酶工程题

第一章绪论

重点并提问的内容

?1、解释酶工程、酶转换数、酶的改性？

答：酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程。

?2、根据起催化作用的主要组分不同，酶的分类如何？

?3、酶工程主要研究内容？

酶工程的主要内容包括：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取与分离纯化，酶分子修饰，酶、细胞、原生质体固定化、酶的非水相催化、酶定向进化、酶反应器和酶的应用等。

?4、简述影响酶催化作用的主要因素？

?5、酶催化作用的特点？

6、酶的专一性包括哪些？

1、酶活力、酶比活力、酶转换数是什么量度指标？

2、可逆性抑制作用中动力学参数都如何变化？

3、蛋白类酶和核酸类酶可继续如何分类？

4、酶活力单位如何定义？

5、试述酶活力测定的基本过程？

6、试述木瓜蛋白酶的生产方法？

答：木瓜蛋白酶可以采用提取分离法、基因工程菌发酵法、植物细胞培养法等多种方法进行生产。

(1)提取分离法：从木瓜的果皮中获得木瓜乳汁，通过各种分离纯化技术获得木瓜蛋白酶。

(2)发酵法：通过DNA重组技术将木瓜蛋白酶的基因克隆到大肠杆菌等微生物中，获得基因工程菌，在通过基因工程菌发酵获得木瓜蛋白酶。

(3)植物细胞培养法：通过愈伤组织诱导获得木瓜细胞，在通过植物细胞培养获得木瓜蛋白酶。

?答：1、提取分离法2、生物合成法：（1）微生物发酵产酶（2）植物细胞培养产酶（3）动物细胞培养产酶3、化学合成法

第二章微生物发酵产酶

1、解释酶的发酵生产、酶的诱导、酶的反馈阻遏(产物阻遏)、分解代谢物阻遏。诱导物的种类？

2、微生物产酶模式几种？特点？最理想的合成模式是什么？

（1）同步合成型特点：1、发酵开始，细胞生长，酶也开始合成，说明不受分解代谢物和终产物阻遏。2、生长至平衡期后，酶浓度不再增长，说明mRNA很不稳定。

（2）延续合成型特点：1、该类酶不受分解代谢产物阻遏和终产物阻遏。2、该酶对应的mRNA是相当稳定的。

（3）中期合成型特点：1、该类酶的合成受分解代谢物阻遏和终产物阻遏。2、该酶对应的mRNA 不稳定。

（4）滞后合成型特点：1、该类酶受分解代谢物阻遏和终产物阻遏作用的影响，阻遏解除后，酶才大量合成。2、该酶对应的mRNA稳定性高。

最理想的合成模式是延续合成型

3、可以添加什么解除分解代谢物阻遏？表面活性剂的作用？

4、根据微生物培养方式不同，酶的发酵生产有几种类型？哪种是目前酶发酵生产的主要方式？按酶生

物合成的速度把细胞中的酶分几类？酶的生物合成在转录水平的调节主要有哪三种模式？微生物细胞生长过程一般分为几个阶段？

5、为什么属于滞后合成型的酶要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成？

6、简述微生物发酵产酶过程中工艺条件的控制？

(提示: 从pH、温度、溶解氧三方面论述)

7、在酶的发酵生产过程中，为了提高酶的产率，可以采取哪些措施？

答: 在酶的发酵生产过程中，要使酶产率提高，必需采取一系列的措施，主要有：

(1)使用优良的产酶细胞：通过筛选、诱变、原生质体融合、基因重组、定向进化等手段，获得生长快、

(2)使用优良的发酵生产设备：通过精心设计或者选择使用高产、低耗的发酵罐等发酵生产设备。

(3)采用先进的分离纯化技术和设备：采用操作简便、收得率高的分离纯化技术和设备，已达到高产丰收的效果。

(4)控制好工艺条件：在发酵过程中，要根据菌种特性，确定培养基和发酵工艺条件，进行工艺优化，并根据需要和变化的情况及时加以调节控制。

(5)此外还可以采取某些行之有效的措施，诸如添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂等。8、从如下实验方法和结果分析酶生物合成的调节作用。

实验方法：将大肠杆菌细胞接种于营养肉汤培养中，于37℃振荡培养，当OD550达到0.3左右时，将培养液分装到4个小三角瓶中，每瓶17mL培养液。于4个三角瓶中分别添加(A)3mL无菌水; (B)1mL 乳糖溶液(0.1mol/L)和2mL无菌水; (C)1mL乳糖溶液(0.1mol/L) 、1mL葡萄糖溶液(0.1mol/L)和1mL无菌水; (D)1mL乳糖溶液(0.1mol/L) 、1mL葡萄糖溶液(0.1mol/L)和1mLcAMP钠盐溶液(0.1mol/L)。然后在相同的条件下于37℃振荡培养2h，分别取样测定β-半乳糖苷酶的活力。

