酶工程微生物發(fā)酵產(chǎn)酶 (2)PPT

1、關(guān)于酶工程微生物發(fā)酵產(chǎn)酶 (2)第一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶概述酶的發(fā)酵生產(chǎn)經(jīng)預(yù)先設(shè)計，通過人工操作控制，利用細(xì)胞的生命活動，獲得人們所需的酶的過程前提 選育到性能優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物生產(chǎn)方式固體培養(yǎng) 霉菌液體深層發(fā)酵 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的主要方式固定化培養(yǎng) 固定化細(xì)胞、固定化原生質(zhì)體第二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶本章主要內(nèi)容微生物細(xì)胞中酶生物合成的調(diào)節(jié)產(chǎn)酶微生物的特點以及酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物發(fā)酵工藝條件及控制酶發(fā)酵動力學(xué)概述固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化原生質(zhì)體發(fā)酵產(chǎn)酶第三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生

2、 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的基本理論酶是蛋白質(zhì) 如何獲得蛋白？ 蛋白生物合成從基因到蛋白質(zhì)：遺傳信息的傳遞 中心法則要生物合成一個酶，首先應(yīng)知道這個酶對應(yīng)的基因生成的多肽鏈必須經(jīng)過正確的加工修飾，并正確折疊，才能生成有活性的酶轉(zhuǎn)錄和翻譯中的生物調(diào)節(jié)作用第四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的過程RNA的合成 轉(zhuǎn)錄以DNA為模板，以核苷三磷酸（dNTP）為底物，在RNA聚合酶作用下，生成RNA的過程起始 延伸 終止轉(zhuǎn)錄后修飾：切除非編碼區(qū)，堿基修飾，獲得成熟的mRNA第五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成

3、的過程肽鏈的合成 翻譯以mRNA為模板，以氨基酸為底物，在核糖體上通過各種tRNA、酶和輔助因子，合成多肽鏈的過程氨基酸活化生成氨酰-tRNA肽鏈合成起始第六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的過程肽鏈的合成 翻譯肽鏈延伸肽鏈合成的終止肽鏈翻譯后加工Met/fMet切除SS肽鏈折疊第七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié)組成型酶（constitutive enzyme）在細(xì)胞中的量比較恒定，環(huán)境因素對這類酶的合成速率影響不大適應(yīng)型酶（adaptive enzyme）在細(xì)胞中含量變化很大，其合成速率受環(huán)境

4、因素影響顯著在所有的生物中，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)控制（基因的調(diào)節(jié)控制）對酶的生物合成至關(guān)重要原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平第八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平操縱子學(xué)說（operon theory）與生物合成相關(guān)的四個基因調(diào)節(jié)基因 (regulator gene)啟動基因 (promoter gene)操縱基因 (operator gene)結(jié)構(gòu)基因 (structural gene)調(diào)節(jié)的主要原理調(diào)節(jié)基因 阻遏蛋白 結(jié)合效應(yīng)物 結(jié)構(gòu)變化 親和力變化阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，產(chǎn)生空間排斥作用，妨礙RNA聚合酶與啟動基因結(jié)合，阻

5、礙RNA的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)物結(jié)合阻遏蛋白之后，阻遏蛋白結(jié)構(gòu)改變，不能結(jié)合操縱基因，RNA聚合酶可以結(jié)合啟動位點，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄第九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平操縱子學(xué)說啟動基因的兩個位點(1) RNA聚合酶結(jié)合位點(2) cAMP-CAP復(fù)合物結(jié)合位點 只有 cAMP-CAP 復(fù)合物到達(dá)啟動基因位點時， RNA 聚合酶才能順利結(jié)合到相應(yīng)位點，開始轉(zhuǎn)錄。第十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平操縱子學(xué)說（operon theory）操縱子 結(jié)構(gòu)基因 + 操縱基因 + 啟動基因誘導(dǎo)型操縱子

6、（inducible operon）誘導(dǎo)物激發(fā)基因大量表達(dá)乳糖操縱子（Lac operon）阻遏型操縱子（repressible operon）阻遏物妨礙基因的正常表達(dá)色氨酸操縱子（Trp operon）第十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)模式 1：分解代謝物阻遏作用某些物質(zhì)（容易利用的碳源）經(jīng)過分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏了某些誘導(dǎo)酶生物合成的現(xiàn)象連鎖效應(yīng)實質(zhì) cAMP 通過啟動基因調(diào)控酶的合成解決 添加 cAMP，控制易用碳源的用量第十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水

