微生物酶的生產制備

1培養基。培養基不同，微生物的比生長速率和酶形成能力也不同，因而在培養基中提供適當而豐富的營養物，是菌體生長和酶大量產生的重要前提。酶制劑生產中所用原料主要包括碳源(包括能迅速利用的單糖、雙糖和緩慢利用的淀粉、纖維素等多糖)、氮源(包括豆餅粉、花生餅粕、魚粉、蠶蛹粉、酵母粉、玉米漿等有機氮源和銨鹽、硝酸鹽等無機氮源)、無機鹽和誘導物，固體發酵往往還要加入一定量利用通風的載體如稻殼、玉米皮等。實踐證明，培養基中碳源與氮源的比例即碳氮比(通常用C/N表示)就直接影響菌體的生長、繁殖和酶的生成。當C/N比值過小時，即培養基中氮源過多，造成微生物生長過盛，而碳源供應不足，容易引起菌體衰老和自溶，造成氮源浪費和酶產時下降；如果C/N比值過高，即氮源不足，微生物生長過慢，一方面容易引起雜菌感染，另一方面由于沒有足夠量的微生物來產酶，也會造成碳源糧費和酶產量下降。因此，應根據各種微生物的特性，恰當地選擇適宜的C/N比值，是提高酶產量的重要措施。各種無機鹽類和微量元素如磷、硫、鎂、鐵、鉀、鈉、鈣、鋅、錳等，是微生物細胞結構的重要成分或酶的組成成分或維持酶的活性，能促進微生物生長、發育、刺激酶的生成，培養基中不可或缺。對于含復雜成分的培養基來說，原料和水中往往已含有足夠量的無機元素，一般不需另外添加。但不同菌種的需要量不同，應通過實驗來研究確定。飼料工業所用微生物酶大都屬于誘導酶類，因此向培養基中加入誘導物就會增加胞外酶的產量。如加入槐糖能誘導木霉菌的纖維素酶的生成，木糖誘導半纖維素酶的生成。但誘導物價格往往比較昂貴，實際生產中一般加入廉價的含有誘導物的原料來代替，如槐豆莢等某些植物的種籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木取糖，培養過程中可陸續被水解產生槐糖、木糖。 

2產酶微生物的要求。生產酶制劑所用菌種要能利用比較廉價和簡單和原料，且食性越廣越好，在不需添加誘導劑的條件下容易生長，且生長迅速；產生的酶容易分離純化和濃縮，酶活性要高，穩定性要好，活性譜要寬；產酶微生物應具有穩定的生理特性，而且不形成有毒或致免疫的代謝物。特別要說明的是，產酶菌種除公認是安全菌株外，都要做毒性實驗。

3發酵生產。微生物酶的生產，目前主要采用液體深層發酵和固體發酵兩種方式。與其他培養方式相比，液體深層發酵具有如下優點：1)液體懸浮狀態是許多微生物的最適生長環境；2)在液態環境中，菌體、底物、產物(包括熱)易于擴散，使發酵在均質或擬均質條件下進行，便于檢測、控制，易擴大生產規模；3)液體輸送方便，易于機械化操作；4)產品易于提取精制。與液體發酵相比，固體發酵具有如下缺點：1)生產工藝主要限于耐低水活性的菌中；2)微生物生長速度較慢，產物有限；3)大規模操作時，產生的代謝熱較難散去，生產過程中固態發酵參數難以準確測定，難以實現操作的機械化及控制的自動化；4)生化反應器的設計還不完善，傳統的發酵方式易染雜菌。但是，固體發酵也具有很多液體發酵所不具備的優點，主要表現為：1)培養基簡單，多為便宜的天然基質；2)基質的低含水量可大大減少生化反應器的體積，不需要廢水處理，較少環境污染，常不需要嚴格的無菌操作，后處理加工方便；3)不一定連續通風，一般可由間歇通風或氣體擴散完成；4)產物的產率可較高；5)設備簡單，投資小，能耗低。由于飼料工業附加值低，飼料用酶無需精制，因此，采用固態發酵更為合適。國內復合酶制劑的生產一般采用固態發酵，液態發酵主要用于植酸酶的生產或生產單酶制劑用于復配合酶制劑。

微生物酶的發酵生產是由微生物的生化活動和環境條件相互作用完成的。在發酵生產中，只有環境條件能夠被直接調節和控制。除培養基成分及其濃度外，接種量、溫度、pH、溶解氧等環境變量也都能影響微生物代謝活動，在固體發酵中，發酵空間的空氣濕度及物料含水量也嚴重影響菌種的代謝活動和產酶量。菌種不同，生產酶制劑所需工藝條件也不同，其最佳工藝參數必須通過實驗來確定。只有為培養物提供一個最適的環境，菌體的代謝活動才能得到最充分的表達，酶產量才高。

4酶的提取。在發酵基質中，酶都與大量的其他物質共同存在，而且酶的含量比其他物質要少得多，因此工業用酶需從大量的其他物質中將酶分離出來。但飼料用酶無需純酶，且發酵所用基質及菌體在生長過程中所產生的氨基酸、維生素、核苷酸、促生長因子等成分對畜禽生長都是有利的，因此飼料用酶無需精制，只要將發酵基質進行濃縮(對液體發酵來講)、干燥獲得粗酶制品即可。

5酶的保藏。酶是生物活性物質，酸、堿、有機溶劑、重金屬、表面活性劑、高溫、紫外線等一些理化因素易引起酶結構發生變化，造成酶的失活，保藏時應注意避免這些不利因素。對于酶的保藏，要保持酶長期不失活，關鍵要控制好水分和溫度兩個條件。一般含水量高時酶易失活，含水量超過10 %，在室溫或低溫下均易失活；含水量降至5 %時，在室溫或低溫下較穩定，溫度越高，越易失活。因此最好在低溫下保存酶制品，特別是酶制品含水分較高時，更宜低溫保存。日光照射有時也引起某些酶的失活，因此酶應避免日光直射。一些重金屬離子(如銅、鐵、鉛、汞、銀等)會抑制酶的活力，甚至會使酶失活，應盡量避免與這些物質接觸。酶的底物和某些物質具有保存酶的作用，因此酶貯存時應根據酶的不同特性添加酶的穩定劑或進行包被處理，以使酶長期保存不失活。