微生物的发酵与产酶过程
酶的生产
限量
<40mg/kg <10mg/kg 3mg/kg 不准含有 <5 ×104 不准含有 不准含有 <100 不准含有 <30
∆
培养基成分
C源：碳素是菌体成分的主要元素，是细胞贮藏物质
和各种代谢物的骨架，还是能量的主要来源。
酶制剂生产上使用的菌种大都是利用有机碳的异养型微生物。 有机碳主要来源：
一是农副产品中如甘薯、麸皮、玉米、米糠等淀粉质原料及 其水解物； 二是野生的如土茯苓、橡子、石蒜等淀粉质资源。 此外，目前研究以石油产品中12-16碳的成分等作碳源.如 以某些嗜石油菌生产蛋白酶、脂酶均已获得成功
产酶促进剂：
于培养基中添加某种少量物质，能显著提高酶 的产率，这类物质叫产酶促进剂。 大体上分为两种： 一是诱导物 二是表面活性剂。如吐温-20的浓度为0.1%时， 能增加许多酶的产量。表面活性剂可能是： （1）增加细胞的通透性； （2）改善氧的传递速度； （3）保护酶活性。通常用非离子型表面活性剂如聚 乙二醇、聚乙烯醇衍生物、植酸类、焦糖、羧甲 基纤维素、苯乙醇等。离子型的表面活性剂对微 生物有害，同时表面活性剂还必须对人、畜无害。
S17，厨房空气中 分离S56，马铃薯 中分离
S114 AS1.357
蛋白酶 L-天门 冬酰胺 酶
目前工业用主要酶的生产菌来源
微生物类 别
菌 名
产生 的酶
葡萄 糖异 构酶 碱性 蛋白 酶 异淀 粉酶
用途
所用菌号分离筛 选来源
D-80,酸泡菜中 分离 209，河南省平 顶山制革晒生皮 场地的土壤中分 离
目前主要商品酶制剂及其来源
葡萄糖氧化酶 半纤维素酶 橙皮苷酶 菊粉酶 脂肪酶 黑曲霉、生机青霉、尼崎青霉 黑曲霉 黑曲霉 假丝酵母、曲霉属 黑曲霉、米曲霉、圆柱状假丝酵母、根 毛霉、无根毛霉、小球菌、类地青霉、 胰脏、山羊舌腺等
第十二章微生物发酵技术
(1)过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温
(2)提炼用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至pH 2，加1/3体积的 醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离，得一次BA提取液。 然后以1.3 % ～ 1.9 %NaHCO3在pH 6.8 ～ 7.1条件下将青 霉素从BA中提取到缓冲液中。再调pH至2.0，将青霉素从 缓冲液再次转入到BA中，方法同上，二次BA提取液。
第一节 微生物发酵概论
一、微生物发酵的概念及发展史
❖ 1857年巴斯德提出著名发酵理论：“一 切发酵过程都是微生物作用的结果。” ❖ 1929年Flemming爵士发现了青霉素，增加一大类新产品-抗生素。 ❖ 20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物-抗生素为主要特征的抗生素工业成为微
生物发酵工业技术的支柱产业。 ❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的 生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵 过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、 产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严 格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
第十二章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
微生物发酵的原理和应用
微生物发酵的原理和应用微生物发酵是指利用微生物在特定条件下生长代谢的过程，使有机物转化成其他物质的生物化学反应。