实验结果：(A)瓶和(C)瓶样品的β-半乳糖苷酶活力为0，(B)瓶和(D)瓶样品的β-半乳糖苷酶活力达到1000U/mL左右。

答：从实验方法和结果可以进行下列分析，并得出如下结论：

(1)(A)号瓶为对照，只加入无菌水，结果没有β-半乳糖苷酶产生，表明β-半乳糖苷酶不是组成酶，而是诱导酶。

(2)(B)号瓶加入了半乳糖，结果在2h内β-半乳糖苷酶大量合成，表明乳糖是β-半乳糖苷酶的诱导剂。

(3)(C)号瓶与(B)号瓶相比，在含有乳糖的基础上增加了葡萄糖，结果也没有β-半乳糖苷酶产生，表明β-半乳糖苷酶的合成受到葡萄糖的阻遏作用，由于葡萄糖是一种容易利用的碳源，其对β-半乳糖苷酶的阻遏作用属于分解代谢物阻遏作用。

(4)(D)号瓶与(C)号瓶相比，增加了cAMP，结果β-半乳糖苷酶又大量合成，表明cAMP可以使分解代谢物阻遏作用解除。

1、解释发酵动力学、莫诺德常数KS、比生长速率μ、稀释率D、生长得率系数YX/S、产物得率系数YP/S？

2、试述酶发酵动力学的主要内容？

第三章动植物细胞培养产酶

此节课重点内容

1、解释超氧化物歧化酶、纤溶酶原激活剂

2、植物细胞培养、动物细胞培养主要用来获得哪些产物？

3、动物细胞培养的方式？

4、举例说明植物细胞培养产酶的工艺过程？

5、举例说明动物细胞培养产酶的工艺过程？

6、从外植体获取植物细胞的方法主要有哪些？

7、动物细胞培养的培养基有哪些？

8、动物细胞培养中常有哪种指示剂监测pH？

第四章酶的提取与分离纯化

1、解释细胞破碎、酶的提取、沉淀分离

2、细胞破碎的主要方法？各包括哪些具体方法？

3、酶的提取主要方法？

4、简述酶沉淀分离的主要方法及原理？

5、酶促破碎法破碎细胞壁时，不同细胞常采用哪些具体的酶？

6、按照离心机最大转数不同如何分类？

1、解释凝胶层析、亲和层析、膜分离技术。

2、结晶的主要方法？

3、根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，过滤分为？根据推动力不同膜分离分为？

4、常用的萃取方法有？

5、按照凝胶的组成系统不同，聚丙烯酰胺凝胶电泳可以分为？

6、凝胶层析的洗脱中先流出的是？

7、超临界流体能够用于物质分离主要原因？

8、在等电点聚焦电泳系统中，形成pH梯度的主要原因？

9、简述双水相萃取的概念与特点？

10、为什么SDS-凝胶电泳会不受蛋白质分子所带电荷及分子形状的影响？

11、酶干燥的方法？

第五章酶分子的修饰

1、解释酶分子修饰、定点突变、酶的物理修饰。

答：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。

2、酶的分子修饰方法有哪些？（只写蛋白类酶）

3、酶分子修饰的作用？

4、氨基酸置换修饰的方法？哪种方法常用？

第六章酶的固定化

固定化酶: 固定在水不溶性载体上并在一定空间范围内进行催化反应的酶。

优点：1不溶于水，易于与产物分离；2可反复使用；3可连续化生产；稳定性好。

缺点：固定化过程中往往会引起酶的失活或活性下降，包埋法适于催化小分子物质。

固定化细胞:固定在载体上并在一定空间范围内进行生命活动（生长、繁殖、新陈代谢）的细胞。

(3) 细胞内酶的辅因子可以自动再生；

缺点：(1)细胞内多种酶的存在，会形成不需要的副产物。(2)细胞膜、细胞壁和载体都存在着扩散限制作用。(3)只能用于生产能够分泌到细胞外的产物。

固定化原生质体:固定在载体上并在一定的空间范围内进行新陈代谢的原生质体成为固定化原生质体。

优点：固定化原生质体去除了细胞壁的扩散障碍，有利于氧的传递，营养成分的吸收和胞内产物的分泌。缺点：(1)细胞不完整，不能增殖；(2)发酵液中需要添加渗透压稳定剂，防止原生质体破裂；(3)发酵液中需添加青霉素等物质，抑制细胞壁再生。

