发酵与酶工程

　　本教材是以微生物工程、酶化学、蛋白质分离纯化技术等内容为一体的综合应用型教材。全书共分九章，主要内容包括微生物与酶、微生物酶的筛选、微生物发酵技术及优化、提高酶产量的方法、酶发酵动力学、酶分离纯化的原理和方法、酶的固定化、酶的剂型和保存、微生物发酵产酶技术应用。全书通过从自然界中分离纯化产酶菌，经生物学鉴定、优化菌株生长条件及产酶的发酵条件，分离纯化出该酶，到该酶的固定化和保存，按部就班地讲解了发酵产酶技术的实际应用过程。 本教材符合综合实践类教学方法的授课要求，旨在培养应用复合型人才，适合理、工、农、林、医各类综合院校和师范院校生命科学、生物技术、生物工程、食品工程、环境工程等相关专业本科生学习使用。

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第一章　微生物与酶1
1.1 微生物酶的发现与发展 2
1.1.1 酶的发现、发展和特点 2
1.1.2 微生物酶的特点 2
1.2 微生物酶的生产 3
1.2.1 酶的生产菌的筛选 3
1.2.2 常用的产酶微生物 4
1.2.3 极端环境微生物和可培养微生物的新酶种 5
1.2.4 微生物酶的多样性 6
1.3 新酶开发、筛选的机遇与挑战 6
1.3.1 新酶开发、筛选的机遇 6
1.3.2 新酶开发、筛选的挑战 7
思考题 8
推荐读物 8
参考文献 8

第二章　微生物酶的筛选9
2.1 微生物酶筛选的一般流程 10
2.2 微生物酶的来源 10
2.2.1 产酶微生物筛选的原则 10
2.2.2 从市场供应的酶库中筛选 11
2.2.3 从已知菌株中筛选生物催化剂 11
2.2.4 从自然界筛选产酶菌株 13
2.2.5 从基因克隆库中筛选 15
2.2.6 综合利用酶资源 16
2.3 菌种筛选的策略 17
2.3.1 传统的菌种分离筛选策略 17
2.3.2 未培养微生物筛选策略 18
2.4 酶的筛选 19
2.4.1 几个策略问题 19
2.4.2 不同的筛选方法 20
2.4.3 发现酶的其他途径 21
思考题 22
推荐读物 22
参考文献 22

第三章　微生物发酵技术及优化23
3.1 发酵培养基的选择 24
3.1.1 发酵培养基的成分 24
3.1.2 发酵培养基的类型 30
3.2 发酵原料的预处理 31
3.3 温度的控制 31
3.3.1 发酵热 31
3.3.2 发酵热的测定及计算 32
3.3.3 温度对微生物生长的影响 33
3.3.4 温度对发酵的影响 34
3.3.5 最适温度的控制 34
3.4 pH的控制 35
3.4.1 发酵过程pH变化的原因 35
3.4.2 pH对微生物生长的影响 36
3.4.3 pH对发酵的影响 36
3.4.4 pH的控制 36
3.5 溶氧的控制 37
3.5.1 临界氧 38
3.5.2 溶氧作为发酵异常的指示 39
3.5.3 溶氧参数在过程控制方面的应用 39
3.5.4 溶氧的控制 40
3.6 微生物发酵培养基的设计与优化 41
3.6.1 发酵培养基的设计原则 41
3.6.2 发酵培养基的优化方法 43
思考题 65
推荐读物 65
参考文献 65

第四章　提高酶产量的方法67
4.1 酶生物合成的基本理论 68
4.1.1 RNA的生物合成—转录 68
4.1.2 酶的生物合成—翻译 73
4.2 酶合成及活性的调节 77
4.2.1 酶生物合成的调节 77
4.2.2 酶活性调节 80
4.2.3 分支生物合成途径中酶的调节 82
4.3 通过条件控制提高酶产量 84
4.3.1 优化发酵条件 84
4.3.2 添加诱导物 84
4.3.3 降低阻遏物浓度 86
4.3.4 添加表面活性剂 86
4.3.5 添加产酶促进剂 87
4.4 通过遗传控制提高酶产量 87
4.4.1 自然选育 88
4.4.2 诱变育种 88
4.4.3 杂交育种 89
4.4.4 原生质体融合技术 90
4.4.5 代谢工程育种 91
4.4.6 基因工程育种 93
思考题 93
推荐读物 94
参考文献 94

第五章　酶发酵动力学95
5.1 酶生物合成的模式 96
5.1.1 细胞生长规律 96
5.1.2 同步合成型 96
5.1.3 延续合成型 97
5.1.4 中期合成型 98
5.1.5 滞后合成型 98
5.1.6 合成模式的选择 98
5.2 分批培养动力学 99
5.2.1 酶生产过程中的细胞生长动力学 99
5.2.2 产酶动力学 101
5.2.3 基质消耗动力学 103
5.3 连续培养动力学 104
5.3.1 单级恒化器连续培养的动力学 104
5.3.2 带有细胞再循环的单级恒化器 107
5.3.3 多级连续培养 108
思考题 109
推荐读物 109
参考文献 109