7、平調(diào)節(jié)模式 2：誘導(dǎo)作用加入某些物質(zhì)（誘導(dǎo)物）使酶的生物合成開始或加速進(jìn)行的現(xiàn)象誘導(dǎo)物（inducer）酶催化作用的底物或其底物類似物第十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)模式 3：反饋阻遏作用即產(chǎn)物阻遏，是指酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使該酶的生物合成受到阻遏的現(xiàn)象阻遏物（repressor）一般是酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物阻遏物 + 阻遏蛋白 O基因第十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式（重點）微生物細(xì)胞生長曲線（四階段）延遲期（調(diào)整期）生長期（對數(shù)生長期

8、）平衡期衰退期酶的生物合成模式（四類） 根據(jù)酶產(chǎn)生與細(xì)胞生長的關(guān)系同步合成型延續(xù)合成型中期合成型滯后合成型第十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式酶生物合成的四種模式時間細(xì)胞/酶濃度同步合成型時間細(xì)胞/酶濃度延續(xù)合成型時間細(xì)胞/酶濃度中期合成型時間細(xì)胞/酶濃度滯后合成型細(xì)胞濃度酶濃度第十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長同步進(jìn)行（生長偶聯(lián) 型）大部分組成酶屬于此類此類酶的合成可由其誘導(dǎo)物誘導(dǎo)生成，不受分解代謝物阻遏和反饋阻遏作用酶對應(yīng)的 mRNA 很不穩(wěn)定典型例

9、子：米曲霉培養(yǎng)生產(chǎn)單寧酶 EC 3.1.1.20（書p36 圖2-8）時間細(xì)胞/酶濃度細(xì)胞濃度酶濃度第十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式延續(xù)合成型酶的合成伴隨著細(xì)胞的生長而開始，生長進(jìn)入平衡期 后，酶還能延續(xù)合成 一段時間此類酶的合成可被誘導(dǎo)物所誘導(dǎo)，一般不受分解代謝物阻遏此類酶所對應(yīng)的 mRNA 穩(wěn)定性好舉例：黑曲霉培養(yǎng)生產(chǎn)聚半乳糖醛酸酶 3.2.1.15（書p37 圖2-9）時間細(xì)胞/酶濃度細(xì)胞濃度酶濃度第十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式中期合成型酶的合成在細(xì)胞生長一段時間后才開始

10、，當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后，酶的合成隨之停止酶的合成受到產(chǎn)物的反饋阻遏作用或分解代謝物阻遏作用酶所對應(yīng)的 mRNA 穩(wěn)定性較差舉例：枯草桿菌堿性磷酸酶 EC 3.1.3.1 受其水解產(chǎn)物磷酸的反饋阻遏作用（書p38 圖2-10）時間細(xì)胞/酶濃度細(xì)胞濃度酶濃度第十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式滯后合成型當(dāng)細(xì)胞生長一段時間或進(jìn)入平衡期 后，才開始合成并大量積累酶許多水解酶屬于此類阻遏物 的存在延緩了酶的合成此類酶的 mRNA 穩(wěn)定性好滯后合成型 延續(xù)合成型舉例：黑曲霉酸性蛋白酶 EC 3.4.23.6 （書p38 圖2-11）時間細(xì)胞/酶濃度細(xì)

11、胞濃度酶濃度第二十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶生物合成的模式Summary關(guān)鍵因素酶對應(yīng)的 mRNA 穩(wěn)定性培養(yǎng)基中是否存在阻遏物延續(xù)合成型 是最理想的合成模式通過基因工程、代謝工程、細(xì)胞工程等手段，篩選優(yōu)良菌株，使合成模式接近延續(xù)合成型細(xì)胞濃度酶濃度第二十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶產(chǎn)酶微生物的特點酶的產(chǎn)量高通過篩選獲得高產(chǎn)菌株，妥善保存并定期復(fù)壯容易培養(yǎng)和管理對培養(yǎng)基成分和工藝條件沒有苛刻的要求，適應(yīng)能力強產(chǎn)酶穩(wěn)定性好能穩(wěn)定生長并表達(dá)所需的酶，菌種不易退化有利于酶的分離純化酶的分離提純要比較容易，能獲得較高

12、純度安全可靠菌種對環(huán)境及對操作人員安全，不產(chǎn)生不良影響第二十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶產(chǎn)酶微生物的特點產(chǎn)酶微生物的分離和篩選 樣品的采集：從富含該酶作用底物的場所采集樣品富集培養(yǎng)：投其所好，取其所抗 菌種純化與分離：微生物的純培養(yǎng)（pure culture）初篩：選出產(chǎn)酶菌種，以多為主復(fù)篩：選出產(chǎn)酶水平相對較高的菌株，以質(zhì)為主第二十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶產(chǎn)酶微生物的特點例：-淀粉酶生產(chǎn)菌的篩選 產(chǎn)-淀粉酶的微生物可以淀粉為碳源加以利用，在含KI-I2 的淀粉培養(yǎng)基上，菌落周圍因分泌出的-淀粉酶將淀粉水解

