發(fā)酵與酶工程

第一章　微生物與酶1
1.1 微生物酶的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展 2
1.1.1 酶的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和特點(diǎn) 2
1.1.2 微生物酶的特點(diǎn) 2
1.2 微生物酶的生產(chǎn) 3
1.2.1 酶的生產(chǎn)菌的篩選 3
1.2.2 常用的產(chǎn)酶微生物 4
1.2.3 極端環(huán)境微生物和可培養(yǎng)微生物的新酶種 5
1.2.4 微生物酶的多樣性 6
1.3 新酶開發(fā)、篩選的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 6
1.3.1 新酶開發(fā)、篩選的機(jī)遇 6
1.3.2 新酶開發(fā)、篩選的挑戰(zhàn) 7
思考題 8
推薦讀物 8
參考文獻(xiàn) 8

第二章　微生物酶的篩選9
2.1 微生物酶篩選的一般流程 10
2.2 微生物酶的來源 10
2.2.1 產(chǎn)酶微生物篩選的原則 10
2.2.2 從市場供應(yīng)的酶庫中篩選 11
2.2.3 從已知菌株中篩選生物催化劑 11
2.2.4 從自然界篩選產(chǎn)酶菌株 13
2.2.5 從基因克隆庫中篩選 15
2.2.6 綜合利用酶資源 16
2.3 菌種篩選的策略 17
2.3.1 傳統(tǒng)的菌種分離篩選策略 17
2.3.2 未培養(yǎng)微生物篩選策略 18
2.4 酶的篩選 19
2.4.1 幾個策略問題 19
2.4.2 不同的篩選方法 20
2.4.3 發(fā)現(xiàn)酶的其他途徑 21
思考題 22
推薦讀物 22
參考文獻(xiàn) 22

第三章　微生物發(fā)酵技術(shù)及優(yōu)化23
3.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇 24
3.1.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的成分 24
3.1.2 發(fā)酵培養(yǎng)基的類型 30
3.2 發(fā)酵原料的預(yù)處理 31
3.3 溫度的控制 31
3.3.1 發(fā)酵熱 31
3.3.2 發(fā)酵熱的測定及計算 32
3.3.3 溫度對微生物生長的影響 33
3.3.4 溫度對發(fā)酵的影響 34
3.3.5 最適溫度的控制 34
3.4 pH的控制 35
3.4.1 發(fā)酵過程pH變化的原因 35
3.4.2 pH對微生物生長的影響 36
3.4.3 pH對發(fā)酵的影響 36
3.4.4 pH的控制 36
3.5 溶氧的控制 37
3.5.1 臨界氧 38
3.5.2 溶氧作為發(fā)酵異常的指示 39
3.5.3 溶氧參數(shù)在過程控制方面的應(yīng)用 39
3.5.4 溶氧的控制 40
3.6 微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計與優(yōu)化 41
3.6.1 發(fā)酵培養(yǎng)基的設(shè)計原則 41
3.6.2 發(fā)酵培養(yǎng)基的優(yōu)化方法 43
思考題 65
推薦讀物 65
參考文獻(xiàn) 65

第四章　提高酶產(chǎn)量的方法67
4.1 酶生物合成的基本理論 68
4.1.1 RNA的生物合成—轉(zhuǎn)錄 68
4.1.2 酶的生物合成—翻譯 73
4.2 酶合成及活性的調(diào)節(jié) 77
4.2.1 酶生物合成的調(diào)節(jié) 77
4.2.2 酶活性調(diào)節(jié) 80
4.2.3 分支生物合成途徑中酶的調(diào)節(jié) 82
4.3 通過條件控制提高酶產(chǎn)量 84
4.3.1 優(yōu)化發(fā)酵條件 84
4.3.2 添加誘導(dǎo)物 84
4.3.3 降低阻遏物濃度 86
4.3.4 添加表面活性劑 86
4.3.5 添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑 87
4.4 通過遺傳控制提高酶產(chǎn)量 87
4.4.1 自然選育 88
4.4.2 誘變育種 88
4.4.3 雜交育種 89
4.4.4 原生質(zhì)體融合技術(shù) 90
4.4.5 代謝工程育種 91
4.4.6 基因工程育種 93
思考題 93
推薦讀物 94
參考文獻(xiàn) 94

第五章　酶發(fā)酵動力學(xué)95
5.1 酶生物合成的模式 96
5.1.1 細(xì)胞生長規(guī)律 96
5.1.2 同步合成型 96
5.1.3 延續(xù)合成型 97
5.1.4 中期合成型 98
5.1.5 滯后合成型 98
5.1.6 合成模式的選擇 98
5.2 分批培養(yǎng)動力學(xué) 99
5.2.1 酶生產(chǎn)過程中的細(xì)胞生長動力學(xué) 99
5.2.2 產(chǎn)酶動力學(xué) 101
5.2.3 基質(zhì)消耗動力學(xué) 103
5.3 連續(xù)培養(yǎng)動力學(xué) 104
5.3.1 單級恒化器連續(xù)培養(yǎng)的動力學(xué) 104
5.3.2 帶有細(xì)胞再循環(huán)的單級恒化器 107
5.3.3 多級連續(xù)培養(yǎng) 108
思考題 109
推薦讀物 109
參考文獻(xiàn) 109

