微生物产酶
第二章 微生物发酵产酶
曲霉、欧文氏菌 啤酒酵母、假丝酵母
水勇果于加工开，始果，汁、才果能酒找澄到清，成麻类纤维脱胶
功的路
制造转化糖
凝乳酶
米赫毛霉、大肠杆菌和真菌生产的重组酶 制造乳酪
脂肪酶 葡萄糖氧化酶 葡萄糖异构酶 青霉素酰化酶
曲霉、根霉、酵母等 青霉、曲霉 凝结芽胞杆菌，白色链霉菌 细菌、霉菌、放线菌
加酶洗涤剂，油脂加工，生物化工 食品去氧、除葡萄糖，测定葡萄糖 生产果葡糖浆 制造6-氨基青霉烷酸
第三节 发酵工艺条件及控制
工艺流程
原生质体 固定化原生质体
培养基
保藏细胞 细胞活化 扩大培养
发酵 分离纯化
酶
固定化细胞
预培养 无菌空气
一、细胞活化与扩大培养
1、生产菌种的来源
（1）购买或筛选
向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株。 中国工业微生物菌种保藏中心（CICC）； 中国典型培养物保藏中心（CCTCC，又称武大保藏中心）
一、产酶菌种的要求
1、发酵周期短，产量高； 2、容易培养和管理； 3、产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染； 4、利于酶的分离纯化； 5、安全可靠，无毒性。（非致病菌）。
二、产酶微生物
菌种是发酵生产酶的重要条件。已经在自然界中 发现的酶有数千种，目前投入工业发酵生产的酶约有 50～60种。它们的生产菌种十分广泛，包括细菌、放 线菌、酵母菌、霉菌。
工业规模应用的微生物酶和它们的某些来源
酶
α-淀粉酶
葡萄糖淀粉酶 中性蛋白酶 碱性蛋白酶
植酸酶
产酶微生物 枯草芽胞杆菌， 地衣芽胞 杆菌， 米曲霉
米曲霉，黑曲霉，米根霉 枯草芽胞杆菌，米曲霉
地衣芽胞杆菌 黑曲霉，毕赤酵母工程菌株
酶工程2-2 常用的产酶微生物
3. 红曲霉(Monascus)
• 红曲霉: 菌落初期白色, 老熟后变为淡粉色、紫 红色或灰黑色,通常形成红色色素。菌丝具有隔膜, 多核, 分支甚繁。分生孢子着生在菌丝及其分支 的顶端, 单生或成链, 闭囊壳球形, 有柄, 其内 散生10 多个子囊, 子囊球形, 内含8 个子囊孢子, 成熟后子囊壁解体, 孢子则留在闭囊壳内。
细 菌
1. 大肠杆菌( Escherichia coli)
• 形态：呈杆状, 有的近似球状, 大小为0. 5μm ×1～3 μm , 一般无荚膜, 无芽孢, 运动或不运动, 运动者周生鞭毛。菌 落从白色到黄白色, 光滑闪光, 扩展。
• 革兰氏染色阴性。 • 产生的酶一般都属于胞内酶, 需要经过细胞破碎才能分离 得到。 • 采用大肠杆菌生产的限制性核酸内切酶、D N A 聚合酶、 D N A 连接酶、核酸外切酶等, 在基因工程等方面广泛应 用。
• 枯草杆菌是应用最广泛的产酶微生物, 可以用于生产α-淀 粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、5′-核苷酸酶和碱性磷酸酶 等。 例如,枯草杆菌BF7658 是国内用于生产α-淀粉酶的 主要菌株;枯草杆菌AS1.398用于生产中性蛋白酶和碱性磷酸 酶。 • 枯草杆菌生产的α-淀粉酶和蛋白酶等都是胞外酶, 而其产 生的碱性磷酸酶存在于细胞间质之中。
霉 菌
1. 黑曲霉( Aspergillus niger)
• 是曲霉属黑曲霉群霉菌。
• 菌丝体由具有横隔的分支菌丝构成, 菌丛黑褐色, 顶囊大球形, 小梗双层, 分生孢子球形, 平滑或 粗糙。 • 黑曲酶可用于生产多种酶, 有胞外酶也有胞内酶。 例如, 糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白酶、果胶酶、 葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核糖核酸酶、脂肪 酶、纤维素酶、橙皮苷酶和柚苷酶等。
酶工程第二章微生物发酵产酶
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参与白酒生产中的微生物
1.霉菌
白酒生产常见的霉菌菌种：曲霉、根霉、念珠霉、青
霉、链孢霉等。