13、而導(dǎo)致藍(lán)色消失，生成“水解圈”。第二十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶產(chǎn)酶微生物的特點例：蛋白酶生產(chǎn)菌的篩選 在培養(yǎng)基中添加酪蛋白，經(jīng)蛋白酶的水解，培養(yǎng)基相應(yīng)位置變?yōu)槌吻宓摹八馊Α?。第二十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶產(chǎn)酶微生物的特點酶在微生物細(xì)胞中的存在形式胞外酶微生物為了利用環(huán)境中的大分子而釋放到細(xì)胞外的即使胞外濃度很高，胞內(nèi)也能維持較低水平，受到的調(diào)節(jié)控制少大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等）胞內(nèi)酶指合成后仍留在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用的酶酶活性和濃度受到中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的調(diào)控組成型酶一般是胞內(nèi)酶第二十

14、六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物細(xì)菌大腸桿菌（Escherichia coli）枯草桿菌（Bacillus subtilis） 應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)酶微生物放線菌鏈霉菌（Streptomyces）霉菌 使用種類最多的產(chǎn)酶微生物曲霉屬、青霉、根霉等酵母啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）假絲酵母屬（Candida）第二十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 細(xì)菌大腸桿菌（E. coli）一般產(chǎn)胞內(nèi)酶主要的酶品種谷氨酸脫羧酶、天冬氨酸酶、青霉素?；傅然蚬こ滩僮髅?/p>

15、：限制性內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶等枯草桿菌（B. subtilis）能產(chǎn)生多種胞外酶主要的酶品種淀粉酶類：如-淀粉酶（胞外）蛋白酶類：如中性蛋白酶（胞外）磷酸酶類：堿性磷酸酶（細(xì)胞間質(zhì)）、5-核苷酸酶等第二十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 細(xì)菌枯草桿菌產(chǎn)果膠酶第二十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 放線菌鏈霉菌（Streptomyces）生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶的主要微生物主要酶品種青霉素?；浮⒗w維素酶、幾丁質(zhì)酶、堿性/中性蛋白酶等含有豐富的16-羥化酶，用于甾體藥物轉(zhuǎn)

16、化第三十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 放線菌鏈霉菌產(chǎn)聚乙烯醇降解酶第三十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌黑曲霉（Aspergillus niger）可生產(chǎn)多種酶（胞內(nèi)酶或胞外酶）主要酶品種糖化酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纖維素酶等米曲霉（Aspergillus oryzae）米曲霉中糖化酶和蛋白酶活力較強，因此廣泛應(yīng)用于釀造行業(yè)和食品行業(yè)米曲霉為一類產(chǎn)復(fù)合酶的菌株，除產(chǎn)蛋白酶外，還可產(chǎn)淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、植酸酶等主要酶品種糖化酶、果膠酶、氨基?；?、磷酸二

17、酯酶、核酸酶等第三十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌黑曲霉（A. niger）米曲霉（A. oryzae）第三十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌紅曲霉屬（Monascus）菌落成熟后產(chǎn)紅色色素，顏色較深腐生真菌，能耐受 pH 3.5 和 10% 酒精，尤嗜乳酸紅曲霉中含有豐富的酶系，并且自身能合成生長素，無須外源供給，尤其是葡萄糖淀粉酶和蛋白酶等酶，在食品行業(yè)使用廣泛主要酶品種-淀粉酶、糖化酶、麥芽糖酶、酯酶等第三十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微

18、生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌青霉屬（Penicillium）屬半知菌綱，也有的列入子囊菌綱腐生真菌，存在于空氣中及腐爛的物質(zhì)表面常用的工業(yè)發(fā)酵微生物，廣泛用于有機酸、干酪和抗生素的生產(chǎn)主要菌種和酶的種類產(chǎn)黃青霉（Penicillium chrysogenum）葡萄糖氧化酶、纖維素酶、果膠酶、青霉素?；傅乳偾嗝梗≒enicillium citrinum）脂肪酶、葡萄糖氧化酶、5-磷酸二酯酶、核酸酶等第三十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌青霉屬（Penicillium）第三十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于20

19、22年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌青霉產(chǎn)聚乙烯醇降解酶第三十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌木霉（Trichoderma）屬于半知菌亞門，叢梗孢目，木霉屬，常見的木霉有綠色木霉、康寧木霉等木霉具有較強分解纖維素能力，綠色木霉（T. viride）通常能夠分泌高活性纖維素酶，對纖維素的分解能力很強，因此在木質(zhì)素、纖維素豐富的基質(zhì)上生長快，傳播蔓延迅速菌落開始時為白色，致密，圓形，向四周擴展最后整個菌落全部變成綠色產(chǎn) 纖維素酶 的重要菌株；亦用于生產(chǎn) 17-羥化酶，可用于甾體藥物轉(zhuǎn)化第三十八張，PPT共