1969年，日本的千畑一郎首次在工业上生产应用固定化氨基酰化酶从DL-氨基酸连续生产L-氨基酸，实现了酶应用史上的一大变革。固定化酶最早在工业应用成功的例子。

吸附法:优点操作简便，条件温和，不会引起酶变性失活，载体廉价易得，而且可反复使用。

缺点:由于靠物理吸附作用，结合力较弱，酶与载体结合不牢固而容易脱落，所以使用受到一定的限制。

包埋法是目前应用最多的一种较理想的方法，与其它固定化方法相比：

优点：反应条件温和、很少改变酶结构、又较牢固的固定化方法。

缺点：只适合作用于小分子底物和产物的酶。

离子键结合法：

优点：条件温和，活力损失小，操作简单。

缺点：与载体结合力弱，易脱落。

共价键结合法：

优点：与载体结合牢固。

缺点：载体活化复杂，共价结合可能影响酶活性。

交联法：

优点：与载体结合牢固

缺点：(1)反应条件激烈，酶分子的多个基团被交联，酶活力损失大。

细胞固定化方法：

1) 直接固定法

不使用载体，借助物理（如加热、冰冻）、化学方法（如柠檬酸、各种絮凝剂）将细胞直接固定。一般只用于单酶或少数几种酶催化的反应。

2)吸附法3)包埋法

原生质体固定化：一般采用网格包埋法（即凝胶包埋法）。常用凝胶：琼脂凝胶，海藻酸钙凝胶，角叉菜胶和光交联树脂。

固定化酶的特性：（一）酶的活性：通常低于天然酶（有例外）。

（二）酶的稳定性酶的耐热性、对变性剂、抑制剂、蛋白酶的抵抗力增加。

（三）酶的最适温度最适温度与酶稳定性有关。多数酶固定化后热稳定性上升，最适温度也上升（有例外）。

（四）酶的最适pH带负电荷载体：最适pH 向碱性偏移。带正电荷载体：最适pH 向酸性偏移。（五）酶的动力学特征

固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化。

固定化载体与底物电荷相反,固定化酶的表观Km值降低。

固定化载体与底物电荷相同,固定化酶的表观Km值显著增加。

（六）酶的作用专一性与自然酶基本相同。但大分子底物难于接近酶分子，导致酶的专一性发生改变。

活力回收=固定化酶总活力/加入酶的总活力×100%

半衰期：在连续测定条件下，固定化酶(细胞)的活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间，以t1/2表示。

是衡量稳定性的一项重要指标

1. 氨基酰化酶世界上第一种用于工业化生产的固定化酶

2.葡萄糖异构酶世界上生产规模最大，应用最为成功的一种固定化酶。

人工肾原理：将病人血液中的尿素经脲酶水解成氨，再用活性炭吸附。即：用固定化脲酶和微胶囊活性炭组成人工肾。

酶传感器(酶电极) 是由固定化酶与各种电极密切结合的传感装置。

世界上第一个生物传感器——葡萄糖氧化酶电极。

第七章酶的非水相催化

酶非水相催化：酶在非水介质中的催化作用称为酶非水相催化。

酶的非水相催化有哪些特点？

酶在非水介质中催化与在水相中催化相比，具有下列显著特点：

(1)酶的热稳定性提高。

(2)酶的催化活性有所较低。

(4)非极性底物或者产物的溶解度增加。

(5)酶的底物特异性和选择性有所改变。

非水介质主要包括哪些？

酶非水相催化的几种类型：

有机介质中的酶催化

气相介质中的酶催化

超临界流体介质中的酶催化

离子液介质中的酶催化

有机介质反应体系

1微水介质体系(研究最多、应用最广泛) 微水介质体系是由非极性有机溶剂和微量的水组成的反应体系。

2与水溶性有机溶剂组成的均一体系

3与水不溶性有机溶剂组成的两相或多相体系

4正胶束体系胶束又称为正胶束或正胶团，是在大量水溶液中含有少量与水不相混溶的有机溶剂，加入表面活性剂后形成的水包油的微小液滴

5反胶束体系反胶束又称为反胶团，是指在大量与水不相混溶的有机溶剂中，含有少量的水溶液，加入表面活性剂后形成的油包水的微小液滴。

(不管采用何种有机介质反应体系，这里都含有机溶剂和一定量的水。)

所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少的成分之一。

有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系。

必需水：维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称为必需水

最适水含量：在催化反应速度达到最大时的水含量称为最适水含量。

什么是必需水和水活度？它们对非水相中酶的催化有何影响？

有机溶剂对酶活性的影响

（有机溶剂的极性强弱可以用极性系数lgP表示。

P是指溶剂在正辛烷与水两相中的分配系数。极性系数越大，表明溶剂极性越小；反之亦然。

极性系数lgP<2的极性溶剂一般不宜作为有机介质酶催化的溶剂使用。）

有机溶剂对底物和产物分配的影响

所以一般选用2≤lgP≤5的有机溶剂作为有机介质为宜。

酶在有机溶剂介质中与在水溶液中的特性有何改变？

1 底物专一性在有机介质中，由于酶分子活性中心的结合部位与底物之间的结合状态发生某些变化，

致使酶的底物特异性会发生改变。

一般来说，在极性较强的有机溶剂中，疏水性较强的底物容易反应；而在极性较弱的有机溶剂中，疏水性较弱的底物容易反应

2 对映体选择性酶在有机介质中催化，与在水溶液中催化比较，由于介质的特性发生改变，而引起酶

一般来说，酶在水溶液中催化的立体选择性较强，而在疏水性强的有机介质中，酶的立体选择性较差。

3 区域选择性酶在进行催化反应时具有区域选择性，即酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先反应。

