請論述如何提高微生物酶產量

A. 試述影響微生物發酵產酶的因素及其控制

1、培養基的選擇和控制，生產中碳源、氮源對微生物酶生產的誘導或抑製作用是最重要的考慮因素；培養基中碳源與氮源的比例是隨生產的酶類、生產菌株的性質和培養階段的不同而改變的；培養基中無機鹽、生長因子和產酶促進劑也是要考慮和控制的。2、溫度控制，酶生產的培養溫度隨菌種而不同；有的為了利於菌體生長和酶的合成，也有進行變溫生產的。3、酶生產的合適pH通常和酶反應的最適pH接近；當然也有例外，pH也可能影響微生物分泌的酶系。4、通氣攪拌隨菌種和生產階段而及時變化。
提問者

B. 微生物發酵法生產酶的優點有哪些

（1）微生物種類多，品種齊全；
（2）微生物生長繁殖快，生長周期短，產量高；
（3）培養方法簡單，原料來源豐富，價格低廉，經濟效益高，並可以通過控制培養條件來提高酶的產量；
（4）微生物具有較強的適應性和應變能力。
（5）可以進行大規模生產
（6）避免原料的浪費

C. 如何利用代謝調控提高微生物產物的產量

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種 是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。

一、應用營養缺陷型菌株以解除正常的反饋調節

這是氨基酸生產菌育種的最有效的辦法。營養缺陷型是指某菌種失去合成某種物質的能力，即合成途徑中某一步發生突變，使合成反應不能完成，最終產物不能積累到引起反饋調節的濃度，從而有利於中間產物的積累。例如，用高絲氨酸缺陷型生產菌進行賴氨酸發酵。一般在形成賴氨酸的過程中有3種產物生成，只有賴氨酸和蘇氨酸都達到一定濃度時，才能形成反饋抑制，從高絲氨酸切斷這兩個分支後，不能形成蘇氨酸，也就不能形成反饋抑制。最後使賴氨酸的大量積累，這是打破代謝調節的第一種方法。

在直線式的合成途徑中，營養缺陷型突變株只能累積中間代謝物而不能累積最終代謝物。

在分支代謝途徑中，通過解除某種反饋調節，就可以使某一分支途徑的末端產物得到累積。

二、應用抗反饋調節的突變株解除反饋調節

抗反饋調節突變菌株，指對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性的組成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時解除，所以能分泌大量的末端代謝產物。

例如，當把（鈍齒棒桿菌）培養在含蘇氨酸和異

亮氨酸的結構類似物AHV（α-氨基-β-羥基戊酸）的培養基上時，由於AHV可干擾該菌高絲氨酸脫氫酶、蘇氨酸脫氫酶以及二羧酸脫水酶，所以抑制了該菌的正常生長。如果採用誘變（如用亞硝基胍作為誘變劑）後所獲得的抗AHV突變株進行發酵，就能分泌較多的蘇氨酸和異亮氨酸。這是因為，該突變株的高絲氨酸脫氫酶或蘇氨酸脫氫酶和二羧酸脫水酶的結構基因發生了突變，故不再受蘇氨酸或異亮氨酸的反饋抑制，於是有大量的蘇氨酸和異亮氨酸的累積。如進一步再選育出甲硫氨酸缺陷型菌株，則其蘇氨酸產量還可進一步提高，原因是甲硫氨酸合成途徑上的兩個反饋阻遏也被解除了。

三、控制細胞膜的滲透性

微生物的細胞膜對於細胞內外物質的運輸具有高度選擇性。 細胞內的代謝產物高濃度累積著，並自然地通過反饋阻遏限制了它們的進一步合成。採取生理學或遺傳學方法，改變細胞膜的透性，使細胞內的代謝產物迅速滲漏到細胞外。這種解除末端產物反饋抑製作用的菌株，可以提高發酵產物的產量。

1．通過生理學手段控制細胞膜的滲透性在谷氨酸發酵生產中，生物素的濃度對谷氨酸的累積有著明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量情況下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影響細胞膜滲透性的原因，是由於它是脂肪酸生物合成中乙醯CoA羧化酶的輔基此酶可催化乙醯CoA的羧化並生成丙二酸單醯輔酶A，進而合成細胞膜磷脂的主要成分——脂肪酸。因此，控制生物素的含量就可以改變細胞膜的成分，進而改變膜的透性和影響谷氨酸的分泌。當培養液內生物素含量很高時，只要添加適量的青黴素也有提高谷氨酸產量的效果。其原因是青黴素可抑制細菌細胞壁肽聚糖合成中轉肽酶的活性，結果引起其結構中肽橋間無法進行交聯，造成細胞壁的缺損。這種細胞的細胞膜在細胞膨壓的作用下，利於代謝產物的外滲，並因此降低了谷氨酸的反饋抑制和提高了產量。