20、九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌木霉（Trichoderma）木霉適應(yīng)性很強，菌落擴展很快，特別在高溫高濕度條件下幾天內(nèi)木霉菌落可遍布整個料面綠色木霉 (T. viride) 的菌落哈茨木霉 (T. harzianum) 的顯微形態(tài)第三十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌根霉（Rhizopus）具有 11-羥化酶，是用于甾體藥物轉(zhuǎn)化的重要菌株產(chǎn)酶品種糖化酶、蔗糖酶、堿性蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等毛霉（Mucor）毛霉能糖化淀粉并能生成少量乙醇，產(chǎn)生蛋白酶，有分解大豆蛋

21、白的能力，我國多用來做豆腐乳、豆豉許多毛霉能產(chǎn)生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等產(chǎn)酶品種蛋白酶、糖化酶、-淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、凝乳酶等第四十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 霉菌根霉（Rhizopus）毛霉（Mucor）第四十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 酵母啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)細(xì)胞呈圓形、卵形、橢圓形，在麥芽汁培養(yǎng)基上菌落白色有光澤產(chǎn)酶品種醇脫氫酶、丙酮酸脫羧酶、轉(zhuǎn)化酶等第四十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年

22、6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物 酵母假絲酵母屬（Candida）細(xì)胞呈圓形、卵形或長形，出芽成假菌絲不產(chǎn)色素，在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上菌落乳白色或奶油色產(chǎn)酶品種脂肪酶、尿酸酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等產(chǎn)17-羥化酶，用于甾體藥物轉(zhuǎn)化具烷類代謝的酶系，可利用石油及其加工廢料為碳源第四十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物菌種的選擇了解產(chǎn)某種酶的菌種有哪些對這些菌種的性質(zhì)進(jìn)行全面的考察產(chǎn)酶機理代謝途徑營養(yǎng)組成生長和繁殖情況考察菌種產(chǎn)酶的能力及穩(wěn)定性考慮是否對菌種進(jìn)行改良優(yōu)化培養(yǎng)條件第四十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月

23、微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵工程（fermentation engineering）采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面囊括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學(xué)科工程工業(yè)發(fā)酵過程厭氧發(fā)酵生產(chǎn)過程，如酒精，乳酸的生產(chǎn)通氣（有氧）發(fā)酵生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等第四十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵工程的產(chǎn)品

24、第四十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵生產(chǎn)：從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)菌種篩選平板培養(yǎng)搖瓶試驗發(fā)酵罐中試工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)上游下游第四十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制第四十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵基本流程和步驟培養(yǎng)基（種子培養(yǎng)基、發(fā)酵培養(yǎng)基）的配制培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及輔助設(shè)備的消毒滅菌將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵罐中將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長并形成代謝產(chǎn)物產(chǎn)物抽提、精制，以得到合格的產(chǎn)品回收

25、或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢棄物和廢水第四十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制發(fā)酵工藝條件控制的主要內(nèi)容細(xì)胞活化與擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基的成分及其配制pH 值調(diào)節(jié)溫度的調(diào)節(jié)控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制提高酶產(chǎn)量的措施第五十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制細(xì)胞活化與擴大培養(yǎng)菌種保藏短期保藏長期保藏菌種活化使用前接種于新鮮培養(yǎng)基上，培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞生命活動能力擴大培養(yǎng)為保證發(fā)酵時有足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)細(xì)胞，活化細(xì)胞要經(jīng)一級至數(shù)級擴大培養(yǎng)一般培養(yǎng)到細(xì)胞處于對數(shù)生長期為宜采用孢子接種，則應(yīng)培養(yǎng)至孢子成熟期各有哪些方法

26、？第五十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制培養(yǎng)基的成分及其配制培養(yǎng)基的組成碳源、氮源、水、無機鹽、生長因子根據(jù)不同的微生物種類和不同的生長條件確定培養(yǎng)基成分，可通過查閱相關(guān)的手冊獲得培養(yǎng)基的成分 書 p46注意同一種細(xì)胞用于生產(chǎn)不同的酶時，培養(yǎng)基成分不一樣細(xì)胞在生長、增殖、發(fā)酵、產(chǎn)酶等各階段所需營養(yǎng)成分有區(qū)別盡量減少培養(yǎng)基中部分物質(zhì)對產(chǎn)酶的阻遏作用第五十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制pH 值的調(diào)節(jié)和控制培養(yǎng)基 pH 值的顯著影響 三方面！H+ 或OH 影響酶的解離和電荷分布情況，

