微生物酶的生产

1培养基。 

培养基不同，微生物的比生长速率和酶形成能力也不同，因而在培养基中提供适当而丰富的营养物，是菌体生长和酶大量产生的重要前提。酶制剂生产中所用原料主要包括碳源(包括能迅速利用的单糖、双糖和缓慢利用的淀粉、纤维素等多糖)、氮源(包括豆饼粉、花生饼粕、鱼粉、蚕蛹粉、酵母粉、玉米浆等有机氮源和铵盐、硝酸盐等无机氮源)、无机盐和诱导物，固体发酵往往还要加入一定量利用通风的载体如稻壳、玉米皮等。实践证明，培养基中碳源与氮源的比例即碳氮比(通常用C/N表示)就直接影响菌体的生长、繁殖和酶的生成。当C/N比值过小时，即培养基中氮源过多，造成微生物生长过盛，而碳源供应不足，容易引起菌体衰老和自溶，造成氮源浪费和酶产时下降；如果C/N比值过高，即氮源不足，微生物生长过慢，一方面容易引起杂菌感染，另一方面由于没有足够量的微生物来产酶，也会造成碳源粮费和酶产量下降。因此，应根据各种微生物的特性，恰当地选择适宜的C/N比值，是提高酶产量的重要措施。各种无机盐类和微量元素如磷、硫、镁、铁、钾、钠、钙、锌、锰等，是微生物细胞结构的重要成分或酶的组成成分或维持酶的活性，能促进微生物生长、发育、刺激酶的生成，培养基中不可或缺。对于含复杂成分的培养基来说，原料和水中往往已含有足够量的无机元素，一般不需另外添加。但不同菌种的需要量不同，应通过实验来研究确定。 

饲料工业所用微生物酶大都属于诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。如加入槐糖能诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶的生成。但诱导物价格往往比较昂贵，实际生产中一般加入廉价的含有诱导物的原料来代替，如槐豆荚等某些植物的种籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木取糖，培养过程中可陆续被水解产生槐糖、木糖。 

2产酶微生物的要求。 

生产酶制剂所用菌种要能利用比较廉价和简单和原料，且食性越广越好，在不需添加诱导剂的条件下容易生长，且生长迅速；产生的酶容易分离纯化和浓缩，酶活性要高，稳定性要好，活性谱要宽；产酶微生物应具有稳定的生理特性，而且不形成有毒或致免疫的代谢物。特别要说明的是，产酶菌种除公认是安全菌株外，都要做毒性实验。 

3发酵生产。 

微生物酶的生产，目前主要采用液体深层发酵和固体发酵两种方式。与其他培养方式相比，液体深层发酵具有如下优点：

1)液体悬浮状态是许多微生物的最适生长环境；

2)在液态环境中，菌体、底物、产物(包括热)易于扩散，使发酵在均质或拟均质条件下进行，便于检测、控制，易扩大生产规模；

3)液体输送方便，易于机械化操作；

4)产品易于提取精制。 

与液体发酵相比，固体发酵具有如下缺点：

1)生产工艺主要限于耐低水活性的菌中；

2)微生物生长速度较慢，产物有限；

3)大规模操作时，产生的代谢热较难散去，生产过程中固态发酵参数难以准确测定，难以实现操作的机械化及控制的自动化；

4)生化反应器的设计还不完善，传统的发酵方式易染杂菌。 

但是，固体发酵也具有很多液体发酵所不具备的优点，主要表现为：1)培养基简单，多为便宜的天然基质；

2)基质的低含水量可大大减少生化反应器的体积，不需要废水处理，较少环境污染，常不需要严格的无菌操作，后处理加工方便；

3)不一定连续通风，一般可由间歇通风或气体扩散完成；

4)产物的产率可较高；

5)设备简单，投资小，能耗低。由于饲料工业附加值低，饲料用酶无需精制，因此，采用固态发酵更为合适。国内复合酶制剂的生产一般采用固态发酵，液态发酵主要用于植酸酶的生产或生产单酶制剂用于复配合酶制剂。 

微生物酶的发酵生产是由微生物的生化活动和环境条件相互作用完成的。在发酵生产中，只有环境条件能够被直接调节和控制。除培养基成分及其浓度外，接种量、温度、pH、溶解氧等环境变量也都能影响微生物代谢活动，在固体发酵中，发酵空间的空气湿度及物料含水量也严重影响菌种的代谢活动和产酶量。菌种不同，生产酶制剂所需工艺条件也不同，其最佳工艺参数必须通过实验来确定。只有为培养物提供一个最适的环境，菌体的代谢活动才能得到最充分的表达，酶产量才高。 

4酶的提取。 

在发酵基质中，酶都与大量的其他物质共同存在，而且酶的含量比其他物质要少得多，因此工业用酶需从大量的其他物质中将酶分离出来。但饲料用酶无需纯酶，且发酵所用基质及菌体在生长过程中所产生的氨基酸、维生素、核苷酸、促生长因子等成分对畜禽生长都是有利的，因此饲料用酶无需精制，只要将发酵基质进行浓缩(对液体发酵来讲)、干燥获得粗酶制品即可。 

5酶的保藏。 

酶是生物活性物质，酸、碱、有机溶剂、重金属、表面活性剂、高温、紫外线等一些理化因素易引起酶结构发生变化，造成酶的失活，保藏时应注意避免这些不利因素。对于酶的保藏，要保持酶长期不失活，关键要控制好水分和温度两个条件。一般含水量高时酶易失活，含水量超过10%，在室温或低温下均易失活；含水量降至5%时，在室温或低温下较稳定，温度越高，越易失活。因此最好在低温下保存酶制品，特别是酶制品含水分较高时，更宜低温保存。日光照射有时也引起某些酶的失活，因此酶应避免日光直射。一些重金属离子(如铜、铁、铅、汞、银等)会抑制酶的活力，甚至会使酶失活，应尽量避免与这些物质接触。酶的底物和某些物质具有保存酶的作用，因此酶贮存时应根据酶的不同特性添加酶的稳定剂或进行包被处理，以使酶长期保存不失活。

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