第六章　酶分离纯化的原理和方法111
6.1 酶的分离纯化策略 112
6.1.1 酶基本生物学特性 112
6.1.2 酶分离纯化的一般流程 114
6.2 酶液的制备和初分离 115
6.2.1 发酵液的预处理 115
6.2.2 细胞破碎 120
6.2.3 发酵液的固液分离 122
6.2.4 浓缩 128
6.2.5 干燥 133
6.3 酶的纯化方法 134
6.3.1 层析分离技术的一般原理 134
6.3.2 凝胶过滤层析 135
6.3.3 离子交换层析 139
6.3.4 亲和层析 141
6.3.5 疏水作用层析 144
思考题 146
推荐读物 146
参考文献 146

第七章　酶的固定化147
7.1 酶的固定化简介 148
7.2 酶的固定化方法 149
7.2.1 吸附法 149
7.2.2 共价结合法 151
7.2.3 交联法 154
7.2.4 包埋法 154
7.2.5 非传统的固定化方法 156
7.3 固定化酶的特性 158
7.3.1 固定化酶活力的变化 158
7.3.2 固定化对酶稳定性的影响 158
7.3.3 固定化酶的最适温度的变化 159
7.3.4 固定化酶的最适pH的变化 159
7.3.5 底物特异性 160
7.3.6 固定化酶的米氏常数(Km)变化 160
7.4 影响固定化酶性能的因素 160
7.5 固定化微生物细胞的方法 160
7.5.1 固定化细胞的分类 161
7.5.2 固定化微生物细胞的特点 161
7.5.3 固定化微生物细胞的制备 162
7.5.4 固定化微生物细胞发酵产酶的工艺条件及其控制 162
7.6 固定化酶及固定化微生物细胞的应用 163
7.6.1 固定化酶及固定化微生物细胞有利于基础研究 163
7.6.2 利用固定化酶和固定化微生物细胞生产各种产物 163
7.6.3 药物控释载体 164
7.7 固定化细胞生长和产酶动力学 165
7.7.1 固定化细胞生长动力学 165
7.7.2 固定化细胞产酶动力学 165
7.7.3 固定化细胞连续产酶动力学 166
思考题 166
推荐读物 167
参考文献 167

第八章　酶的剂型和保存169
8.1 酶制剂概况 170
8.1.1 世界酶制剂发展概况 170
8.1.2 我国酶制剂工业发展概况 171
8.2 酶制剂主要剂型及优缺点 173
8.2.1 按形态分类 173
8.2.2 按酶制剂在应用领域上的分类 174
8.2.3 按酶的组成成分分类 178
8.2.4 按酶的来源不同分类 179
8.2.5 按酶的包装形式分类 180
8.3 酶制剂的保存 181
8.3.1 影响酶制剂稳定性的因素 181
8.3.2 酶的稳定方法 183
8.3.3 酶的保存 184
思考题 185
推荐读物 185
参考文献 185

第九章　微生物发酵产酶技术应用187
技能实训1 α-淀粉酶发酵生产大实验 188
实验1-1 枯草芽孢杆菌淀粉酶产生菌的分离和纯化 188
实验1-2 枯草芽孢杆菌淀粉酶产生菌的发酵条件研究 194
实验1-3 淀粉酶基因工程菌的构建 198
实验1-4 α-淀粉酶的酶活性质研究 204
实验1-5 发酵浸提液的固液分离及有效成分的初步提取 208
实验1-6 淀粉酶的层析分离和纯化 211
实验1-7 α-淀粉酶的固定化及检测 216
技能实训2 蛋白酶发酵生产大实验 218
实验2-1 枯草芽孢杆菌蛋白酶产生菌的分离和纯化 218
实验2-2 枯草芽孢杆菌蛋白酶产生菌的发酵条件研究 220
实验2-3 蛋白酶基因工程菌的克隆与表达 223
实验2-4 蛋白酶的酶活性质研究 225
实验2-5 发酵浸提液的固液分离及有效成分的初步提取 225
实验2-6 蛋白酶的层析分离和纯化 225
实验2-7 蛋白酶的固定化及检测 225
技能实训3 脂肪酶发酵生产大实验 228
实验3-1 脂肪酶产生菌的分离和纯化 228
实验3-2 脂肪酶产生菌的发酵条件研究 230
实验3-3 脂肪酶基因工程菌的克隆与表达 234
实验3-4 脂肪酶的酶活性质研究 239
实验3-5 发酵浸提液的固液分离及有效成分的初步提取 239
实验3-6 脂肪酶的层析分离和纯化 239
实验3-7 脂肪酶的固定化及检测 241
推荐读物 242
参考文献 242

附录245
附录一 硫酸铵饱和度常用表 246
附录二 限制性内切酶及相应的引物 248