27、引起酶構(gòu)象的變化pH 值影響細(xì)胞質(zhì)膜的電荷狀況，改變膜的通透性pH 對底物和產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)也存在影響（解離平衡、溶解度、反應(yīng)活性等）最適生長 pH、最適生產(chǎn) pH細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適 pH 值通常接近該酶反應(yīng)的最適 pH 值，但一般不同于細(xì)胞生長的最適 pH 值培養(yǎng)基的 pH 值在細(xì)胞生長和發(fā)酵過程中將發(fā)生變化第五十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制溫度的調(diào)節(jié)和控制生長溫度與產(chǎn)酶溫度往往不同，一般后者低于前者較低溫度下，mRNA 穩(wěn)定性較高，延續(xù)酶的合成溫度過低，微生物代謝速度減慢，將延長發(fā)酵周期在不同的發(fā)酵階段控制不同的溫度發(fā)酵產(chǎn)熱生

28、物熱（主要） 微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱量，來自于代謝過程，但是同時熱量擴散散失，又會使溫度降低，因此培養(yǎng)基的溫度是兩者綜合作用的結(jié)果其他熱源（微弱） 機械熱，蒸發(fā)熱，輻射熱溫度控制 冷卻水溫度的雙重影響第五十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制O2 是細(xì)胞呼吸所必需的，但細(xì)胞一般只能利用溶解氧，即溶解在培養(yǎng)基中的氧培養(yǎng)基供氧 通氣攪拌，維持溶解氧含量耗氧速率KO2 耗氧速率，指單位時間內(nèi)單位體積培養(yǎng)液中細(xì)胞的耗氧量，(mmol O2)h-1L-1QO2 細(xì)胞呼吸強度，指單位細(xì)胞量在單位時間內(nèi)的耗氧量， (mmol O2

29、)h-1(g DC)-1Ccell 細(xì)胞濃度，單位體積培養(yǎng)液中細(xì)胞質(zhì)量，(g DC)L-1第五十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制溶解氧的調(diào)節(jié)控制溶氧速率（溶氧系數(shù) Kd）單位體積發(fā)酵液在單位時間內(nèi)溶解的氧的量， (mmol O2)h-1L-1當(dāng) Kd = KO2 時，溶氧量恒定溶氧量調(diào)節(jié)方法通氣量：增大通氣量提高 KdO2 分壓：提高 O2 分壓，可增加 O2 溶解度，提高 Kd氣液接觸時間：延長接觸時間，可增加 O2 溶解量氣液接觸面積：增大接觸面積能提高 Kd培養(yǎng)液黏度：黏度大易產(chǎn)生泡沫，影響 O2 溶解第五十六張，PPT共九十八頁

30、，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制提高酶產(chǎn)量的措施 (1)添加誘導(dǎo)物酶的作用底物e.g.乳糖 -半乳糖苷酶，以乳糖代替葡萄糖，可以使-半乳糖苷酶表達(dá)量提高數(shù)千倍酶的反應(yīng)產(chǎn)物e.g.半乳糖醛酸（果膠酶水解產(chǎn)物） 果膠酶底物類似物e.g.IPTG -半乳糖苷酶，IPTG的誘導(dǎo)效率比底物乳糖高幾百倍反應(yīng)產(chǎn)物類似物第五十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制提高酶產(chǎn)量的措施 (2)控制阻遏物濃度 p51e.g.1：枯草桿菌堿性磷酸酶受其反應(yīng)產(chǎn)物 H3PO4 的阻遏e.g.2：培養(yǎng)基中葡萄糖對誘導(dǎo)物的阻遏控制速效性碳源

31、的濃度，改用遲效性碳源，或添加cAMP，減少分解代謝物阻遏作用及時分離末端產(chǎn)物，控制產(chǎn)物濃度在低水平，減弱或解除產(chǎn)物阻遏作用第五十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶發(fā)酵工藝條件及其控制提高酶產(chǎn)量的措施 (3)添加表面活性劑增加質(zhì)膜的通透性，有利于胞外酶的分泌一般采用毒性較小的非離子型表面活性劑e.g.：在木霉發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶的培養(yǎng)基中，添加 1% 吐溫，可使產(chǎn)酶量最高提高 20 倍提高酶產(chǎn)量的措施 (4)添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑 作用機制不明e.g.：添加植酸鈣鎂可使霉菌蛋白酶和橘青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高 120 倍第五十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微

