微生物酶的生產(chǎn)

1培養基。 

培養基不同，微生物的比生長(cháng)速率和酶形成能力也不同，因而在培養基中提供適當而豐富的營(yíng)養物，是菌體生長(cháng)和酶大量產(chǎn)生的重要前提。酶制劑生產(chǎn)中所用原料主要包括碳源(包括能迅速利用的單糖、雙糖和緩慢利用的淀粉、纖維素等多糖)、氮源(包括豆餅粉、花生餅粕、魚(yú)粉、蠶蛹粉、酵母粉、玉米漿等有機氮源和銨鹽、硝酸鹽等無(wú)機氮源)、無(wú)機鹽和誘導物，固體發(fā)酵往往還要加入一定量利用通風(fēng)的載體如稻殼、玉米皮等。實(shí)踐證明，培養基中碳源與氮源的比例即碳氮比(通常用C/N表示)就直接影響菌體的生長(cháng)、繁殖和酶的生成。當C/N比值過(guò)小時(shí)，即培養基中氮源過(guò)多，造成微生物生長(cháng)過(guò)盛，而碳源供應不足，容易引起菌體衰老和自溶，造成氮源浪費和酶產(chǎn)時(shí)下降；如果C/N比值過(guò)高，即氮源不足，微生物生長(cháng)過(guò)慢，一方面容易引起雜菌感染，另一方面由于沒(méi)有足夠量的微生物來(lái)產(chǎn)酶，也會(huì )造成碳源糧費和酶產(chǎn)量下降。因此，應根據各種微生物的特性，恰當地選擇適宜的C/N比值，是提高酶產(chǎn)量的重要措施。各種無(wú)機鹽類(lèi)和微量元素如磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈉、鈣、鋅、錳等，是微生物細胞結構的重要成分或酶的組成成分或維持酶的活性，能促進(jìn)微生物生長(cháng)、發(fā)育、刺激酶的生成，培養基中不可或缺。對于含復雜成分的培養基來(lái)說(shuō)，原料和水中往往已含有足夠量的無(wú)機元素，一般不需另外添加。但不同菌種的需要量不同，應通過(guò)實(shí)驗來(lái)研究確定。 

飼料工業(yè)所用微生物酶大都屬于誘導酶類(lèi)，因此向培養基中加入誘導物就會(huì )增加胞外酶的產(chǎn)量。如加入槐糖能誘導木霉菌的纖維素酶的生成，木糖誘導半纖維素酶的生成。但誘導物價(jià)格往往比較昂貴，實(shí)際生產(chǎn)中一般加入廉價(jià)的含有誘導物的原料來(lái)代替，如槐豆莢等某些植物的種籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木取糖，培養過(guò)程中可陸續被水解產(chǎn)生槐糖、木糖。 

2產(chǎn)酶微生物的要求。 

生產(chǎn)酶制劑所用菌種要能利用比較廉價(jià)和簡(jiǎn)單和原料，且食性越廣越好，在不需添加誘導劑的條件下容易生長(cháng)，且生長(cháng)迅速；產(chǎn)生的酶容易分離純化和濃縮，酶活性要高，穩定性要好，活性譜要寬；產(chǎn)酶微生物應具有穩定的生理特性，而且不形成有毒或致免疫的代謝物。特別要說(shuō)明的是，產(chǎn)酶菌種除公認是安全菌株外，都要做毒性實(shí)驗。 

3發(fā)酵生產(chǎn)。 

微生物酶的生產(chǎn)，目前主要采用液體深層發(fā)酵和固體發(fā)酵兩種方式。與其他培養方式相比，液體深層發(fā)酵具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)液體懸浮狀態(tài)是許多微生物的最適生長(cháng)環(huán)境；

2)在液態(tài)環(huán)境中，菌體、底物、產(chǎn)物(包括熱)易于擴散，使發(fā)酵在均質(zhì)或擬均質(zhì)條件下進(jìn)行，便于檢測、控制，易擴大生產(chǎn)規模；