一般来说，酶在水溶液中的区域选择性比在有机介质中的区域选择性较强，在不同的有机介质中酶的区域选择性也有所不同。

4 键选择性酶在有机介质中进行催化时具有键选择性。即在同一个底物分子中有2种以上的化学键都可以与酶反应时，酶对其中一种化学键优先进行反应。

键选择性与酶的来源和有机介质的种类有关

5热稳定性许多酶在有机介质中的热稳定性比在水溶液中的热稳定性更好。

6 pH特性在有机介质反应中，酶所处的pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲夜pH相同。这种现象称之为pH印记或称为pH记忆。

酶在有机介质中催化反应的最适pH通常与酶在水溶液中反应的最适pH接近或者相同

简述有机介质中酶催化反应的影响因素及控制。

主要应控制的条件有:

1酶的种类和浓度

2底物的种类和浓度选择：要根据酶在所使用的有机介质中的专一性选择适宜的底物。

浓度：v与[S]呈直角双曲线关系。同时也要根据底物的极性，有机溶剂的种类，控制底物的浓度。

3有机溶剂的种类选择：通常选用2≤lgP≤5的有机溶剂作为有机介质为宜。

浓度：均一体系中，有机溶剂的含量对酶的催化作用也有显著影响。

4水含量应通过试验确定反应体系的最适水含量。

溶剂的极性增大，最适水含量也增大。

而达到最大反应速度的水活度却变化不大

5温度通过试验确定最适温度。

酶在有机介质中最适温度高于在水溶液中最适温度。

温度升高，酶的立体选择性降低。

6 pH 酶在有机介质中的最适pH通常与酶在水溶液中反应的最适pH接近或者相同

第八章酶的定向进化

定向进化按照进化的对象不同，可以分为：分子定向进化、细胞定向进化。

分子定向进化：改良目标分子(酶、蛋白质、RNA等)的结构、功能和特性。

细胞定向进化：改良细胞的各种特性

酶定向进化(enzyme directed evolution)：是模拟自然进化过程，在体外进行酶基因的人工随机突变，建立突变基因文库，在人工控制条件的特殊环境下，定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。

酶基因的随机突变

过程：获得酶基因；体外随机突变。

方法：易错PCR技术、DNA重排技术、基因家族重排技术等。

易错PCR技术

定义：是从酶的单一基因出发，在改变反应条件的情况下进行聚合酶链反应(PCR)，使扩增得到的基因出现碱基配对错误，而引起基因突变的技术过程。

PCR基本过程：变性、退火、延伸。

改变反应条件的方法：提高Mg2+浓度、添加一定浓度的Mn2+、改变4种底物的浓度比。

各自作用：稳定非互补的碱基对、降低聚合酶对模板的特异性、增加碱基配对错误出现的频率。

问题：简述易错PCR技术与常规PCR技术的异同点？

DNA重排技术

定义：又称DNA改组技术，是从正突变基因文库中分离得到的同源DNA，用酶切割成随机片段，经过不加引物的多次PCR循环，使DNA的碱基序列重新排布而引起基因突变的技术过程。

DNA重排技术将存在于两种或多种不同基因中的正突变结合在一起，通过DNA碱基序列的重新排布，形成新的突变基因，属于有性进化。

基因家族重排技术

定义：又称基因家族改组技术，是从基因家族的若干同源基因出发，用酶切割成随机片段，经过不加引物的多次PCR循环，使DNA的碱基序列重新排布而引起基因突变的技术过程。

课后题4：什么是基因家族重排技术？它与DNA重排技术有何异同？

答：相同点：基本过程大致相同，都经过基因的随机切割、无引物PCR等步骤以获得突变基因，然后经过构建突变基因文库，采用高通量筛选技术筛选获得正突变基因。

不同点：基因家族重排技术与DNA重排技术的主要不同点在于前者从基因家族的若干同源基因出发进行DNA序列的重新排布，而后者采用易错PCR等技术获得的两个以上的正突变基因出发进行DNA序列的重新排布。