32、 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述發(fā)酵動力學(xué)研究發(fā)酵過程中細(xì)胞生長速率、產(chǎn)物生成速率、基質(zhì)消耗速率及環(huán)境因素（如溶解氧）對這些速率的影響規(guī)律研究意義了解酶生物合成模式發(fā)酵工藝條件優(yōu)化控制提高酶產(chǎn)量研究方法通過發(fā)酵實驗數(shù)據(jù)的分析，建立通用的 半經(jīng)驗 動力學(xué)模型，并用于一般的發(fā)酵過程第六十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述一、細(xì)胞生長動力學(xué)研究細(xì)胞生長速度及其受外界環(huán)境影響的規(guī)律1950年，Monod 提出表述微生物生長的動力學(xué)方程，他認(rèn)為，細(xì)胞生長速率（RX）與細(xì)胞濃度（X）成正比 細(xì)胞的比生長速率，h-1假設(shè)培養(yǎng)基中只有一種限制性基質(zhì) S

33、，而不存在其他生長限制因素時，比生長速率為這種限制性基質(zhì)濃度（S）的函數(shù)，即(2-1)第六十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月酶發(fā)酵動力學(xué)概述一、細(xì)胞生長動力學(xué)Monod 給出的表達(dá)式為S 限制性基質(zhì)的濃度m 最大比生長速率（S 過量時），當(dāng)S KS 時， = mKS Monod 常數(shù)，當(dāng) = m 時，S = KS式 (2-2) 稱為 Monod 生長動力學(xué)模型式 (2-2) 中不考慮細(xì)胞的死亡Monod 方程是基本的細(xì)胞生長動力學(xué)方程，根據(jù)實際需要可以從不同情況出發(fā)對其進(jìn)行修正微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶(2-2)第六十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵

34、產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述一、細(xì)胞生長動力學(xué)Monod 方程與 Michaelis-Menten 方程比較雙倒數(shù)形式：(1-7a)(2-2)(2-4)(1-7b)第六十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述一、細(xì)胞生長動力學(xué)Monod 方程的修正 在連續(xù)全混流反應(yīng)器發(fā)酵過程中，穩(wěn)態(tài)時游離細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵的生長動力學(xué)方程D 稀釋速率（h-1），指單位時間內(nèi)流加的培養(yǎng)液與發(fā)酵液體積之比D = 0：分批發(fā)酵D 0，表明細(xì)胞濃度增加D = ：dX/dt = 0，表明細(xì)胞濃度恒定（穩(wěn)態(tài)）D ：dX/dt m：細(xì)胞濃度X 趨于零，無法達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)(2-3)第六十四張

35、，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué)研究細(xì)胞產(chǎn)酶速率及各因素對其的影響宏觀產(chǎn)酶動力學(xué)（非結(jié)構(gòu)動力學(xué)）從整個發(fā)酵系統(tǒng)著眼，研究群體細(xì)胞的產(chǎn)酶速率微觀產(chǎn)酶動力學(xué)（結(jié)構(gòu)動力學(xué)） （補充，簡單了解）從細(xì)胞內(nèi)部著眼，研究細(xì)胞中酶合成速率細(xì)胞內(nèi)酶生物合成的一般模型（路徑分析）分解代謝物阻遏的酶生物合成模型誘導(dǎo)型酶合成模型阻遏型酶合成模型第六十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 宏觀動力學(xué)（重點）產(chǎn)酶速率（RE）與細(xì)胞比生長速率（）、細(xì)胞濃度（X）等因素有關(guān)，即式 (2-5) 稱為宏

36、觀產(chǎn)酶動力學(xué)方程，式中：E 酶濃度，UL-1RE 產(chǎn)酶速率，UL-1h-1X 細(xì)胞濃度，(g DC)L-1 生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系數(shù)，U(g DC)-1 非生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶速率，U(g DC)-1h-1(2-5)第六十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 各種產(chǎn)酶模式下的宏觀動力學(xué)方程1. 同步合成型： = 0，則2. 中期合成型：特殊的生長偶聯(lián)型， = 0有阻遏存在時， =0，無酶產(chǎn)生阻遏解除后才開始合成酶，此時(2-6)(2-6a)(2-6b)第六十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)

37、概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 各種產(chǎn)酶模式下的宏觀動力學(xué)方程3. 滯后合成型：非生長偶聯(lián)型， = 0，則4. 延續(xù)合成型：部分生長偶聯(lián)型， 0， 0參數(shù)的確定以實驗為基礎(chǔ)，對大量實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合而得出通過線性化處理及嘗試誤差法求出(2-7)(2-8)第六十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)（簡單了解）酶生物合成的一般模型RA、RI：有活性和無活性的阻遏蛋白SI、SR：誘導(dǎo)物和阻遏物CC：環(huán)腺苷酸受體蛋白 CAP 與環(huán)腺苷酸 cAMP 的復(fù)合物RASI：RA 與SI 的結(jié)合物，不與操縱基因結(jié)合RISR：RI 與SR 的結(jié)合物，可與操縱基因結(jié)合，使