3)液體輸送方便，易于機械化操作；

4)產(chǎn)品易于提取精制。 

與液體發(fā)酵相比，固體發(fā)酵具有如下缺點(diǎn)：

1)生產(chǎn)工藝主要限于耐低水活性的菌中；

2)微生物生長(cháng)速度較慢，產(chǎn)物有限；

3)大規模操作時(shí)，產(chǎn)生的代謝熱較難散去，生產(chǎn)過(guò)程中固態(tài)發(fā)酵參數難以準確測定，難以實(shí)現操作的機械化及控制的自動(dòng)化；

4)生化反應器的設計還不完善，傳統的發(fā)酵方式易染雜菌。 

但是，固體發(fā)酵也具有很多液體發(fā)酵所不具備的優(yōu)點(diǎn)，主要表現為：1)培養基簡(jiǎn)單，多為便宜的天然基質(zhì)；

2)基質(zhì)的低含水量可大大減少生化反應器的體積，不需要廢水處理，較少環(huán)境污染，常不需要嚴格的無(wú)菌操作，后處理加工方便；

3)不一定連續通風(fēng)，一般可由間歇通風(fēng)或氣體擴散完成；

4)產(chǎn)物的產(chǎn)率可較高；

5)設備簡(jiǎn)單，投資小，能耗低。由于飼料工業(yè)附加值低，飼料用酶無(wú)需精制，因此，采用固態(tài)發(fā)酵更為合適。國內復合酶制劑的生產(chǎn)一般采用固態(tài)發(fā)酵，液態(tài)發(fā)酵主要用于植酸酶的生產(chǎn)或生產(chǎn)單酶制劑用于復配合酶制劑。 

微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)是由微生物的生化活動(dòng)和環(huán)境條件相互作用完成的。在發(fā)酵生產(chǎn)中，只有環(huán)境條件能夠被直接調節和控制。除培養基成分及其濃度外，接種量、溫度、pH、溶解氧等環(huán)境變量也都能影響微生物代謝活動(dòng)，在固體發(fā)酵中，發(fā)酵空間的空氣濕度及物料含水量也嚴重影響菌種的代謝活動(dòng)和產(chǎn)酶量。菌種不同，生產(chǎn)酶制劑所需工藝條件也不同，其最佳工藝參數必須通過(guò)實(shí)驗來(lái)確定。只有為培養物提供一個(gè)最適的環(huán)境，菌體的代謝活動(dòng)才能得到最充分的表達，酶產(chǎn)量才高。 

4酶的提取。 

在發(fā)酵基質(zhì)中，酶都與大量的其他物質(zhì)共同存在，而且酶的含量比其他物質(zhì)要少得多，因此工業(yè)用酶需從大量的其他物質(zhì)中將酶分離出來(lái)。但飼料用酶無(wú)需純酶，且發(fā)酵所用基質(zhì)及菌體在生長(cháng)過(guò)程中所產(chǎn)生的氨基酸、維生素、核苷酸、促生長(cháng)因子等成分對畜禽生長(cháng)都是有利的，因此飼料用酶無(wú)需精制，只要將發(fā)酵基質(zhì)進(jìn)行濃縮(對液體發(fā)酵來(lái)講)、干燥獲得粗酶制品即可。 

5酶的保藏。 

酶是生物活性物質(zhì)，酸、堿、有機溶劑、重金屬、表面活性劑、高溫、紫外線(xiàn)等一些理化因素易引起酶結構發(fā)生變化，造成酶的失活，保藏時(shí)應注意避免這些不利因素。對于酶的保藏，要保持酶長(cháng)期不失活，關(guān)鍵要控制好水分和溫度兩個(gè)條件。一般含水量高時(shí)酶易失活，含水量超過(guò)10%，在室溫或低溫下均易失活；含水量降至5%時(shí)，在室溫或低溫下較穩定，溫度越高，越易失活。因此最好在低溫下保存酶制品，特別是酶制品含水分較高時(shí)，更宜低溫保存。日光照射有時(shí)也引起某些酶的失活，因此酶應避免日光直射。一些重金屬離子(如銅、鐵、鉛、汞、銀等)會(huì )抑制酶的活力，甚至會(huì )使酶失活，應盡量避免與這些物質(zhì)接觸。酶的底物和某些物質(zhì)具有保存酶的作用，因此酶貯存時(shí)應根據酶的不同特性添加酶的穩定劑或進(jìn)行包被處理，以使酶長(cháng)期保存不失活。

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