分批培养 (Batch culture)转化法，在摇瓶或发酵罐中进行培养转化，
这是较常用的方法。 加底物的时间
一般是在微生物培养至生长旺盛的对数生长期的中期，或在后期产
生酶的高峰时期，加入底物进行转化。个别也有在生长早期加底物。
加入底物的状态
加入的底物可以是水溶液或直接用粉末状的固体底物，必要时也可以 使用对微生物毒性较小的溶剂如乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)，
或二甲基亚砜(DMSO)，丙二醇等配制底物溶液。
对于水不溶的底物，如甾体化合物，除了用上述任何一种方法溶解后 加入培养菌液进行转化外，最好另外再加少量表面活性剂如吐温-80等， 使底物均匀地分散在培养液中，便于转化。 加底物的方式 投料方式可以一次或分批添加。在任何一种生物转化过程中，都必须 考虑底物的各种性质，如渗透性、溶解度、稳定性、毒性等。
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50年代初，Peterson及Murray成功地将微生物转化用于甾体合成。 60年代和70年代以来应用微生物转化合成各种新青霉素和新头孢霉素。 90年代后微生物转化技术又得到进一步的发展，成为合成手性药物不可 缺少的合成技术。 微生物转化反应已涉及到直链烷烃类、环状烷烃类、碳水化合物类、萜
类、甾醇类、非甾醇环状类和杂环类等化合物的合成，并已广泛地应用
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催化剂的性能指标
酶活
人们并不关注总酶活，而更多关注比活和体积活力
活性
比活
为评价生物催化剂的性能，比活是一个基本指标
转换频率（turnover frenquency, 缩写为tof）
催化事件的数目 转换频率（tof）＝ 时间 活性位点的数目
转换频率使得人们能对不同催化体系（生物的或非生物）的性能进行比较
High enzyme concentration.
in practice,owing to an either excessive viscosity increase or excess of deactivated protein in the reactor, a maximum limit of enzyme concentration is reached. An increase can be effected through the temperature (Arrhenius behavior)
选择性
衡量在一定转化程度下的对映选择性
反映产品分离后整体选择性的大小。
BIOCATALYSIS TECHNOLOGY
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稳定性
抑制剂、氧、不合适的pH或其它因素如机械压力或剪切力等
能显著影响酶的稳定性，但酶的稳定性通常是指温度稳定性
酶活对时间的衰减
[E]t=[E]0exp(-kd· t)
[E]t和[E]0分别是在时间t和零点时的酶活，kd是失活速率常数。
When considering the Michaelis–Menten equation
[v = vmax[S]/(KM + [S])= kcat[E][S]/(KM + [S])], there are three possible ways to achieve a maximum reaction rate:
（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更大价值的化合
物。 微生物转化法是一种古老的技术。例如酿醋，就是人类最早利用
的微生物转化技术。
1862年巴斯德开始用纯菌种木醋杆菌 (Acetobacter xylinum)使乙醇 转化（氧化）生成醋酸，这就成了典型的微生物转化反应。
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BICATALYSIS TECHNOLOGY
微生物转化的方法
生长细胞培养转化法(growing culture)
静止细胞培养转化法(resting culture) 固定化细胞转化法(Immobilized cells)
生长细胞培养转化法
在培养菌体的适当时间(中期或后期)，将底物直接加到微生物生长培 养基中，微生物自身繁殖生长的同时对底物进行生物转化。一般用
第二阶段是加入底物进行转化
◦ 需要将底物进行适当处理，配制成溶液，与微生物发酵液或菌体 悬浮液混合，按适宜的转化条件进行转化反应。
微生物转化步骤
筛选菌种→培养菌（体）丝或孢子→选择适宜的转化方式
→转化培养 (即转化发酵)或菌体及孢子悬浮液转化 →转化液的分离提取→产品精制。
微生物转化概要
1. 筛选菌种：菌种是微生物转化的关键。根据转化反应类型，收 集相关类别的微生物菌株。可参考文献用过的菌株，从国家或 部门菌种保藏中心、学校或研究机关实验室索取、购买。也可 从土壤分离筛选。
底物
（进入）
菌种 ↓ 培养（发酵） ↓ 菌体细胞（反应）
（分泌）
产物
微生物转化通常的两个阶段
第一阶段为菌体培养