38、mRNA 無法合成N：RNA的分解產(chǎn)物微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶第六十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)酶的生物合成速率酶的生成途徑酶的生成速率mRNA mRNA 的濃度，molL-1E 細(xì)胞中酶的濃度，UL-1 細(xì)胞比生長速率，h-1；對于非生長偶聯(lián)型， = 0(2-101)第七十張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)(1) 分解代謝物阻遏的酶生物合成模型設(shè)細(xì)胞中 k1 和 DNA 濃度 DNA 為常數(shù)(2-102)(2-103)(2-104)

39、第七十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)對各種中間產(chǎn)物采用擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)，即將產(chǎn)酶速率用 DNA 濃度、cAMP 濃度和酶量E 來表示，即將式 (2-102)、(2-103)、(2-104) 代入式 (2-105) 并聯(lián)立式 (2-101)整理得(2-105)(2-106)(2-107)第七十二張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)(2) 誘導(dǎo)型酶合成模型設(shè)細(xì)胞中 k2 和 DNA 濃度 DNA 為常數(shù)(2-108)(2-109)(2-110)第七十

40、三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)對各種中間產(chǎn)物采用擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)，即將產(chǎn)酶速率用 DNA 濃度、SI 濃度和酶量E 來表示，即將式 (2-108)、(2-109)、(2-110) 代入式 (2-111) 并聯(lián)立式 (2-101)整理得(2-111)(2-112)(2-113)第七十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)(3) 阻遏型酶合成模型設(shè)細(xì)胞中 k3 和 DNA 濃度 DNA 為常數(shù)(2-114)(2-115)(2-116)第七十五張，PP

41、T共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述二、產(chǎn)酶動力學(xué) 微觀動力學(xué)對各種中間產(chǎn)物采用擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)，即將產(chǎn)酶速率用 DNA 濃度、SR 濃度和酶量E 來表示，即將式 (2-114)、(2-115)、(2-116) 代入式 (2-117) 并聯(lián)立式 (2-101)整理得(2-117)(2-118)(2-119)第七十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述三、基質(zhì)消耗動力學(xué)研究發(fā)酵過程中基質(zhì)消耗速率及影響因素基質(zhì)包括碳源、氮源、氧氣等發(fā)酵過程中，基質(zhì)消耗通常用于細(xì)胞生長、產(chǎn)物生成和正常的新陳代謝，因此基質(zhì)消耗速率（RS

42、）表示為這三項之和，即由于發(fā)酵過程中基質(zhì)不斷被利用，濃度不斷降低，因此，基質(zhì)消耗速率為負(fù)值第七十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述三、基質(zhì)消耗動力學(xué)1. 用于細(xì)胞生長的基質(zhì)消耗速率，表示單位時間內(nèi)細(xì)胞生長所引起的基質(zhì)濃度變化下標(biāo)的 “G” 表示“生長（growth）”細(xì)胞生長得率系數(shù)（YX/S）定義為細(xì)胞濃度變化量（X）與基質(zhì)濃度變化量（-S）之比(2-9)(2-10)第七十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述三、基質(zhì)消耗動力學(xué)2. 用于產(chǎn)物生成的基質(zhì)消耗速率，表示單位時間內(nèi)產(chǎn)物生成引起的基質(zhì)

43、濃度變化下標(biāo)的 “P” 表示“產(chǎn)物（product）”產(chǎn)物生成得率系數(shù)（YP/S）定義為產(chǎn)物濃度變化量（P）與基質(zhì)濃度變化量（-S）之比(2-11)(2-12)第七十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述三、基質(zhì)消耗動力學(xué)3. 用于維持細(xì)胞代謝的基質(zhì)消耗速率，表示單位時間內(nèi)維持細(xì)胞正常新陳代謝所引起的基質(zhì)濃度變化下標(biāo)的 “M” 表示“代謝（metabolism）”細(xì)胞維持系數(shù)（m）定義為單位時間（t）內(nèi)基質(zhì)濃度的變化量（-S）與細(xì)胞濃度（X）的比值細(xì)胞維持系數(shù)主要決定于微生物種類，也受外界條件的影響(2-13)(2-14)第八十張，PPT共九十八

