酶的生产和利用 一、微生物酶制剂的生产 主要有以下步骤： 1、目的酶生产菌株的分离筛选 （1）从自然界分离筛选 （2）用物理、化学因子处理诱变 （3）用基因重组或细胞融合技术选育 2、酶的生产 （1）要选择好的培养方法，包括培养基组成配比、培养温度、pH 值、通气量等
酶的生产和利用 一、微生物酶制剂的生产 主要有以下步骤： 1、目的酶生产菌株的分离筛选 （1）从自然界分离筛选 （2）用物理、化学因子处理诱变 （3）用基因重组或细胞融合技术选育 2、酶的生产 （1）要选择好的培养方法，包括培养基组成配比、培养温度、pH 值、通气量等
图:微生物在相当于三层楼高的发酵罐里生长繁殖，产生所需的酶 （2）确定工业规模大量生产的一系列工程和工艺条件，以及培养罐的形式、大小、通气条件、 温度和 pH 值的控制等。 图：通过改变培养基类型、酸碱度、氧气浓度和温度，研究人员现了生产某种酶的微生物的最佳 生长条件。 三、酶的提取、分离和纯化 1、微生物酶制剂的工业提取步骤大致如下： 如果是胞内酶，则首先要分离收集其菌体，使之破碎，将酶提取至液相中，此为出发酶液； 如果是胞外酶，它的深层发酵液或固体培养物的抽提液则为出发酶液。 2、制取工业酶制剂的步骤：
图:微生物在相当于三层楼高的发酵罐里生长繁殖，产生所需的酶 （2）确定工业规模大量生产的一系列工程和工艺条件，以及培养罐的形式、大小、通气条件、 温度和 pH 值的控制等。 图：通过改变培养基类型、酸碱度、氧气浓度和温度，研究人员现了生产某种酶的微生物的最佳 生长条件。 三、酶的提取、分离和纯化 1、微生物酶制剂的工业提取步骤大致如下： 如果是胞内酶，则首先要分离收集其菌体，使之破碎，将酶提取至液相中，此为出发酶液； 如果是胞外酶，它的深层发酵液或固体培养物的抽提液则为出发酶液。 2、制取工业酶制剂的步骤：
第一步——除去出发酶液中的悬浮固形物，获得澄清酶液，必要时再进行减压浓缩； 第二步——根据质量要求和经济性采用适当方法（如用盐析法、有机溶剂沉淀法、丹宁沉淀法等） 将酶沉淀分离； 图：只有酶和水能通过转鼓式过滤机；培养基和微生物则被留在硅藻土上。 第三步——收集沉淀、干燥、研粉、加适当的稳定剂、填充剂、做成粉末制剂。 • • 酶粒是在大型连续运转的水平混合机内生产出来的。提取的酶与盐、纤维素及 其他成分混合形成 0.5mm 大小的粒状物。然后用一种聚合体包裹，以防止酶尘在 使用过程中可能引起的致敏危险。 图:用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。 3、其他方法 对于质量要求高可提取液中共存有妨碍目的酶工艺效果的其他酶时，常用一些特殊纯化方法将 目的酶与其他酶和杂蛋分开，再分别沉淀制取。常用的方法有：
第一步——除去出发酶液中的悬浮固形物，获得澄清酶液，必要时再进行减压浓缩； 第二步——根据质量要求和经济性采用适当方法（如用盐析法、有机溶剂沉淀法、丹宁沉淀法等） 将酶沉淀分离； 图：只有酶和水能通过转鼓式过滤机；培养基和微生物则被留在硅藻土上。 第三步——收集沉淀、干燥、研粉、加适当的稳定剂、填充剂、做成粉末制剂。 • • 酶粒是在大型连续运转的水平混合机内生产出来的。提取的酶与盐、纤维素及 其他成分混合形成 0.5mm 大小的粒状物。然后用一种聚合体包裹，以防止酶尘在 使用过程中可能引起的致敏危险。 图:用多聚体包裹酶以减少酶尘引起的致敏危险。 3、其他方法 对于质量要求高可提取液中共存有妨碍目的酶工艺效果的其他酶时，常用一些特殊纯化方法将 目的酶与其他酶和杂蛋分开，再分别沉淀制取。常用的方法有：
（ 1 ）蛋白质选择性变性法 （ 2 ）分级盐析法 • 有机溶剂分级沉淀法 • 等电点法 • 柱层析法 • 电泳法 • 亲和层析法 四、酶的化学修饰技术 1、金属离子置换修饰 2、大分子结合修饰 3、肽链有限水解修饰 4、侧链修饰 图：微生物的基因经修饰能够产生所需的酶 五、固定化酶和固定化细胞 固定化酶是通过物理或化学的处理，使水溶性酶和固态的水不溶支持物（载体）相结合或被载
（ 1 ）蛋白质选择性变性法 （ 2 ）分级盐析法 • 有机溶剂分级沉淀法 • 等电点法 • 柱层析法 • 电泳法 • 亲和层析法 四、酶的化学修饰技术 1、金属离子置换修饰 2、大分子结合修饰 3、肽链有限水解修饰 4、侧链修饰 图：微生物的基因经修饰能够产生所需的酶 五、固定化酶和固定化细胞 固定化酶是通过物理或化学的处理，使水溶性酶和固态的水不溶支持物（载体）相结合或被载
体包埋，但仍保留酶活力。 1、固定化酶的特征 （1）反应完成后经过过滤或离心等简单的分离就可回收，重复使用，降低了酶制剂的成本； （2）可以装成酶柱，当底物溶液流经酶柱时，就能发生酶促反应，适合于工业化应用； （3）酶经固定化后，稳定性一般都有所提高。 2、固定化酶的特点 （1）省去了酶分离纯化的时间和费用； （2）可进行多酶反应； （3）保持了酶的原始状态，从而增加了酶的稳定性； （4）由于辅助因子存在和细胞内的连续性合成，酶的活力较为持久； （5）用固定化细胞反应柱或反应床可连续进行发酵，一边加入培养基，一边排出发酵液，可避 免产物对酶活性的抑制。 3、固定化酶的方法 （1）载体结合法 a、物理吸附法 是将酶吸附在活性炭、多孔玻璃、酸性白土、高岭土、硅胶等惰性载体上，此法对酶活性破坏 较少，但吸附作用力常较弱而易脱落，因而常与交联法结合使用。 b、离子结合法
