糖化酶产生菌培养条件的优化及发酵工艺

任务2　糖化酶产生菌培养条件的优化及发酵工艺

一、糖化酶产生菌培养条件的优化

1．单个营养因子、环境因子的优化

对于单个重要的因子，例如碳源、氮源，一般是在基本培养基和培养条件基础上改变单一因子，观察和检测菌株产酶活力的变化。而对于产糖化酶菌株，其氮源多采用复合氮源，有些菌株需要有机氮和无机氮的组合，因此需要分别处理。

另外，培养基初始pH、装液量、接种量、培养温度等环境条件，对糖化酶的产生及活性也有很大的影响，其优化方法同上。

2．多营养因子、环境因子的优化

在确定单个因子的过程中，由于没有考虑各因子之间的作用关系，因此在确定单个因子后多再采用正交设计或响应面设计的方法，对碳源、氮源、无机盐的有机组合以及浓度之间的比例进行优化，从而找到较佳的培养条件。对于环境因子的多组合优化也是如此。

3．营养因子、环境因子最佳组合的验证

采用摇瓶培养的方法，验证在正交设计或响应面设计所得的最佳培养条件下所产酶的活力是否最高，以验证优化的结果正确与否。

二、产糖化酶菌株的发酵工艺

糖化酶制剂的生产有液态发酵法和固态发酵法两大类。两种方法各有利弊。

1．固态发酵法

固态发酵法虽然历史悠久，也存在产物不易分离提取的缺点，但随着机械化程度的提高，在酶制剂行业中仍然得到广泛应用。对于糖化酶的固态发酵与液态发酵相比，其最突出优点是发酵产酶活力较高，其原因是因为固态发酵培养基的碳源浓度比液态深层发酵中的碳源浓度要高，并且固态发酵中营养基质从固体颗粒到细胞的传递阻力较大，从而消除了液态深层发酵中酶合成的分解代谢阻遏，因此产酶活力较高。

目前，国内也有学者对固态发酵产糖化酶进行研究，钟浩等（2009）对黑曲霉变异株固态发酵产糖化酶的培养基组成和发酵条件进行了研究，发现在最佳培养基组成和培养条件下，其糖化酶活力达17800U／g。

固态发酵工艺流程如图6－11所示。

图6－11　固态培养生产糖化酶工艺流程

2．液态发酵法

液态发酵虽然存在能耗大、工艺操作较复杂等缺点，但可根据需要随意扩大规模，使成本大幅下降，同时产品易于提取，因此目前液态发酵生产糖化酶的应用比例越来越高。

发酵用基质：碳源为玉米粉、甘薯粉等，有机氮源常用玉米浆、豆饼粉和酵母膏等，常用的无机氮源有（NH₄）₂SO₄、NH₄NO₃和NH₃等，无机盐添加MgSO₄·7H₂O、KH₂PO₄等。

菌种不同，产生糖化酶的最适温度不同，最适pH也不同。黑曲霉的最适pH为4．0～5．0，而米根霉发酵培养基初始最适pH为6．0；用黑曲霉生产糖化酶一般控制温度在30～35℃，米根霉发酵温度一般为30℃，白曲霉发酵温度多在32℃。

液态发酵工艺流程如图6－12所示。

图6－12　黑曲霉UV－11液态深层发酵生产糖化酶工艺流程