44、頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述三、基質(zhì)消耗動力學(xué)根據(jù)物料衡算，將式 (2-9)、式 (2-11) 和式 (2-13) 相加，得到總的基質(zhì)消耗速率（RS）為：(2-15)(2-15a)第八十一張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶酶發(fā)酵動力學(xué)概述酶發(fā)酵動力學(xué)小結(jié)實際發(fā)酵過程遠(yuǎn)比模型復(fù)雜，以上模型在使用時往往需要根據(jù)實際情況進(jìn)行修正動力學(xué)模型參數(shù)的估算是一項重要而又復(fù)雜的問題，有時候通過實驗數(shù)據(jù)擬合得到，有時候需通過大量實驗數(shù)據(jù)分析并借助于經(jīng)驗公式估算在實驗中，數(shù)據(jù)有時會呈現(xiàn)隨機性和波動性，需要借助于數(shù)學(xué)方法和計算機編程解決第八十二

45、張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞的概念又稱固定化活細(xì)胞、固定化增殖細(xì)胞固定化細(xì)胞是用各種方法固定在載體上，在一定空間范圍內(nèi)進(jìn)行生長、繁殖和新陳代謝的細(xì)胞20 世紀(jì) 70 年代后期發(fā)展起來的技術(shù)目前在發(fā)酵生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等胞外酶方面取得了成功第八十三張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的特點提高酶的產(chǎn)率 細(xì)胞固定化之后，單位空間內(nèi)細(xì)胞密度增大，因此加速了生化反應(yīng)不同發(fā)酵方式對-淀粉酶產(chǎn)酶率的影響細(xì)胞發(fā)酵方式稀釋率(h-1)體積產(chǎn)酶率(UL-1

46、h-1)相對產(chǎn)酶率(%)固定化連續(xù)0.434875578連續(xù)0.304515535連續(xù)0.133240384分批1031122游離分批844100第八十四張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的特點可以 反復(fù)使用，可以在高稀釋率下連續(xù)發(fā)酵提高基因工程菌質(zhì)粒的穩(wěn)定性固定化細(xì)胞對 pH 值、溫度等外界條件的適應(yīng)范圍增寬，對抑制劑的耐受能力增強，因此發(fā)酵 穩(wěn)定性好可先經(jīng)預(yù)培養(yǎng)再轉(zhuǎn)入發(fā)酵生產(chǎn)，縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率固定化發(fā)酵是 非均相體系，產(chǎn)品容易分離純化一般只適用于 胞外酶 的生產(chǎn)第八十五張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于202

47、2年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的工藝條件及控制固定化細(xì)胞預(yù)培養(yǎng)目的 讓細(xì)胞適應(yīng)固定化之后的新的環(huán)境一般采用與產(chǎn)酶階段不同的培養(yǎng)基溫度控制適應(yīng)范圍較寬連續(xù)發(fā)酵時，由于稀釋率（D）較高，反應(yīng)器內(nèi)溫度變化較大，因此應(yīng)預(yù)先調(diào)節(jié)流加液溫度培養(yǎng)基組分控制培養(yǎng)基中某些物質(zhì)影響固定化載體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)控制這些物質(zhì)的含量第八十六張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的工藝條件及控制溶解氧的供給 限制性因素原因：傳質(zhì)問題解決思路加大通氣量，但避免劇烈攪拌（氣升式反應(yīng)器）改變固定化載體，如少用瓊脂等對氧

48、擴散不利的載體；在制備固定化載體時，采用多孔材料或人工致孔，增強溶解氧在載體內(nèi)的擴散添加能富集氧或有利于氧傳遞的物質(zhì)降低培養(yǎng)基的濃度和黏度第八十七張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞生長和產(chǎn)酶動力學(xué)基本原則在固定化細(xì)胞體系中細(xì)胞分兩部分：一部分是固定在載體上的細(xì)胞，濃度基本穩(wěn)定；另一部分是 泄漏 到培養(yǎng)液中的細(xì)胞，類似于游離細(xì)胞在描述時分兩部分，按固定化細(xì)胞和游離細(xì)胞分開描述固定化細(xì)胞游離細(xì)胞酶活力時間細(xì)胞濃度或酶活第八十八張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶1. 固定化細(xì)胞生長動力學(xué)體系中的細(xì)胞包括固定化的和游離的，因此下標(biāo)“ g ”和“ f ”分別表示固定在載體上的細(xì)胞和游離細(xì)胞由式 (2-1) 可知根據(jù) Monod 方程(2-16)(2-17)(2-2)第八十九張，PPT共九十八頁，創(chuàng)作于2022年6月微 生 物 發(fā) 酵 產(chǎn) 酶固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶1. 固定化細(xì)胞生長動力學(xué)將式 (2-2) 代入式 (2-17)，得到固定化細(xì)胞生長動力學(xué)方程式中，mg 固定在載體上的細(xì)