课后题5：简述突变基因定向选择的基本过程？

答：(1)通过DNA重组技术将随机突变获得的各种突变基因与适宜的载体进行重组，获得重组载体；(2)通过细胞转化等方法将重组载体转入适宜的细胞或进行体外包装成为有感染活性的重组λ噬菌体，形成突变基因文库；

(3)采用各种高通量的筛选技术，在人工控制条件的特定环境中对突变基因进行筛选，从突变基因文库中筛选得到所需的突变基因。

如以噬菌体DNA载体构建，则首先要将重组噬菌体通过转导方法转入细胞，然后在一定条件下筛选。

转化是将带有外源基因的重组质粒DNA引入受体细胞的技术过程

定向选择环境条件的设定

条件要由进化目的而定，并在每次突变-筛选循环中不断加深，而达到目的。

如提高热稳定性：增加温度

提高pH稳定性：增加酸或碱的浓度

提高活力：增加底物浓度

课后题7：举例说明酶定向进化技术的应用

答：酶定向进化技术主要用于提高酶的催化效率、增强酶的稳定性、改变酶的底物特异性等方面。（在书上找例子）

第九章酶反应器

酶反应器

定义：用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器

常见的酶反应器类型：按结构分：

搅拌罐式反应器

鼓泡式反应器

填充床式反应器

流化床式反应器

膜反应器

喷射式反应器

搅拌罐式反应器定义：一种带有搅拌装置的罐式反应器，它由反应罐，搅拌器和温度调节装置。

填充床式反应器定义：将固定化酶堆叠在反应器中进行催化反应的一类反应器。

?√固定化酶固定不动，通过底物溶液的流动，实现物质的传递和混合。仅进行连续式反应。

?√特点：固定化酶密度大，可提高催化速度。当含固体颗粒或黏度很大的底物溶度不宜采用。

流化床反应器√定义：是通过底物溶液的流动使固定化酶颗粒在悬浮翻动状态下进行催化反应的一类反应器。

?√一种适用于固定化酶进行连续催化反应的反应器。

?√特点：当底物溶度含固体颗粒或黏度很大也可。固定化酶颗粒不应过大。流体流动产生的剪切力、固定化酶的碰撞可能会使固定化酶颗粒受到破坏。

鼓泡式反应器定义：利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上升过程中起到提供反应底物和混合两种作用的一类反应器。也称三相流化床反应器。

鼓泡式反应器是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。

膜反应器定义：是将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器。

特点：有产物抑制作用的酶，最好选用膜反应器。适于底物和产物为小分子。清洗较困难。

喷射式反应器定义：是利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应的一种反应器。

?游离酶的连续化反应。

?特点：催化反应速度快。只适用于耐高温的酶。

?

