五、谷氨酰胺转胺酶生产过程中存在的问题 如前所述,为解决发展中国家人们由于缺乏蛋白质而造成的营养不良问题以及发达国 家人们由于摄入动物蛋白质过多而引起的营养过剩问题,用酶特别是谷氨酰胺转胺酶对蛋 白质进行改性成为最有希望和前途的方法之一。商业用TG价格较为昂贵,而MIG则是 从廉价的底物进行发酵生产获得,因此越来越引起人们的重视。但由于发酵法生产MIC 的发展历史较短,到目前为止,对发酵法生产MTrG的过程优化及控制的研究报道较少 报道的MIG酶活也较低(<3.0umL),因此,尚存在如下一些问题需要解决 (1)原料。由于原料成本是生产成本的重要部分,开发可以利用价格低廉的原料(包括 各级放大种子所用的原料)是一个重要的应用研究课题 (2)发酵过程操作与发酵环境条件。pH值和温度是两个重要的环境条件,对细胞的生 长繁殖以及发酵产酶都有密切关系。在不同的阶段,细胞生长繁殖和发酵产酶的最适pH 值和温度并不相同,pH值和温度如何影响MIG发酵的过程和结果,已有的研究并没有关 于这方面的报道。因此,为了获得较高的MIG酶活及生产强度,有必要对pH值和温度 进行较为细致的探讨。 (3)发酵过程的搅拌及溶氧浓度。对于丝状菌发酵来说,搅拌在发酵过程中主要有以下 作用:一为混合作用,维持发酵液中有足够的溶氧,并使发酵液中的各营养基质混合均匀, 有利于细胞的吸收和利用;二为剪切作用:一方面搅拌能减少气泡周围及菌丝表面的液膜 厚度,有利于氧的传递,加速营养基质和溶氧进入菌球内部的速率,另一方面搅拌还可以 避免菌丝结成较大的团块。发酵过程中的搅拌作用对菌丝球尺寸的影响,会间接地影响菌 球内氧及基质的消耗,从而影响酶的合成,MrG发酵液具有较强的拟塑性流体特征,搅 拌及溶氧浓度对MIG发酵过程有何种影响尚未见报道。 4)菌丝球形成过程及工程特性研究。霉菌、放线菌是生产抗生素,酶制剂、有机酸等 发酵产品的十分有用的菌群。采用这些菌进行液体通风培养时,常常会出现有些菌除了产 生菌丝状(pulp)形态外,还会产生一种菌球体状(pelt)的形态。最近国内外报道黑曲霉的柠 檬酸发酵,土曲霉的衣康酸发酵等都是以菌球体方式进行的,并且发现发酵过程中形成的 菌球体越多,越小,产量越高。S. mobargense是一种丝状菌,在MIG发酵过程中,实验 观察到发酵液中也存在菌丝状及菌球体状形态,且菌球的大小直接影响MTG酶活。因此 有必要研究菌球大小与产酶水平之间的关系。 (5)MTG合成氨基酸的代谢流分析。MIG是由31个氨基酸残基构成的单多肽链 中各种氨基酸的组成差异较大,在酶合成过程中对各种氨基酸的需求也不一样。研 究S. mobargense发酵合成MrG过程中的氨基酸代谢流分布,尤其是对氨基酸的变化原因 进行较详细的分析,可望找出MTG合成过程中关键的控制点,从根本上提高MIG酶活。 六、本章主要内容 (1)以茂原链轮丝菌( Streptoverticillium mobaraense )WSH-Z2为生产菌株,对影响S mobargens菌体生长和MTG合成的一些重要环境因子进行定量的考察,确定微生物的生 理生化特性、营养源供给与发酵特性之间的内在联系; (2)在小型发酵罐上考察控制不同pH值及温度对MTG发酵的影响,通过对细胞比生 长速率、MIG比合成速率的变化进行研究,得出最适pH值及温度控制策略;用统计热力 学理论对pH值影响细胞生长及产酶进行理论分析,建立p影响细胞生长及产酶的模型5 五、谷氨酰胺转胺酶生产过程中存在的问题 如前所述，为解决发展中国家人们由于缺乏蛋白质而造成的营养不良问题以及发达国 家人们由于摄入动物蛋白质过多而引起的营养过剩问题，用酶特别是谷氨酰胺转胺酶对蛋 白质进行改性成为最有希望和前途的方法之一。