这种反应具有很高的效率和选择性，并且可以产生多种有用的产品，在生物医学、食品工业和环境保护等领域有着广泛的应用。
一、微生物发酵的原理微生物发酵的原理是通过微生物菌株在适宜的温度、pH值、氧气和营养元素等条件下生长代谢，使有机物发生酵解、发酵、脱氢、转移等反应。
微生物可以利用有机物作为碳源、能量源和电子供体，通过各种代谢途径将有机物转化成代谢产物。
通常情况下，微生物发酵产生的代谢产物可以分为以下几类：1. 酸类：如乳酸、醋酸、丙酮酸等。
2. 酯类：如酯化油、各种乳香等。
3. 酒精和醇类：如乙醇、甘油、丁醇等。
4. 氨基酸和蛋白质：如丝氨酸、赖氨酸、甘氨酸等。
5. 抗生素：如青霉素、链霉素、阿奇霉素等。
二、微生物发酵的应用微生物发酵已经成为目前世界上最重要的产业之一。
其应用领域涵盖了生物制药、食品工业、环境保护、能源等多个方面。
1. 生物制药：微生物可以制造出各种生物制剂，如抗生素、维生素、酶、生物胶体、多肽等，这些制剂被广泛地应用于临床医学、生物工程和医药化学等领域。
2. 食品工业：微生物可以对食品原料进行发酵、陈化、熟化等处理，从而改变食品的味道、质地和保质期，同时还可以合成具有营养保健作用的物质，如酸奶、发酵面包、酱油、味噌等。
3. 环境保护：微生物可以分解有机物、重金属和有机污染物，参与土壤修复和淤泥处理。
同时，微生物还可以产生生物燃料和生物氢气等能源，被广泛地研究和应用。
4. 其他应用：微生物还可以应用于纺织、造纸、日化、农业等领域，如生产生物染料、植物生长调节剂、有机肥料和微生物制种等。
三、微生物发酵的发展趋势随着现代生物技术、计算机技术和新型材料技术的发展，微生物发酵技术正朝着高效化、精确化、智能化和绿色化方向发展。
主要包括以下几个方面：1. 精准创新：通过深入研究微生物遗传信息和代谢途径，开发出更高效、更稳定、更安全的微生物菌株，并打造出具有高产、高营养、低成本等优势的新型生物制剂。
酶工程 第三章酶的发酵生产 第三节发酵工艺条件及控制
第三节 发酵工艺条件及控制
无机元素是通过添加无机盐来提供的，一般采用水溶 性的硫酸盐、磷酸盐或盐酸盐等。有时也使用硝酸盐，在 提供无机氮的同时，提供无机元素。
4．生长因素 生长因素是指细胞生长繁殖所必不可缺的微量有机化 合物主要包括各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素，以及动 植物生长激素等。各种氨基酸是蛋白质和酶的组分；嘌呤 和嘧啶是核酸和某些辅酶的组分；维生素主要起辅酶作用； 动植物生长激素则分别对动物细胞和植物细胞的生长、分 裂起调节作用。有的细胞能够自己合成各种生长因素，而 有的细胞则缺少合成一种或多种生长因素的能力，需由外 界供给，才能正常生长繁殖，这样的细胞称为营养缺陷型。
第三节 发酵工艺条件及控制
在酶的发酵生产中，通常在培养基中加进玉米浆、酵 母膏等，以提供各种必需的生长因素。有时，也加进纯化 的生长因素，以供细胞生长繁殖之需。
现举例几种酶发酵培养基： （1）枯草杆菌BF7658α—淀粉酶发酵培养基：玉米粉 8%，豆饼粉4%，磷酸氢二钠0.8%，硫酸铵0.4%，氧化钙 0.2%，氯化铵0.15%。 （2）枯草杆菌AS1.398中性蛋白酶发酵培养基：玉米 粉4%，豆饼粉3%，麸皮3.2%，米糠1%，磷酸氢二钠0.4%， 磷酸二氢钾0.03%。 （3）黑曲霉糖化发酵培养基：玉米粉10%，豆饼粉4%， 麸皮1%（PH4.4—5.0）。
第三节 发酵工艺条件及控制
不同细胞生长繁殖的最适PH有所不同。一般细胞和放 线菌的生长最适PH为中性或微碱性（PH6.5—8.0）；霉菌 和酵母的生长最适PH为偏酸性（PH4.0—6.0）；植物细胞 生长的最适PH为5—6。
酶的生产方法介绍
酶的⽣产⽅法介绍
酶的⽣产是指经过预先设计，并且通过⼈⼯控制⽽获得所需要酶的过程。
概括地说，酶的⽣产⽅法有提取法、发酵法和化学合成法三种。
(⼀)提取法
提取法是最早采⽤并且⼀直沿⽤⾄今的⼀种⽅法。