课后题1：试述酶反应器的主要类型和特点。

课后题2：选择酶反应器的主要依据有哪些？

一、根据酶的应用形式选择反应器

四、其他影响因素适于多种酶便于调控结构、操作简单，易维修、清洗。制造、运行成本低。

√即操作温度≤最适温度

课后题5：在酶反应器的操作过程中要注意哪些问题？

1、控制好各种操作条件：酶反应器的操作的首要任务是按照设计要求控制好温度、pH、底物浓度、

酶浓度、反应液的混合、流动速度等操作条件，并根据情况变化进行合理的调节。

2、保持酶反应器的操作稳定性：应尽量保持操作的稳定性，如搅拌速度、流体流速等，避免反应条

件的激烈波动。以保持反应器恒定的生产能力。

3、防止酶的变性失活：在酶反应器的操作过程中，应当特别注意温度、pH、重金属离子、剪切力等

因素引起酶的变性失活。

4、防止微生物的污染：酶反应器的操作必须符合必要的卫生条件，尤其是在生产药用或食用产品时，

卫生条件要求较高，应尽量避免微生物的污染。

第九章酶反应器

√定义：用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。

√常见的酶反应器类型

按结构分：

搅拌罐式反应器鼓泡式反应器填充床式反应器流化床式反应器

膜反应器喷射式反应器

按操作方式分：

分批式反应连续式反应流加分批式反应

按结构和操作方式结合分：

连续搅拌罐反应器分批搅拌罐反应器

一、搅拌罐式反应器

√定义：一种带有搅拌装置的罐式反应器，它由反应罐，搅拌器和温度调节装置。

?操作方式可以根据需要选择：分批式、流加分批式、连续式。

分批搅拌罐式反应器

特点：酶或固定化酶与底物一次性投入，反应液一次性取出。

二、填充床式反应器

定义：将固定化酶堆叠在反应器中进行催化反应的一类反应器。

√固定化酶固定不动，通过底物溶液的流动，实现物质的传递和混合。仅进行连续式反应。

√特点：固定化酶密度大，可提高催化速度。当含固体颗粒或黏度很大的底物溶度不宜采用。

三、流化床反应器

√定义：是通过底物溶液的流动使固定化酶颗粒在悬浮翻动状态下进行催化反应的一类反应器。

√一种适用于固定化酶进行连续催化反应的反应器。

√特点：当底物溶度含固体颗粒或黏度很大也可。固定化酶颗粒不应过大。流体流动产生的剪切力、固定化酶的碰撞可能会使固定化酶颗粒受到破坏。

√四、鼓泡式反应器

定义：利用从反应器底部通入的气体产生的大量气泡，在上升过程中起到提供反应底物和混合两种作用的一类反应器。也称三相流化床反应器。

鼓泡式反应器是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。

游离酶、固定化酶都可；分批、流加、连续都可。

√五、膜反应器

定义：是将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器。

游离酶、固定化酶都可的连续化反应。

特点：有产物抑制作用的酶，最好选用膜反应器。适于底物和产物为小分子。清洗较困难。

√六、喷射式反应器

定义：是利用高压蒸汽的喷射作用，实现酶与底物的混合，进行高温短时催化反应的一种反应器。

游离酶的连续化反应。

特点：催化反应速度快。

只适用于耐高温的酶。

√课后题1：试述酶反应器的主要类型和特点。

第二节酶反应器的选择

√课后题2：选择酶反应器的主要依据有哪些？

酶反应器的选择主要从酶的应用形式、酶的应用形式主要有游离酶和固定化酶。其所使用的反应器也有所不同。

酶的反应动力学性质、主要考虑酶与底物混合程度、底物浓度对v影响、产物反馈抑制、酶催化的适宜温度等。

底物和产物的理化性质主要考虑底物或产物分子量、溶解性、黏度等。

等几方面进行考虑。

√课后题3：简述酶反应器设计的主要内容。

酶反应器的设计主要包括反应器类型的选择、制造材料的选择、热量衡算、物料衡算等。

√问题：简述酶反应器的操作条件及其控制的主要内容。

酶反应器的操作条件及其控制主要包括温度、pH、底物浓度、酶浓度、反应液的混合、流动速度等。

√反应温度的确定与调节控制

确定：根据酶的动力学特性，确定最适温度。并控制在适宜温度范围内。

√即操作温度≤最适温度

课后题5：在酶反应器的操作过程中要注意哪些问题？

1、控制好各种操作条件：酶反应器的操作的首要任务是按照设计要求控制好温度、pH、底物浓度、酶浓度、反应液的混合、流动速度等操作条件，并根据情况变化进行合理的调节。

