胞培养生产各种天然物质，是生利用动植物细胞培养生产各种天然物质，是生 物工程的一个新领域，物工程的一个新领域，2020世纪世纪8080年代以来，利用植年代以来，利用植 物细胞培养生产的有用产物已达物细胞培养生产的有用产物已达100100多种，其中酶制多种，其中酶制 剂有剂有1010多种。多种。 包括糖苷酶