体包埋，但仍保留酶活力。 1、固定化酶的特征 （1）反应完成后经过过滤或离心等简单的分离就可回收，重复使用，降低了酶制剂的成本； （2）可以装成酶柱，当底物溶液流经酶柱时，就能发生酶促反应，适合于工业化应用； （3）酶经固定化后，稳定性一般都有所提高。 2、固定化酶的特点 （1）省去了酶分离纯化的时间和费用； （2）可进行多酶反应； （3）保持了酶的原始状态，从而增加了酶的稳定性； （4）由于辅助因子存在和细胞内的连续性合成，酶的活力较为持久； （5）用固定化细胞反应柱或反应床可连续进行发酵，一边加入培养基，一边排出发酵液，可避 免产物对酶活性的抑制。 3、固定化酶的方法 （1）载体结合法 a、物理吸附法 是将酶吸附在活性炭、多孔玻璃、酸性白土、高岭土、硅胶等惰性载体上，此法对酶活性破坏 较少，但吸附作用力常较弱而易脱落，因而常与交联法结合使用。 b、离子结合法
是利用离子键将酶及带有离子交换基团的不溶性载体，如离子交换树脂或带有交换基团的纤维 素、葡萄聚糖结合在一起，此法操作简便，酶回收率也较高，但在较强离子强度下进行酶反应时 易于脱落。 c、共价结合法 是利用共价键将酶和载体加以偶联，但因涉及条件较苛刻而化学反应又剧烈，因而酶回收率较 低、操作复杂，但酶与载体的结合相当牢固。 (2)交联法 这是利用双功能试剂将酶分子相互交联而不需要载体。常用的交联剂有戊二醛、异氰酸酯、双 重氮联苯胺或乙烯双马来亚胺（形成重氮盐）。此法反应也较为剧烈，从而影响酶的回收，但固 定后的酶稳定性较好。 (3)包埋法 a、网格型 是将酶固定在具有网格结构的高分子凝胶中。通常作为凝胶材料者有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等 合成高分子材料以及海藻酸、明胶、胶原等天然大分子材料。此法操作方便，很少改变酶的高级 结构，因而回收率高，但在反应中存在“固相”扩散阻力，只适用于小分子底物和产物，机械强度 往往也较差。 b、微囊型 是将酶液包埋在微小（<300μm ）的具有半透性高分子材料外壳形成的珠囊中。此法操作较复 杂，酶回收率一般不高，但被包埋的酶不易流失，微囊的比表面积很大，一般也只能适用于小分 子底物和产物。 六、酶反应器 酶反应器 游离酶反应器 可截留 不可截留 固定化酶反应器
是利用离子键将酶及带有离子交换基团的不溶性载体，如离子交换树脂或带有交换基团的纤维 素、葡萄聚糖结合在一起，此法操作简便，酶回收率也较高，但在较强离子强度下进行酶反应时 易于脱落。 c、共价结合法 是利用共价键将酶和载体加以偶联，但因涉及条件较苛刻而化学反应又剧烈，因而酶回收率较 低、操作复杂，但酶与载体的结合相当牢固。 (2)交联法 这是利用双功能试剂将酶分子相互交联而不需要载体。常用的交联剂有戊二醛、异氰酸酯、双 重氮联苯胺或乙烯双马来亚胺（形成重氮盐）。此法反应也较为剧烈，从而影响酶的回收，但固 定后的酶稳定性较好。 (3)包埋法 a、网格型 是将酶固定在具有网格结构的高分子凝胶中。通常作为凝胶材料者有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等 合成高分子材料以及海藻酸、明胶、胶原等天然大分子材料。此法操作方便，很少改变酶的高级 结构，因而回收率高，但在反应中存在“固相”扩散阻力，只适用于小分子底物和产物，机械强度 往往也较差。 b、微囊型 是将酶液包埋在微小（<300μm ）的具有半透性高分子材料外壳形成的珠囊中。此法操作较复 杂，酶回收率一般不高，但被包埋的酶不易流失，微囊的比表面积很大，一般也只能适用于小分 子底物和产物。 六、酶反应器 酶反应器 游离酶反应器 可截留 不可截留 固定化酶反应器
不可截留：是指酶一次性分批使用不再回收。 可截留：是通过超滤膜将酶截留在反应系统中。 七、生物传感器 生物传感器是根据酶和微生物细胞对其基质具有专一性而用于分析某一化学物质的工具，是由 固定化的生物材料与适当的换能器件密切接触而构成。 原理：利用电极测定酶膜传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器、生化 发光传感器、生物亲和传感器及生物效应管传感器等
不可截留：是指酶一次性分批使用不再回收。 可截留：是通过超滤膜将酶截留在反应系统中。 七、生物传感器 生物传感器是根据酶和微生物细胞对其基质具有专一性而用于分析某一化学物质的工具，是由 固定化的生物材料与适当的换能器件密切接触而构成。 原理：利用电极测定酶膜传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器、生化 发光传感器、生物亲和传感器及生物效应管传感器等