2、保持酶反应器的操作稳定性：应尽量保持操作的稳定性，如搅拌速度、流体流速等，避免反应条件的激烈波动。以保持反应器恒定的生产能力。

3、防止酶的变性失活：在酶反应器的操作过程中，应当特别注意温度、pH、重金属离子、剪切力等因素

4、防止微生物的污染：酶反应器的操作必须符合必要的卫生条件，尤其是在生产药用或食用产品时，卫生条件要求较高，应尽量避免微生物的污染。

第十章酶的应用

√酶的应用：通过酶的催化作用获得所需产品、除去不良物质或者获取所需信息的技术过程。

√酶制剂产品的结构

就世界范围而言，酶制剂总产量最大的是蛋白酶类，主要用于洗涤剂、制革和乳品工业；

其次为淀粉酶类、主要用于食品酿造、淀粉加工、造纸、纺织等工业；

其它酶类包括药用酶，试剂酶，工具酶等。

√课后题1：举例说明酶在疾病诊断，疾病预防和治疗以及药物制造方面的应用。

√1、蛋白酶

主要有胰蛋白酶、胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶等。

(1)作为消化剂，用于治疗消化不良和食欲不振。

(2)可作为消炎剂，治疗各种炎症有很好的疗效。

(3)蛋白酶经静脉注射，可治疗高血压。

√2、溶菌酶

具有抗菌、消炎、镇痛等作用。

临床上主要用于治疗各种炎症。

与抗生素联用，可显著提高抗生素的疗效。

还有抗病毒作用，常用于腮腺炎、水痘、肝炎、流感等病毒性疾病的治疗。

√3、SOD

具有抗氧化、抗衰老、抗辐射作用。

临床上对红斑狼疮、皮肌炎、结肠炎及氧中毒等疾病有显著疗效。

但稳定性差，在血浆中半衰期为6-10min。通过酶分子修饰已得以改变。

√4、尿激酶(UK),纳豆激酶,豆豉纤溶酶, √组织纤溶酶原激活剂(PA)都有溶解血栓作用。治疗心肌梗死、脑血栓、视网膜血管闭塞症等。

第二节酶在食品方面的应用

√问题2：酶在食品领域有哪些重要应用？举例说明之。

一、酶在食品保鲜方面的应用

1、食品除氧保鲜

氧气是影响食品质量的主要因素之一。

氧的存在容易引起花生、奶粉、冰淇淋、奶油、饼干、油炸食品等富含油脂的食品发生氧化作用，引起油脂酸败，产生不良的味道和气味，降低营养价值，甚至产生有毒物质；

氧化还会使去皮的马铃薯、苹果等水果及果汁、果酱等果蔬制品变色；

氧化也会使肉类褐变。

3、食品灭菌保鲜

二、酶在食品生产方面的应用

1、酶在淀粉类食品生产方面的应用

1）葡萄糖的生产

2）果葡糖浆的生产

3）饴糖、麦芽糖的生产

3、酶在果蔬类食品生产方面的应用

1）柑橘制品去除苦昧

2）果蔬制品的脱色

3）酶在果酒生产中的应用

三、酶在食品添加剂生产方面的应用

1、酶在酸味剂生产中的应用

2、酶在增味剂生产中的应用

3、酶在甜昧剂生产中的应用

4）酶在乳化剂生产中的应用

四、酶在改善食品的品质与风味方面的应用

①在面包生产中，添加适量蛋白酶，使一部分蛋白质水解生成氨基酸

②在含有蔗糖的糕点、饮料等的生产过程中，添加适量的蔗糖酶，可以催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖

③在可溶性鱼蛋白水解物的生产过程中，往往会产生苦味肽，使产品带有苦味。

④乳制品的特有香味主要是由脂肪酸及其分解物产生的。

第三节在轻工、化工方面的应用

√在轻工、化工方面的应用

一、酶在原料处理方面

1、发酵原料的处理

(1)淀粉原料的处理

(2)含纤维素的发酵原料

2、纺织原料的处理，

3、制浆、造纸原料的处理

4、皮革的脱毛处理

5、甜菜的处理

二、酶在轻工、化工产品制造方面的应用

1、酶法生产L-氨基酸

2、酶法生产核苷酸

3、酶法生产有机酸

4、制造化工原料

三、加酶增强产品的使用效果

1、加酶洗涤剂

2、加酶牙膏、牙粉和漱口水

3、加酶饲料

4、加酶护肤用品

√第四节酶在环保、能源方面的应用

√酶在环保、能源方面的应用

一、酶在环境监测方面的应用

1、利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染

2、利用乳酸脱氢酶的同工酶监测重金属污染

3、通过β-葡聚糖苷酸酶监测大肠杆菌污染

二、酶在废水处理方面的应用

三、酶在可生物降解材料开发方面的应用

四、酶在乙醇生产方面的应用

五、酶在生物柴油制造方面的应用

六、酶在分析检测方面的应用

第五节酶在生物技术方面的应用

一、酶在除去细胞壁方面的应用

1、除去细菌细胞壁

2、除去酵母细胞壁

3、除去霉菌细胞壁

4、植物细胞壁的破除

二、酶在大分子切割方面的应用

1、限制性核酸内切酶

2、DNA外切核酸酶

3、碱性磷酸酶

4、核酸酶S1

5、自我剪切酶

6、RNA剪切酶

三、酶在分子拼接方面的应用

1、DNA连接酶

2、DNA聚合酶

3、反转录酶

4、自我剪接酶

第11章培养基灭菌

√灭菌:是指用物理或化学方法杀灭物料或设备中所有具生活能力的微生物营养体和芽孢或孢子的方法。

√常用的灭菌方法

√1、加热灭菌（火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌）

2、射线灭菌（紫外线、阴极射线、X射线、γ射线）

3、化学药剂灭菌（0.1%~0.25%KMnO4溶液，0.5%~1%漂白粉溶液，75%酒精、0.25%新洁尔灭、10%甲醛溶液、苯酚溶液、来苏尔）

1、加热灭菌

使用设备：常用烘箱，灭菌条件为在160℃下保温1h 。 √

适用范围：金属或玻璃器皿。

(3)湿热灭菌

使用设备：利用蒸汽进行灭菌、条件为：121℃，30min √ ， 适用范围：广泛应用于生产设备及培养基的灭菌。

√题1、灭菌方法主要有哪几种？发酵工业中为何应用最广的是湿热灭菌？

答：灭菌常用的方法有：加热灭菌；射线灭菌；化学药剂灭菌。

湿热灭菌是直接用蒸汽灭菌。由于细胞原生质在含水量高的情况下，蛋白质极易发生不可逆的凝固性变性，致使微生物在短时间内死亡，而且蒸汽的穿透力强。同时，蒸汽的来源方便，价格低廉，灭菌效果可靠，因而此法在工业生产上广泛应用。

第二节 加热灭菌的基本原理

√在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和类型，因此要以相对热阻大的芽孢作为灭菌的依据。

√二、湿热灭菌分为分批灭菌和连续灭菌。

分批灭菌（实消）：将培养基置于反应器中用蒸汽加热，达到规定灭菌温度后维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫分批灭菌，也叫间歇灭菌或实罐灭菌。