提取法采⽤各种技术，直接从动植物或微⽣物的细胞或组织中将酶提取出来。
提取法虽简单易⾏，但必须要有充⾜的原材料，这就使提取法的⼴泛应⽤受到了限制。
但是，在动植物或微⽣物资源丰富的地区，提取法仍然具有应⽤价值。
例如，在屠宰⼚，可从家畜胰脏中提取胰酶；在⽔果加⼯⼚，可从菠萝⽪中提取菠萝蛋⽩酶。
(⼆)发酵法
发酵法是20世纪50年代以来⽣产酶的主要⽅法。
发酵法主要通过微⽣物发酵来获得⼈们所需要的酶。
发酵法⼀般包括固体发酵、液体深层发酵、固定化细胞发酵和原⽣质体发酵等多种⽅式。
(三)化学合成法
化学合成法是20世纪60年代末出现的⼀种⽣产酶的技术。
1969年，美国科学家⾸次采⽤化学合成的⽅法获得了含有124个氨基酸的核糖核酸酶。
但是，化学合成法的成本⽐较⾼，并且只能合成那些已知化学结构的酶。
所以，化学合成法⽬前仍然停留在实验室内合成的阶段。
第三章酶的生产
2023年5月15日星期一
第三章 酶的生产制备
酶的生产方式
1.提取法: 植物、动物、微生物
2.化学合成法
生物合成法： 利用植物、动物、微生物细胞合成。 上个世纪50年代起利用微生物生产酶
。 1949年细菌发酵生产淀粉酶
上个世纪70年代以来利用植物细胞和 动物细胞培养技术生产酶。
木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶和木瓜 凝乳蛋白酶 人黑色素瘤细胞培养生 产血纤维蛋白溶酶原激活剂
34
2.生长偶联型中的特殊形式——中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生 长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。 特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
所对应的mRNA是不稳定的。
枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 35
3.部分生长偶联型（又称延续合成型）
酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入 平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。 特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。
所对应的mRNA相当稳定。
黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线 36
4. 非生长偶联型（又称滞后合成型）
只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并 大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。 特点：受分解代谢物的阻遏作用。
所对应的mRNA稳定性高。
黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 37
总结：影响酶生物合成模式的主要因素
②发酵代谢调节：理想诱导物的添加，解除 反馈阻遏和分解代谢物阻遏（难利用的碳 氮源的使用，补料发酵）。
③降低产酶温度。
二、细胞生长动力学
微生物细胞生长的动力学方程：
Monod方程：
S－限制性基质浓度； μm—最大比生长速率； Ks —Monod常数
酵母生产工艺
酵母生产工艺酵母是一种单细胞真菌，广泛应用于食品工业、酿酒业和生物医药等领域。
酵母的生产工艺是指通过人工方法培养和繁殖酵母菌，以获得高产酵母产品的过程。
本文将介绍酵母生产工艺的基本流程和关键技术。
一、酵母菌的培养与筛选酵母菌的培养是酵母生产工艺的第一步。
通常采用液体培养基或固体培养基来培养酵母菌。
液体培养基中含有碳源、氮源、矿物盐和微量元素等营养物质，为酵母菌提供生长所需的养分。