2．通過細胞膜缺損突變而控制其滲透性應用谷氨酸產生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培養基中，也能因細胞膜發生滲漏而提高谷氨酸的產量。這是因為油酸是一種含有一個雙鍵的不飽和脂肪酸（十八碳烯酸），它是細菌細胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突變株因其不能合成油酸而使細胞膜缺損。另一種可以利用石油發酵產生谷氨酸的（解烴棒桿菌）的甘油缺陷型突變株，由於缺乏a-磷酸甘油脫氫酶，故無法合成甘油和磷脂。其細胞內的磷脂含量不到親株含量的一半，但當供應適量甘油（200μg/ml）時，菌體即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高濃度生物素或油酸的干擾。

D. 試述微生物群體生長規律生產中如何用這種規律提高產品的產量和質量

我摘自網頁內容，具體分成兩個部分，希望對你有用處
細菌群體生長規律
細菌接種到均勻的液體培養基後，當細菌以二分裂法繁殖，分裂後的子細胞都具有生活能力。在不補充營養物質或移去培養物，保持整個培養液體積不變條件下，以時間為橫坐標，以菌數為縱坐標，根據不同培養時間時細菌數量的變化，可以作出一條反映細菌在整個培養期間菌數變化規律的曲線，這種曲線稱為生長曲線稱為生長曲線 (growth curve) 。一條典型的生長曲線至少可以分為遲緩期、對數期、穩定期和衰亡期等四個生長時期。
1 ．遲緩期 (1ag phase) ．
又稱延滯期、適應期。細菌接種到新鮮培養基而處於一個新的生長環境，因此在一段時間里並不馬上分裂，細菌的數量維持恆定，或增加很少。此時胞內的 RNA 、蛋白質等物質含量有所增加，相對地此時的細胞體最大，說明細菌並不是處於完全靜止的狀態。產生遲緩期的原因，認為是微生物接種到一個新的環境，暫時缺乏足夠的能量和必需的生長因子，「種子」老化 ( 即處於非對數生長期 ) 或未充分活化，接種時造成的損傷等。在工業發酵和科研中遲緩期會增加生產周期而產生不利的影響，但是遲緩期無疑也是必需的，因為細胞分裂之前，細胞各成分的復制與裝配等也需要時間，因此應該採取一定的措施： ① 通過遺傳學方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短； ② 利用對數生長期的細胞作為「種子」； ③ 盡量使接種前後所使用的培養基組成不要相差太大； ④ 適當擴大接種量等方式縮短遲緩期，克服不良的影響。
2 ．對數生長期 (log phase)
又稱指數生長期 (exponential Phase) 。細菌經過遲緩期進入對數生長期，並以最大的速率生長和分裂，導致細菌數量呈對數增加，而且細菌內各成分按比例有規律地增加，此時期內的細菌生長是平衡生長。對數生長期細菌的代謝活性、酶活性高而穩定，大小比較一致，生活力強，因而它廣泛地在生產上用作「種子」和在科研上作為理想的實驗材料。
3 ．穩定生長期 (stationary phase)
由於營養物質消耗，代謝產物積累和 pH 等環境變化，逐步不適宜於細菌生長，導致生長速率降低直至零 ( 即細菌分裂增加的數量等於細菌死亡數量 ) ，結束對數生長期，進入穩定生長期。穩定生長期的話細菌數最高並維持穩定。如果及時採取措施，補充營養物質或取走代謝產物或改善培養條件，如對好氧菌進行通氣、攪拌或振盪等可以延長穩定生長期，獲得更多的菌體物質或代謝產物。
4 ．衰亡期 (decline 或 death Phase)
營養物質耗盡和有毒代謝產物的大量積累，細菌死亡速率逐步增加和活細菌逐步減少，標志進入衰亡期。該時期細菌代謝活性降低，細菌衰老並出現自溶。該時期死亡的細菌以對數方式增加，但在衰亡期的後期，由於部分細菌產生抗性也會使細菌死亡的速率降低。
此外，不同的微生物，甚至同一種微生物對不同物質的利用能力是不同的。有的物質可直接被利用 ( 例如葡萄糖或 NH 4 + 等 ) ；有的需要經過一定的適應期後才能獲得利用能力 ( 例如乳糖或 NO 3 - 等 ) 。前者通常稱為速效碳源 ( 或氮源 ) ，後者稱為遲效碳源 ( 或氮源 ) 。當培養基中同時含有這兩類碳源 ( 或氮源 ) 時，微生物在生長過程中會產生二次生長現象。連續培養 (continous culture of microorganisms) 是在微生物的整個培養期間，通過一定的方式使微生物能以恆定的比生長速率生長並能持續生長下去的一種培養方法。根據生長曲線，營養物質的消耗和代謝產物的積累是導致微生物生長停止的主要原因。因此在微生物培養過程中不斷的補充營養物質和以同樣的速率移出培養物是實現微生物連續培養的基本原則。
提高產品的產量和質量：
在連續培養里，培養容器中細菌的數量一方面以比生長速率的數量增加，同時又在以稀釋率的數量減少。
連續培養有兩種類型，恆化器連續培養和恆濁器連續培養。前者是在整個培養過程中通過控制培養基中某種營養物質的濃度基本恆定的方式，保持細菌的比生長速率恆定，使生長「不斷」進行。培養基中的某種營養物質通常是作為細菌比生長速率的控制因子，這類因子一般是氨基酸、氨和銨鹽等氮源，或是葡萄糖、麥芽糖等碳源或者是無機鹽，生長因子等物質。恆化器連續培養通常用於微生物學的研究，篩選不同的變種。後者主要是通過連續培養裝置中的光電系統控制培養液中菌體濃度恆定、使細菌生長連續進行的一種培養方式。菌液濃度大小通過光電系統調節稀釋率來維持菌數恆定，此種培養方式一般用於菌體以及與菌體生長平行的代謝產物生產的發酵工業，從而獲得更好的經濟效益。
連續培養如用於生產實踐上，就稱為連續發酵，連續發酵與單批發酵相比有許多優點： ① 高效，它簡化了裝料，滅菌、生產時間和提高了設備的利用率； ② 自控，便於利用各種儀表進行自動控制； ③ 產品質量較穩定； ④ 節約了大量動力、人力等資源。
連續培養或連續發酵也有其缺點。最主要的是菌種易於退化。其次易遭雜菌污染。此外營養的利用率一般亦低於單批培養。
在生產實踐上，連續培養技術已廣泛用於酵母菌體的生產，乙醇、乳酸和丙酮 - 丁醇等發酵。以及用假絲酵母進行石油脫蠟或是污水處理中。