第六章　酶分離純化的原理和方法111
6.1 酶的分離純化策略 112
6.1.1 酶基本生物學(xué)特性 112
6.1.2 酶分離純化的一般流程 114
6.2 酶液的制備和初分離 115
6.2.1 發(fā)酵液的預(yù)處理 115
6.2.2 細(xì)胞破碎 120
6.2.3 發(fā)酵液的固液分離 122
6.2.4 濃縮 128
6.2.5 干燥 133
6.3 酶的純化方法 134
6.3.1 層析分離技術(shù)的一般原理 134
6.3.2 凝膠過濾層析 135
6.3.3 離子交換層析 139
6.3.4 親和層析 141
6.3.5 疏水作用層析 144
思考題 146
推薦讀物 146
參考文獻(xiàn) 146

第七章　酶的固定化147
7.1 酶的固定化簡介 148
7.2 酶的固定化方法 149
7.2.1 吸附法 149
7.2.2 共價結(jié)合法 151
7.2.3 交聯(lián)法 154
7.2.4 包埋法 154
7.2.5 非傳統(tǒng)的固定化方法 156
7.3 固定化酶的特性 158
7.3.1 固定化酶活力的變化 158
7.3.2 固定化對酶穩(wěn)定性的影響 158
7.3.3 固定化酶的最適溫度的變化 159
7.3.4 固定化酶的最適pH的變化 159
7.3.5 底物特異性 160
7.3.6 固定化酶的米氏常數(shù)(Km)變化 160
7.4 影響固定化酶性能的因素 160
7.5 固定化微生物細(xì)胞的方法 160
7.5.1 固定化細(xì)胞的分類 161
7.5.2 固定化微生物細(xì)胞的特點(diǎn) 161
7.5.3 固定化微生物細(xì)胞的制備 162
7.5.4 固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的工藝條件及其控制 162
7.6 固定化酶及固定化微生物細(xì)胞的應(yīng)用 163
7.6.1 固定化酶及固定化微生物細(xì)胞有利于基礎(chǔ)研究 163
7.6.2 利用固定化酶和固定化微生物細(xì)胞生產(chǎn)各種產(chǎn)物 163
7.6.3 藥物控釋載體 164
7.7 固定化細(xì)胞生長和產(chǎn)酶動力學(xué) 165
7.7.1 固定化細(xì)胞生長動力學(xué) 165
7.7.2 固定化細(xì)胞產(chǎn)酶動力學(xué) 165
7.7.3 固定化細(xì)胞連續(xù)產(chǎn)酶動力學(xué) 166
思考題 166
推薦讀物 167
參考文獻(xiàn) 167

第八章　酶的劑型和保存169
8.1 酶制劑概況 170
8.1.1 世界酶制劑發(fā)展概況 170
8.1.2 我國酶制劑工業(yè)發(fā)展概況 171
8.2 酶制劑主要劑型及優(yōu)缺點(diǎn) 173
8.2.1 按形態(tài)分類 173
8.2.2 按酶制劑在應(yīng)用領(lǐng)域上的分類 174
8.2.3 按酶的組成成分分類 178
8.2.4 按酶的來源不同分類 179
8.2.5 按酶的包裝形式分類 180
8.3 酶制劑的保存 181
8.3.1 影響酶制劑穩(wěn)定性的因素 181
8.3.2 酶的穩(wěn)定方法 183
8.3.3 酶的保存 184
思考題 185
推薦讀物 185
參考文獻(xiàn) 185

第九章　微生物發(fā)酵產(chǎn)酶技術(shù)應(yīng)用187
技能實訓(xùn)1 α-淀粉酶發(fā)酵生產(chǎn)大實驗 188
實驗1-1 枯草芽孢桿菌淀粉酶產(chǎn)生菌的分離和純化 188
實驗1-2 枯草芽孢桿菌淀粉酶產(chǎn)生菌的發(fā)酵條件研究 194
實驗1-3 淀粉酶基因工程菌的構(gòu)建 198
實驗1-4 α-淀粉酶的酶活性質(zhì)研究 204
實驗1-5 發(fā)酵浸提液的固液分離及有效成分的初步提取 208
實驗1-6 淀粉酶的層析分離和純化 211
實驗1-7 α-淀粉酶的固定化及檢測 216
技能實訓(xùn)2 蛋白酶發(fā)酵生產(chǎn)大實驗 218
實驗2-1 枯草芽孢桿菌蛋白酶產(chǎn)生菌的分離和純化 218
實驗2-2 枯草芽孢桿菌蛋白酶產(chǎn)生菌的發(fā)酵條件研究 220
實驗2-3 蛋白酶基因工程菌的克隆與表達(dá) 223
實驗2-4 蛋白酶的酶活性質(zhì)研究 225
實驗2-5 發(fā)酵浸提液的固液分離及有效成分的初步提取 225
實驗2-6 蛋白酶的層析分離和純化 225
實驗2-7 蛋白酶的固定化及檢測 225
技能實訓(xùn)3 脂肪酶發(fā)酵生產(chǎn)大實驗 228
實驗3-1 脂肪酶產(chǎn)生菌的分離和純化 228
實驗3-2 脂肪酶產(chǎn)生菌的發(fā)酵條件研究 230
實驗3-3 脂肪酶基因工程菌的克隆與表達(dá) 234
實驗3-4 脂肪酶的酶活性質(zhì)研究 239
實驗3-5 發(fā)酵浸提液的固液分離及有效成分的初步提取 239
實驗3-6 脂肪酶的層析分離和純化 239
實驗3-7 脂肪酶的固定化及檢測 241
推薦讀物 242
參考文獻(xiàn) 242

附錄245
附錄一 硫酸銨飽和度常用表 246
附錄二 限制性內(nèi)切酶及相應(yīng)的引物 248