固体培养基则是在液体培养基中加入一定量的琼脂或明胶等凝胶剂，使其凝固成为固体状态，以方便酵母菌的分离和筛选。
在培养过程中，酵母菌需要在适宜的温度、pH值和氧气条件下进行生长和繁殖。
温度过高或过低都会抑制酵母菌的生长，pH值的变化也会对酵母菌的生长产生影响。
此外，氧气对酵母菌的生长和代谢也有重要作用，适量的氧气可以提高酵母菌的产酶能力和细胞生长速率。
在培养过程中，可以通过一系列的筛选方法来选择出具有良好性状的酵母菌株。
常用的筛选方法包括抗生素筛选、色素筛选、产酶筛选等。
通过这些筛选方法，可以获得具有高产酵母产品能力的酵母菌株，为后续的工艺提供基础。
二、酵母的发酵工艺酵母的发酵工艺是酵母生产工艺的核心环节。
发酵是指在适宜的条件下，利用酵母菌进行代谢反应，产生所需的产物。
在酵母发酵工艺中，最重要的是控制发酵条件，包括温度、pH值、氧气供应和培养基成分等。
温度是控制酵母发酵速率的重要因素，不同的酵母菌株对温度的要求也有所不同。
pH值的变化会影响酵母菌的代谢产物和酶活性，适宜的pH值可以提高发酵产物的质量和产量。
氧气供应是影响酵母发酵效果的关键因素，适量的氧气可以提高酵母代谢的效率和产酶能力。
培养基成分的合理配比也是确保酵母发酵效果的重要条件。
在发酵过程中，酵母菌会产生大量的二氧化碳和酒精等产物。
为了保证发酵过程的顺利进行，需要采取相应的措施来控制二氧化碳的排放和酒精的积累。
常用的方法包括增加通气量、控制发酵温度和调整培养基成分等。
2003 7 微生物生理学- 产能 - 发酵类型
实质：丙酮酸的进一步转化。 微生物代谢的特点（与其他高等生物相比） ◎ 代谢产物类型多； ◎ 发酵类型多。 据葡萄糖发酵产物不同可将发酵分为不同类型 ◎酵母菌：乙醇发酵，甘油发酵； ◎细菌：乳酸发酵，丁酸发酵， 丙酮发酵，丁醇发酵， 琥珀酸发酵，混合酸发酵等
乙醇发酵
多种微生物可以发酵葡萄糖产生乙醇。酵母菌的 乙醇发酵（厌氧条件下，酵母菌将糖转化为酒精并 放出CO2的过程）是一种应用与研究最早、发酵机
关键酶：铁氧化还原酶；
能量：1G→丁酸发酵→ 1丁酸+3ATP；
转化：丁酸发酵→丙酮、丁醇发酵；
丁酸发酵过程中，当pH降低至pH= 4.5时， 丁酸发酵转化为丙酮、丁醇发酵。
葡萄糖
2NAD
+
2Pi 1 2ADP 2ATP
丁酸 Pi CoA 9 乙酰CoA
乙酰磷酸 ADP 乙酸 10 ATP 8
丙酸发酵： 琥珀酸-丙酸途径 丙酸细菌细胞中进行 产物：丙酸
L-乳酸
2
2-羟丙酰C oA
1
3 D-乳酸 丙烯酰CoA 5 2H 丙酮酸 CoA 6 CO 2 2H 丙酰 CoA 2 4
丙酸发酵： 丙烯酸途径 丙酸细菌细胞中进行 产物：丙酸，乙酸
CoA
乙酰 CoA P 7 ADP CoA
乙酸
ATP
2NADH
2 丙酮酸 2Fd
2H2
3 2FdH 2
丁酰CoA
丁酸发酵： 丁酸细菌， 专性厌氧
NAD
+
2 2 3丁烯酰CoA H2 O
2 乙酰CoA
CoA
4
6
乙酰乙酰CoA 5 L(+ )－ β －羟丁酰CoA
NADH
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
通过基因工程技术，可以对微生物的基因进行改造，增加产酶能力。
2. 发酵条件的优化
发酵过程的条件优化是提高产酶效率和产物质量的重要手段。
例如，调节发酵温度、pH值、氧气供应等条件可以提高产酶效率，并优化产
品特性。
3. 新型酶类的开发与应用
随着对微生物发酵和产酶机理的深入研究，有望发现和利用更多新型的酶类。
这些新型酶类可以满足不同领域对酶类的需求，如工业生产、环境修复等。
总结起来，微生物的发酵与产酶过程是一种重要的生物技术，广泛应用于食品工业、药品制造和环境保护等领域。
随着科学技术的不断发展，微生物发酵与产酶技术有着广阔的发展前景。
通过优化发酵条件、改造菌株和开发新型酶类，可以提高产酶效率，并为各行各业带来更多的应用和利益。