2.酵母菌
常见的酵母菌菌种：酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母
采用固态配醅发酵，发酵物料的含水量较低，常 控制在55%～65%；
在较低温度下边糖化边发酵，保证酶和酵母的活 性，有利于香味物质的形成和累积；
多种微生物混合发酵，保证有益微生物正常生长 繁殖和发酵代谢；
固态甑桶蒸馏提取成品酒。大曲酒酿造分为清渣 法和续渣法两种。
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大曲分类（按微生物来源）
传统大曲，菌种来源于大自然。 强化大曲，人工接入某些特殊菌种，使大曲在
糖化力、发酵力或产香方面更加突出。 纯种大曲，采用多菌纯种培养大曲，该大曲出
酒率高，是今后发展方向。
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大曲分类（按制曲温度分）
高温大曲，培养制曲的最高温度在60℃以上，酱 香型和部分浓香型大曲酒，采用此大曲。
用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某 些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。 例如：葡萄糖阻遏 – 半乳糖苷酶的生物合成。
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转录水平的调节——操纵子学说
转录水平的调节机制 2、酶生物合成的诱导作用 加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行
的现象，成为酶生物合成的诱导作用，简称为 诱导作用。 如：乳糖诱导分解乳糖相关酶的产生。
第二章 微生物发酵产酶
微生物工厂产酶工艺优化
微生物工厂产酶工艺优化随着科技的不断进步，微生物工厂成为产酶工艺的一种热门选择。
微生物工厂利用微生物表达系统，通过基因工程技术将目标酶基因导入到微生物体内，从而实现大规模、高效率的酶产量。
然而，要实现最佳的产酶效果，需要进行工艺优化。
本文将讨论微生物工厂产酶工艺优化的重要性及其相关策略。
首先，微生物工厂产酶工艺优化的重要性不容忽视。
酶是生物催化剂，具有高效、特异性和环境友好等特点，在工业生产中具有广泛应用前景。
然而，要实现高酶产量，需要解决许多技术难题，如酶基因的选取、酶基因的表达、酶活性的提高等。
这些难题需要通过工艺优化来解决。
在微生物工厂产酶工艺优化过程中，选择适合的酶基因是关键。
首先需要对目标酶进行全面的了解，包括其催化机理、底物特异性和产物选择性等。
在此基础上，可以通过遗传工程技术对酶基因进行优化。
例如，可以通过基因重组技术将酶基因导入到高产酶的微生物中，并利用转化技术将酶基因稳定地整合到微生物细胞的染色体上。
此外，还可以通过定向进化和重要位点突变等手段对酶基因进行改造，从而提高酶的催化活性和稳定性。
其次，在微生物工厂产酶工艺优化中，酶基因的表达也是一个重要的环节。
合适的表达宿主和表达载体选择对酶产量起着重要影响。
在表达宿主选择上，需要综合考虑酶的催化条件和宿主微生物的生长条件。
一方面，宿主微生物应具有较高的生长速率和较低的代谢负担，以保证酶能够高效表达。
另一方面，宿主微生物的代谢途径和分子机制应与酶的催化途径相适应，以提高酶的催化效率。
在表达载体选择上，应选择合适的载体类型和表达启动子。
载体类型可以选择质粒型或整合型，具体选择取决于酶的功能和产量要求。
质粒型载体具有较高的转化效率和较高的酶产量，适用于小规模生产。
整合型载体具有良好的稳定性和较高的酶产量，适用于大规模生产。
而表达启动子的选择直接影响酶基因的表达水平。
常见的表达启动子有强启动子和可诱导启动子两种。
对于产酶工艺，一般选择具有强启动子的表达载体，以保证高酶产量。
酶工程微生物发酵产酶
2、控制阻遏物浓度 微生物酶的生产受到代谢末端产物的阻遏和分解代谢物阻遏的调节。为避免分解代谢物的阻遏作用，可采用难于利用的碳源，或采用分次添加碳源的方法使培养基中的碳源保持在不致于引起分解代谢物阻遏的浓度。
