体内基因重组 包括少数获者个别基因的重组，主
要通过接合、转导、转化等方法进行；也包括整 个染色体的重组， 主要的途径是原生质体融合
39
40
原生质体融合
41
4）体外基因重组提高酶产量

体外基因重组，简称DNA重组技术或基因工程 基因工程在酶生产中的作用 1、提高微生物中原酶的产量
2、用微生物表达、生产动物或植物的酶基因
场的一半以上。
1.3 酶在轻工业方面的应用
酶在轻化工业中的用途主要包括：
洗涤剂制造（增强去垢能力）、
毛皮工业、 明胶制造、 胶原纤维制造（粘接剂）、 化妆品的生产、
造纸、
感光材料生产、 废水废物处理、 饲料加工等。
1.4 酶在饲料中的应用
1）、补充畜禽内源酶的不足，增加可消化性； 2）、解除饲料中抗营养因子； 3）、良好安全性和减少环境污染；
调节通气量 调节氧的分压 调节气液接触时间 调节气液接触面积 改变培养液的性质
33
控制溶解氧方法
5.3 提高酶产量的措施
1)通过条件控制提高酶产量 A 添加诱导物
对于诱导酶的发酵生产，在发酵过程中的某个适 宜的时机，添加适宜的诱导物，可以显著提高酶的产 量。例如，乳糖诱导β-半乳糖苷酶，纤维二糖诱导 纤维素酶，蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成 等。 诱导物一般可以分为3类 酶的作用底物 酶的催化反应产物 作用底物的类似物
酶在饲料中的应用
酶制剂在国外饲料工业中得到不断应用，不 仅提高了饲料原料的转化率，也促进了对饲料 的消化。 植酸酶（ Phytase ）
主要用于提高植酸磷的消化 率，并相应改善钙和其它矿物 元素的利用率。大大降低了动 物粪便中磷的排放量，有益环 保。
1.5 酶在环境保护中的三个应用
1）、环境监测 2）、废水处理 • 过氧化物酶 • 多酚氧化酶 3）、可降解材料开发
5、酶的发酵生产
5.1、一般工艺流程
试管菌种培养
茄瓶菌种培养 孢子（菌体）悬液制备 种子罐菌种培养 发酵罐发酵 发酵液预处理 酶的分离纯化精制
摇瓶菌种培养
28
5.2
酶的发酵工艺条件与控制
5.2.1 培养基的设计原则


1）、选择适宜的营养物质 2）、营养物的浓度及配比合适 3）、物理、化学条件适宜 4）、经济节约 5）、精心设计、试验比较
36
2)、通过基因突变提高酶产量

突变：是指生物的遗传性状发生变异，以致影响
了生物的正常遗传，可遗传的

基因突变发生在结构基因上，往往导致酶的结构 和性质发生改变： 基因突变引起酶产量提高的方式： 1.诱导型 2.阻遏型 组成型 去阻遏型
37
基因突变可以自发地发生，但自发突变发生的频
率低