◦ 为了获得较多的微生物菌体或酶，需供给菌体丰富的营养，在最 适的温度、pH和通气条件下，使其充分繁殖，保证菌体良好生长。 培养时间的长短随菌种而异，一般细菌需要12-24h，霉菌24-48h。 但微生物菌体生长与酶的产生条件不完全一致，还需研究发酵产 酶的条件，尽可能地诱导产生所需要的酶，抑制不需要的酶。
TTN
生成的产物摩尔数 消耗的催化剂摩尔数
在应用生物催化中，生物催化剂的纯度常常不知道，生物催化的 稳定性常以酶消耗数（酶单耗）（enzyme consumption number，
缩写为e.c.n）表示
消耗的酶量 酶的克数 e.c.n. ＝ 生成的产物量 产物的千克数（或磅数 ）
空间-时间收率（space-time yield，缩写为s.t.y.）
微生物转化收率高、成本低
微生物转化反应是在全细胞内进行，保持原有整体酶系统，比较符
合生物催化所需环境与条件。
在氧化 - 还原等催化反应时不需添加辅酶，对于酶法合成来说这是 很难满足的。 微生物转化反应可以持续进行，反应量大，收率高，可以大规模工 业生产。加上设备和原料简单易得等优点，生产成本一般低于化学 合成，也往往低于分离纯化酶的酶法合成。
选择性σ和转化程度x有关
从方程可以计算产物浓度[P]:
γ＝x· σ
[P]=[S]0· γ=[S]0 · x· σ
大规模生产的化学品，收率达到98%或99%是绝对必要, 精细化学品产率
90%~95%就够了，对于具有特殊性能的化学品的初步生产阶段，例如药物，
收率只要大于80%就可被接受； 可接受的收率取决于工艺的步骤数，其中包括产品的分离步骤。 如果每一步收率都达到90%，总收率取决于经历的步骤数n，对于一步操 作，γoverall,1＝90％，对于三步操作，γoverall,3＝73％，对于10步操作， γoverall,10＝35％ ！
High substrate concentration (increase of space–yield).
Enzyme reactions can be accelerated by increasing the substrate concentration up to the limit of saturation (≈ 10KM). If [S] ≥ KM, the enzyme is saturated which means enhancing either the biocatalyst concentration and/ or the time constant kcat.
生物催化的应用
第一节 酶催化工艺性能指标 第二节 微生物生物转化 第三节 用于生物催化的主要酶与微生物
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BIOCATALYSIS ENGINEERING
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4.1 酶催化工艺性能指标
催化剂的性能指标
活性 选择性 稳定性
催化工艺的性能指标
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BIOCATALYSIS & CHIROTECHNOLOGY
催化速率常数kcat和失活速率常数kd的比值，可用 于快速评价失活酶的潜力。
决定、评价、优化工艺路线，常见指标：
①
产品收率，
②（生物）催化剂生产率，
③ ④ 操作稳定性／（生物）催化剂稳定性， 反应器生产率。
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BIOCATALYSIS & CHIROTECHNOLOGY
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产物的收率γ:
到制药、农药、食品、日用品和石油化工等工业领域。

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BICATALYSIS TECHNOLOGY
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微生物转化的特点
对立体结构合成上具有高度的专一选择性
严格的立体结构选择性，对药物合成来说是非常重要的。特别像生理活性 很高的激素、抗生素以及心血管系统和神经系统药物等的药效对立体结构 的要求很高，往往具有严格对映体立体构型要求，此为有机化学合成方法 难以达到的。 微生物转化反应是一种酶的催化反应，有严格的区域选择性 (regioselectivity)、面选择性(face selectivity )和对映异构体选择性(enantiope selectivit。并且，微生物或酶有时能在有机分子的非活性中心发生反应， 这对一般化学方法来说是很难实现的。
微生物转化反应条件温和，设备简单，公害少，并且反应
速率快
高效催化是微生物转化的另一特征。在最适条件下，酶能在1s内使 102～106个底物分子转变成产物，并在常温、常压和pH近中性等条 件进行催化反应，这往往是普通化学催化剂所不能进行的。
微生物转化无需高压、强热等苛刻的条件，设备简单，反应条件温
和，生产安全，原料除底物和普通培养基外没有其他化学品，避免 或减少使用强酸、强碱和一些有毒原料，改善操作条件，环境友好
Increase in the time constant.
Catalytic Constant
2.3 微生物生物转化