E. 在酶的發酵生產過程中，提高酶產量的措施有哪些

酶發酵生產過程中，提高酶產量的措施有：

①補充部分被消耗的營養物，延長產酶的周期；
②添加酶的誘導物提高酶的 產量；
③添加表面活性劑，增加細胞的透過性，打破胞內酶合成的反饋平衡；
④ 添加產酶促進劑；
⑤控制阻遏物的濃度。

F. 查資料舉一例說明在實際微生物發酵產酶中,是如何提高產酶量的

微生物可以用來產酶嗎？我只知道是代謝產物，像各種蒜，醇，維生素等等。。。。
難道是工程菌？

G. 根據微生物發酵過程的各環節，說明發酵法提高微生物酶產量的措施有哪些

主要考慮以下三個環節：
1、改善菌種，使其酶產量提升；
2、採用連續發酵的方式，連續加入培養物並不斷的提取酶產物防止其次級代謝產物堆積；
3、添加一些表面活性劑，增加產酶細胞的透過性，打破胞內酶合成的反饋平衡。

H. 如何提高微生物次生代謝產物的產量

增加穩定期可以使菌種達到最佳狀態，要使其釋放次級代謝產物，可以通過調節PH、溫度等外界條件使次級代謝產量增加。

I. 哪些因素影響微生物發酵產酶如何提高微生物產酶量

我們要取得發酵產物有幾種方法，一般微生物會將我們需要的次級代謝產物排出體外，直接過濾就行，比較容易分離，我們最多就加點東西改變下細胞膜通透性加快產物排出。實在不能排出的就需要破壞細胞再提取，有機物的分離提取是門大學問，我們老師做了幾十年了，挺深的。
酶的失活一般不涉及酶蛋白的化學變化，可能是蛋白質變性（一級結構不變而空間結構改變，跟溫度，pH，金屬離子等有關，大多都是不可逆變性），可能是失去了輔助因子（輔酶會被透析除去，補充進去酶的活性又會恢復），等等，如果控制好條件，可以不要活菌而只要酶，但是某些復雜生化反應條件很難控制，還是讓細菌自己去調節比較簡單。

J. 如何提高一種微生物的產酶量

優化培養基組分、誘變育種篩選高產菌種，優化培養條件（溫度、溶氧、PH等）