人工突变的方法： 快中子辐射
(1) 大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著 名的原核生物。
形态：短杆或长杆状,革兰氏阴性，运动(周毛)或 不运动，无芽孢，一般无荚膜。菌落呈白色至黄白 色，扩展，光滑，闪光。
应用：工业上生产谷氨酸脱羧酶、天冬酰胺酶和制
备天冬氨酸、苏氨酸及缬氨酸等
19
(2) 醋酸杆菌（Acetobacter）
酶在环境保护方面的三个应用 其一是用于环境监测。根据生物传感的原理 将固定化酶涂布在电极上做成生物修饰电极 , 用 于监测环境中的一些微量化学物质如苯比咯 , 氯 代芳烃, 氟代芳烃, 硝酸盐, 磷酸盐以及甲醇等
。具有方便、快速灵敏等特点。
其三是降解材料。 如制革工业中的原料脱毛历来都是用石灰硫 化钠法, 工序繁重, 周期长, 污染严重, 而且灰 碱脱毛后还须蛋白酶软化。但若用蛋白酶脱毛可
34
B、添加表面活性剂
表面活性剂可以与细胞膜相互作用，增加细胞的透 过性，有利于胞外酶的分泌，从而提高酶的产量。 将适量的非离子型表面活性剂，如吐温（Tween）、 (Triton)等添加到培养基中，可以加速胞外酶的分泌，而
使酶的产量增加。
由于离子型表面活性剂对细胞有毒害作用，尤其是季 胺型表面活性剂是消毒剂，对细胞的毒性较大，不能在 酶的发酵生产中添加到培养基中。
Common microorganism in Enzyme Production 2.1 基本要求： 不是致病菌、安全性可靠； 发酵周期短,产酶量高；
最好是产生胞外酶的菌种,利于分离；
容易培养和管理； 产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染； 有利于酶的分离和纯化。
17
2.2 种类
1）、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)
26
4.微生物酶的类型
1）、胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋
白酶、 纤维素酶、果胶酶），是微生物为了
利用环境中的大分子而释放到细胞外的，即使 胞外浓度很高，胞内也能维持较低水平，受到 的调节控制少。 2）、胞内酶：指合成后仍留在细胞内发挥作 用的酶，酶活性和浓度受到中间产物和终产物 的调控。
27
24
3. 产酶微生物的分离和筛选
1)样品的采集:从富含该酶作用底物的场所采集样 品；
2)富集培养: 投其所好，取其所抗；
3)分离获得微生物的纯培养（pure culture）； 4)初筛：选出产酶菌种，以多为主； 5)复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为 主。
25
蛋白酶产生菌的获得方法
应 用 含 酪 蛋 白 的 培 养 基
2）、大肠杆菌(Escherichia coli) 3）、黑曲霉(Aspergillus niger) 4）、米曲霉(Aspergillus oryzae) 5）、青霉(Penicillium) 6）、木霉(Trichoderma) 7）、根霉(Rhizopus) 8）、毛霉(Mucor) 9）、链霉菌(Streptomyces) 10）、啤酒酵母(Saccharomyces Cerevisiae) 11）、假丝酵母(Candida)
菌体从椭圆至杆状，单个、成
对或成链，革兰氏阴性，运动 （周毛）或不运动，不生芽孢。 好气。含糖、乙醇和酵母膏的 培养基上生长良好。 应用：有机酸(食醋等）葡萄 糖异构酶(高果糖浆 )山梨糖 (维C中间体）
20
(3)枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）
直状、近直状的杆菌，
周生或侧生鞭毛，革兰
30
pH值的控制
细胞发酵产酶的最适pH值与生长最适pH值往
往有所不同。细胞生产某种酶的最适pH值通常接 近于该酶催化反应的最适pH值。 有些细胞可以同时产生若干种酶，在生产过 程中，通过控制培养基的pH值，往往可以改变各
种酶之间的产量比例。
的最适生长 温度为34～37℃ 黑曲霉的最适生长温 度为28～32 ℃
23
(6)酵母啤酒酵母
(Saccharomyces cerevisiae)
啤酒酵母是啤酒工业上广泛 应用的酵母。细胞由圆形、卵形、 椭圆形到腊肠形。在麦芽汁培养 基上，菌落为白色，有光泽，平 滑，边缘整齐。 啤酒酵母除了主要用于啤酒、 酒类的生产外，还可以用于转化 酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶等 的生产。
通常在生物学范围内每升高10℃，生长速度就加快一倍， 所以温度直接影响酶反应，对于微生物来说，温度直接影 响其生长和合成酶。 有些细胞发酵产酶的最适温度与细胞生长最适温度有 所不同，而且往往低于生长最适温度。
32
3）、溶解氧的控制
在酶的发酵生产过程中， 处于不同生长阶段的细胞，
其细胞浓度和细胞呼吸强度各不相同，致使耗氧速率有 很大的差别。因此必须根据耗氧量的不同，不断供给适 量的溶解氧。
1、酶的广泛应用
绿色健康，“酶”力无限
医药、洗涤剂、纺织、
淀粉制糖、发酵、酒精、 食品（包括果蔬汁、啤酒 酿造、谷物食品、蛋白水 解、和功能食品以及食用
油脂）、饲料、皮革、造
纸和化工等工业领域
1.1 酶在医药方面的应用
治疗消化不良、 食欲不振的多酶 片等
利用青霉素酰化酶制 造半合成青霉素和头 孢霉素。
氏阳性，无荚膜，芽孢
中生或近中生。
枯草芽孢杆菌是工 业发酵的重要菌种之一。
生产淀粉酶、蛋白酶、
5’-核苷酸酶、某些氨基
酸及核苷。
21
(4) 根霉(Rhizopus)
分类学上属于藻状菌纲，毛霉目，根 霉属。 根霉因有假根而得名。 分布于土壤、空气中，常见于淀粉食 品上，可引起霉腐变质和水果、蔬菜 的腐烂。 代表种：米根霉、黑根霉等。 应用：根霉能产生一些酶类，如淀粉 酶、果胶酶、脂肪酶等，是生产这些 酶类的菌种。在酿酒工业上常用做糖 化菌。有些根霉还能产生乳酸、延胡
第20讲 微生物酶的发酵生产
The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
1
教学目的与要求
◆ 了解酶在不同行业的广泛应用； ◆ 熟悉产酶微生物的种类； ◆ 掌握酶的 发酵生产工艺。
主要内容
1、酶的广泛应用； 2、常见产酶微生物； 3、产酶微生物的分离筛选； 4、酶的类型； 5、酶的生产工艺。
29
5.2 发酵条件及控制
1）、pH值的控制 培养基的pH必须控制在一定的范围内，以满足 不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。为了 维持培养基pH的相对恒定，通常在培养基中加入pH
缓冲剂，或在进行工业发酵时补加酸、碱。
通常培养条件：
细菌与放线菌：pH7-7.5
酵母菌和霉菌：pH4.5-6范围内生长
以改善劳动条件, 缩短周期, 并使脱毛与软化工
序合二为一, 最可取的是可以使污水危害大大减 轻。
其二是对工业及生活废物, 废水进行处理。
农业废物如稻草、麦杆以及废纸等纤维素物质可
用纤维素酶水解, 制成葡萄糖, 后者经发酵后可
制取多种有用物质。
常用的酶制剂-1