3、添加表面活性剂 在发酵生产中，非离子型的表面活性剂常被用作产酶促进剂，但它的作用机理尚未搞清；可能是由于它的作用改变了细胞的通透性，使更多的酶从细胞内透过细胞膜泄漏出来，从而打破了胞内酶合成的反馈平衡，提高了酶的产量。此外，有些表面活性剂对酶分子有一定的稳定作用，可以提高酶的活力，例如在霉菌的发酵生产中添加 1%的吐温可使纤维素酶的产量提高几倍到几十倍。
第三节 发酵工艺条件及其控制
保藏细胞 ↓ 细胞活化 ↓ 原生质体←细胞扩大培养→固定化细胞 ↓ ↓ ↓ 固定化原生质体 →发酵 预培养 ↓ 培养基 分离纯化 无菌空气 ↓ 酶
六、提高酶产量的措施 1、添加诱导物 对于诱导酶的发酵生产，在发酵培养基中添加诱导物能使酶的产量显著增加。一般可分为三类： ①酶的作用底物，例如乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的生成，青霉素是青霉素酚化酶的诱导物。 ②酶的反应产物，例如纤维素二糖可诱导纤维素酶的产生。 ③酶的底物类似物，例如异丙基-ß-D-硫代半乳糖苷（IPTG）对ß-半乳糖苷酶的诱导效果比乳糖高几百倍。其中使用最广泛的诱导物是不参与代谢的底物类似物。
5、高产菌株的选育 目前，优良菌种的获得一般有三条途径：一是从自然界分离筛选；二是用物理或化学方法处理、诱变；三是用基因重组或细胞融合技术。
5、常用的产酶微生物
（1）细菌 大肠杆菌：应用最广泛的产酶菌因为其遗传背景清楚而广泛应用于遗传工程改造微生物的宿主，被改造成表达优良性状的“工程菌”。大肠杆菌可生产多种酶，如，谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、β-半乳糖苷酶、限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、核酸外切酶等。 枯草杆菌：用途很广，可用于生产α-淀粉酶、蛋白酶、β-葡聚糖酶、碱性磷酸酶等。 （2）放线菌 链霉菌：； ②作为酶活性基的组成部分或维持酶的活性； ③调节渗透压、pH值、氧化还原电位等； ④作为自养菌的能源。 当盐浓度太高时，对微生物生长有抑制作用，而在较低浓度时却能刺激生长。 在微生物的发酵生产中，应特别注意有些金属离子是酶的组成成分，如钙离子是淀粉酶的成分之一，也是芽孢形成所必需的。
酶工程--酶的微生物发酵生产 ppt课件
酶发酵生产的一般工艺流程图
保藏菌种
试管斜面培养（活化）
摇瓶扩大培养
种子罐培养 培养基 发酵罐
分离纯化 酶
无菌空气
二、酶生产菌种 （一）产酶菌种的要求
（1）产酶量高； （2）繁殖快，发酵周期短；
（3）产酶稳定性好，不易退化，不易被感染；
（4）能够利用廉价原料，容易培养和管理； （5）安全性可靠，非致病菌。
液体培养基，经灭菌、冷却后，接入产酶细胞，在一定条件 下发酵。
2、固体培养发酵
培养基以麸皮、米糠等为主要原料，经灭菌后，接入产酶菌 株，在一定条件下发酵。
3、固定化细胞发酵（70年代后期发展）
将细胞固定在载体上后，进行发酵生产。
4、固定化原生质体发酵（80年代中期发展）
原生质体是指除去了细胞壁的微生物细胞或植物细胞。
酶合成的基因调控类型：诱导和阻遏
1、酶合成的诱导作用
加进某些物质，使酶的生物合成开始或加速的现象，称为 诱导作用。 诱导物一般是酶催化作用的底物或其底物类似物。 例：乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的合成 淀粉诱导a-淀粉酶的合成
2、酶合成的阻遏 （1）终产物阻遏
指酶催化反应的产物或代谢途 径的末端产物使该酶的生物合成受 到阻遏的现象。
二、应用微生物来开发酶的优点 1、微生物种类多，酶种丰富； 2、微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶； 3、微生物培养基来源广泛，价格便宜； 4、可采用微电脑等新技术，控制酶发酵生产过程； 5、可利用以基因工程为主的近代分子生物学技术选 育菌种，增加酶的产率和开发新酶种。
三、酶发酵生产的类型 1、液体深层发酵：