商业用 TG 价格较为昂贵，而 MTG 则是 从廉价的底物进行发酵生产获得，因此越来越引起人们的重视。但由于发酵法生产 MTG 的发展历史较短，到目前为止，对发酵法生产 MTG 的过程优化及控制的研究报道较少， 报道的 MTG 酶活也较低(<3.0 u/mL)，因此，尚存在如下一些问题需要解决。 (1)原料。由于原料成本是生产成本的重要部分，开发可以利用价格低廉的原料(包括 各级放大种子所用的原料)是一个重要的应用研究课题。 (2)发酵过程操作与发酵环境条件。pH 值和温度是两个重要的环境条件，对细胞的生 长繁殖以及发酵产酶都有密切关系。在不同的阶段，细胞生长繁殖和发酵产酶的最适 pH 值和温度并不相同，pH 值和温度如何影响 MTG 发酵的过程和结果，已有的研究并没有关 于这方面的报道。因此，为了获得较高的 MTG 酶活及生产强度，有必要对 pH 值和温度 进行较为细致的探讨。 (3)发酵过程的搅拌及溶氧浓度。对于丝状菌发酵来说，搅拌在发酵过程中主要有以下 作用：一为混合作用，维持发酵液中有足够的溶氧，并使发酵液中的各营养基质混合均匀， 有利于细胞的吸收和利用；二为剪切作用∶一方面搅拌能减少气泡周围及菌丝表面的液膜 厚度，有利于氧的传递，加速营养基质和溶氧进入菌球内部的速率，另一方面搅拌还可以 避免菌丝结成较大的团块。发酵过程中的搅拌作用对菌丝球尺寸的影响，会间接地影响菌 球内氧及基质的消耗，从而影响酶的合成，MTG 发酵液具有较强的拟塑性流体特征，搅 拌及溶氧浓度对 MTG 发酵过程有何种影响尚未见报道。 (4)菌丝球形成过程及工程特性研究。霉菌、放线菌是生产抗生素，酶制剂、有机酸等 发酵产品的十分有用的菌群。采用这些菌进行液体通风培养时，常常会出现有些菌除了产 生菌丝状(pulp)形态外，还会产生一种菌球体状(pellet)的形态。最近国内外报道黑曲霉的柠 檬酸发酵，土曲霉的衣康酸发酵等都是以菌球体方式进行的，并且发现发酵过程中形成的 菌球体越多，越小，产量越高。S. mobaraense 是一种丝状菌，在 MTG 发酵过程中，实验 观察到发酵液中也存在菌丝状及菌球体状形态，且菌球的大小直接影响 MTG 酶活。因此 有必要研究菌球大小与产酶水平之间的关系。 (5)MTG 合成氨基酸的代谢流分析。MTG 是由 331 个氨基酸残基构成的单多肽链， MTG 中各种氨基酸的组成差异较大，在酶合成过程中对各种氨基酸的需求也不一样。研 究 S. mobaraense 发酵合成 MTG 过程中的氨基酸代谢流分布，尤其是对氨基酸的变化原因 进行较详细的分析，可望找出 MTG 合成过程中关键的控制点，从根本上提高 MTG 酶活。 六、本章主要内容 (1)以茂原链轮丝菌(Streptoverticillium mobaraense)WSH-Z2 为生产菌株，对影响 S. mobaraens 菌体生长和 MTG 合成的一些重要环境因子进行定量的考察，确定微生物的生 理生化特性、营养源供给与发酵特性之间的内在联系； (2)在小型发酵罐上考察控制不同 pH 值及温度对 MTG 发酵的影响，通过对细胞比生 长速率、MTG 比合成速率的变化进行研究，得出最适 pH 值及温度控制策略；用统计热力 学理论对 pH 值影响细胞生长及产酶进行理论分析，建立 pH 影响细胞生长及产酶的模型