连续灭菌（连消）：将培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却然后进入到反应器的杀菌方法就是连续灭菌。

√D 值是活的微生物在受热过程中减少到原来数目的1/10（Nt/N0=1/10）所需要的时间。根据下式可知D 与K 成反比关系：D=2.303/Klg10=2.303/K

工程上，在进行灭菌设计时，常认为Nt=10-3个/罐√

灭菌要达到杀死99.99%的细菌芽孢，有两种方法可以采用，一种是118℃灭菌15min ，另一种是128℃灭菌5min 。哪一种方法好，为什么？

√答：从理论研究和生产实践都可证明，在灭菌过程中，同时会发生微生物死亡和培养基破坏这两种过程，且这两种过程的进行速度都随温度的升高而加速，但微生物的死亡速率随温度的升高更为显著。因此，对于同一灭菌效果，选择较高的温度、较短的时间，这样便既可达到需要的灭菌程度，同时又可减少营养物质的损失

在灭菌过程中，为什么要排除罐内空气？

蒸汽灭菌过程中，温度的控制是通过控制罐内的蒸汽压力来实现。压力表显示的压力应与罐内蒸汽压力相对应，即压力表的压力所对应的温度应是罐内的实际温度。但是如果罐内空气排除不完全，压力表所显示的压力就不单是罐内蒸汽压力，还包括了空气分压，因此，此时罐内的实际温度就低于压力表显示压力所对应的温度，以致造成灭菌温度不够而灭菌不彻底。 Nt

N K Nt N K t 00lg 303.2ln 1==

√第三节分批灭菌的计算

分批灭菌（实消）：将配好的培养基送入发酵罐，通入蒸汽将培养基和所用的发酵设备一起进行灭菌的操作过程，这叫分批灭菌，也叫间歇灭菌或实罐灭菌。

优点：

（1）不需专门的灭菌设备。

（2）对蒸汽的压力要求较低，在3～4×105Pa（表压）就可满足要求。

缺点：

（1）蒸汽用量波动大，造成锅炉负荷波动大。

（2）培养基升温和降温时间长，对热敏性营养物质的破坏较多。

√分批灭菌过程：升温、保温和降温。

√计算：

发酵培养基60m3，杂菌浓度105个/mL，要求灭菌后Nt=10-3，采用分批灭菌方式，在120℃维持5min，此温度下K=3.67min-1。已知升温和冷却段的灭菌效果不超过总灭菌效果的25%，问所设计的此T~t过程能否达到灭菌要求？如不能应如何改进？

√问题：在实际生产中，如果遇到所供蒸汽不足，如何有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌？

√与间歇灭菌相比，连续灭菌的优点：

1 升温和降温速度快

2 灭菌温度高，保温时间短

缺点：

1 设备复杂，投资大。

√计算：

一台连续灭菌设备流量Q=6m3/h，发酵罐装料容积40m3，原始污染度105个/mL，要求灭菌后Nt=10-3，灭菌温度T=125℃，此时的K=11min-1。试求维持时间t及维持罐的装料容积V约需多少？

若采用维持管保温，试求管长L、管径d。(取流速U=0.5m/s，流量Q=Uπd2/4)

√仔细阅读151页，讲例8-2

第12章空气除菌

第一节空气的预处理

√粗滤器：高空20-30m

√空气的加热目的：降低空气相对湿度，防止过滤介质被打湿。

第三节空气过滤设计

√空气过滤器使用的过滤介质，按其孔径大小可分为二类：

1)绝对过滤介质：

绝对过滤介质的孔隙小于细菌和孢子，当空气通过时微生物被阻留在介质的一侧。

2)深层过滤介质：

深层过滤介质的截面孔隙大于微生物，为了达到所需的除菌效果，介质必须有一定的厚度，因此称为深层过滤介质

√深层过滤介质除菌的机理主要是：

（1）纤维介质对颗粒的拦截，

（2）颗粒的惯性冲撞，

（3）布朗扩散等因素。

√设计深层过滤器时，以η0 最低为设计点。

√试证明L90=2.303/K，式中L90为过滤效率η=90%（即穿透率P=10%）时的滤层厚度，K为过滤常数。

√一个20m3发酵器所需通风率为10m3/min，发酵周期10000min，空气含菌100个/m3，对过滤介质研究后认为最适空气线速度为0.15m/s，此时过滤常数K值为2.303cm-1，试计算过滤器中过滤介质的厚度和半径。（生产上可接受的染菌率为10-3）

上题中如将空气线速度降低到0.03m/s，K值即下降到0.2303 cm-1，则在1min内越过过滤器进入发酵器中的微生物数为多少？此时过滤层的厚度增加到多少才能保持同一染菌几率？