第二节 酶生物合成的基本理论
一、酶生物合成的过程
DNA
转录
RNA
微生物的发酵与产酶过程
微生物的发酵与产酶过程微生物的发酵与产酶过程是一种重要的生物技术，在食品工业、药品制造以及环境保护等领域扮演着重要角色。
微生物发酵通过利用微生物的代谢作用，将有机废弃物转变为有用的化合物，产酶则是指微生物在发酵过程中产生并分泌的特定酶类。
本文将从微生物发酵和产酶的定义、发酵与产酶的应用以及发酵与产酶的前景等方面来探讨微生物的发酵与产酶过程。
一、微生物发酵和产酶的定义微生物发酵是指在合适的条件下，利用微生物的代谢活动，通过控制发酵过程，获得所需产物的一种生物技术。
微生物发酵一般分为液态发酵和固态发酵两种形式。
液态发酵常用于大规模工业生产，而固态发酵则更适用于小规模生产和特定产品的制备。
产酶是微生物在发酵过程中分泌的特定酶类，这些酶能够催化特定底物的转化反应。
产酶的种类很多，包括脂肪酶、蛋白酶、纤维素酶等。
这些酶在医药、食品、化工等行业中具有重要的应用价值。
二、发酵与产酶的应用1. 食品工业中的应用微生物发酵在食品工业中被广泛应用。
例如，嗜酸乳杆菌可以发酵牛奶，制成酸奶。
酸奶中的乳酸菌有助于改善肠道菌群，增强人体免疫能力。
此外，假丝酵母菌的发酵可以产生酵母、面包、啤酒等食品。
2. 药品制造中的应用微生物发酵在药品制造中也起到重要的作用。
通过微生物发酵，可以产生多种药用物质，如抗生素、肽类药物等。
其中，青霉素是一种广泛应用的抗生素，通过青霉菌的发酵生产得到。
3. 环境保护中的应用微生物发酵还可以应用于环境保护领域。
例如，利用微生物发酵处理有机废弃物，可以将废物转化为有机肥料或生物柴油。
这种方法不仅能减少废弃物对环境的污染，还能获得可再利用的资源。
三、发酵与产酶的前景微生物的发酵与产酶技术在许多领域都显示出广阔的应用前景。
随着科学技术的不断发展，微生物的发酵与产酶技术也在不断创新和改进。
以下是展望微生物发酵与产酶技术的几个发展方向。
1. 高效产酶菌株的筛选与改造在微生物发酵过程中，寻找和改造高产酶菌株是提高产酶效率的关键。
微生物易产生的酶
微生物易产生的酶微生物是一类微小的生物体，它们广泛存在于自然界的各个环境中，包括土壤、水体、空气等。
微生物具有多样的代谢能力，其中一种重要的代谢特征就是它们能够产生各种各样的酶。
酶是一类生物催化剂，能够加速化学反应的进行，广泛应用于工业、医药和食品等领域。
本文将介绍微生物易产生的酶及其应用。
1. 葡萄糖氧化酶：葡萄糖氧化酶是一种常见的酶类，在微生物中广泛存在。
它能够催化葡萄糖的氧化反应，将葡萄糖转化为葡萄糖酸。
葡萄糖氧化酶的应用非常广泛，包括血糖检测、食品加工和生物能源等领域。
2. 淀粉酶：淀粉酶是一类能够将淀粉分解为糖类的酶。
微生物中的许多菌种都能够产生淀粉酶，如曲霉、酵母等。
淀粉酶在食品加工和饲料工业中有着广泛的应用，可以提高淀粉的利用率，改善产品的质量。
3. 蛋白酶：蛋白酶是一类能够降解蛋白质的酶。
微生物中的许多菌种都能够产生蛋白酶，如细菌、真菌等。
蛋白酶在食品加工、皮革工业和生物清洁剂等领域有着重要的应用，可以降解蛋白质废物，提高资源利用效率。
4. 混合酶：混合酶是由多种不同酶组合而成的复合酶。
微生物中的一些菌种能够产生混合酶，如厌氧菌、乳酸菌等。
混合酶具有多种催化作用，可以同时催化多个底物的反应，广泛应用于制药、生物燃料和环境工程等领域。
5. 脂肪酶：脂肪酶是一类能够催化脂肪的水解反应的酶。
微生物中的一些菌种能够产生脂肪酶，如假单胞菌、放线菌等。
脂肪酶在食品加工、洗涤剂和生物柴油等领域有着广泛的应用，可以降解脂肪废物，提高资源的利用效率。
6. 纤维素酶：纤维素酶是一类能够降解纤维素的酶。
微生物中的一些菌种能够产生纤维素酶，如木霉菌、链霉菌等。
纤维素酶在纸浆工业、饲料工业和生物能源等领域有着重要的应用，可以提高纤维素的降解效率，减少生产过程中的能耗。
7. 脱氢酶：脱氢酶是一类能够催化氧化还原反应的酶。
微生物中的一些菌种能够产生脱氢酶，如青霉菌、乙酸菌等。
脱氢酶在生物合成、药物代谢和环境修复等领域有着广泛的应用，可以催化多种底物的氧化还原反应，合成目标产物或降解有害物质。