Ⅲ-Enzyme-Productionv

*第三章酶的发酵生产*所有的生物体在一定条件下都能产生多种多样的酶。酶在生物体内产生的过程，称为酶的生物合成。经过预先设计，通过人工操作控制，利用细胞的生命活动，产生人们所需要的酶的过程，称为酶的发酵生产。*酶的来源分动物，植物，微生物。用途分：工业用， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 用，药用。工业用酶极大多数来源于微生物微生物种类多,繁殖快,易培养,代谢能力强*酶的发酵生产根据细胞培养方式的不同，可分为：1.固体培养发酵。2.液体深层发酵3.固定化细胞。4.固定化原生质发酵。（酿酒，制曲-淀粉酶,蛋白酶;设备简单,操作方便,尤其适用于霉菌的培养和发酵产酶,但劳动强度大,原料利用率低.)（主要方式，应用广泛）。生产规模容易放大,原料利用率高,但机械化程度要高,生产管理水平要求高**卧式旋转摇床立式旋转摇床*固定化细胞发酵具有显著的优点：1.固定化细胞的密度高，反应器水平生产强度较大，可提高生产能力。2.发酵稳定性好，可反复使用或连续使用较长的时间，易于连续化生产和自动化生产。3.细胞固定在载体上，流失较少，可在高稀释率的情况下连续发酵，大大提高设备的利用率。4.发酵液中含菌较少，利于分离纯化，提高产品的质量。载体：泡沫塑料细胞：菌丝固定化细胞*固定化原生质发酵产酶：针对于胞内酶的生产，80年代中期发展起固定化原生质技术。原生质是指除去细胞壁的微生物细胞或植物细胞。固定化原生质技术特点如下：1.由于去除了细胞壁，可使胞内酶等胞内物质不断地分泌到胞外。2.固定化原生质体有较好的稳定性，可反复或连续使用相当长的时间。然而固定化原生质体的制备复杂，发酵液中需要维持较高的渗透压，而且还要防止细胞壁的再生。*2.1酶生物合成的基本理论*2.1.1酶生物合成的调节转录水平的调节,转录产物的加工调节、翻译水平的调节、翻译产物的加工调节和酶降解的调节。研究表明，至少在原核生物中，甚至在所有生物中，转录水平的调节控制对酶的生物合成是至关重要的。转录水平的调节控制，又称为基因的调节控制。*操纵子学说(Operontheory)基因调节控制理论在DNA分子中，与酶的生物合成有密切关系的基因有4种，即调节基因（Regulatorgene)、启动基因(Promotergene)、操纵基因(Operatorgene)、结构基因(Structuralgene)。结构基因的遗传信息通过mRNA，可翻译合成特定的酶。启动基因决定酶的基因能否开始。由两个位点组成，一个是RNA聚合酶的结合位点，一个是环腺苷酸（CylicAMP)与CAP组成的复合物的结合位点（cAMP-CAP）调节基因可以产生由多个亚基组成的变构蛋白，这些蛋白能和操纵基因结合,而且某些小分子效应物也能与这些蛋白结合并改变其与操纵基因结合力的大小.操纵基因可以特异性的与调节基因产生的变构蛋白中的一种结构结合，这种结合一旦形成，由于空间阻碍RNA聚合酶就无法结合到启动基因的结合位点，就不能启动结构基因的转录。*基因对酶生物合成的调节控制有3种方式分解代谢阻遏作用酶合成的诱导作用酶合成的反阻遏作用。*1.分解代谢物阻遏作用：指容易利用的碳源阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。葡萄糖阻遏b-半乳糖苷酶的合成；果糖阻遏a-淀粉酶的合成；控制好碳源的量葡萄糖效应：E.coli培养在含乳糖和葡萄糖的培养基上，发现该菌可优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就产生了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”(diauxie或biphasicgrowth)，这一现象又称，产生的原因为葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成。*葡萄糖效应分解代谢物阻遏作用cAMP+H2OAMPATP葡萄糖分解能量腺苷酸环化酶葡萄糖降解物葡萄糖阻遏b-半乳糖苷酶的合成RPORS2S3S1········DNA转录mRNA翻译E半乳糖苷酶透过酶转乙酰基酶CAMP-CAPRNA聚合酶原因：调节基因启动基因结构基因操纵基因*2.酶生物合成的诱导作用：加入某种物质，使酶的生物合成开始或加速进行的过程。简称诱导作用，起诱导作用的物质称为诱导剂。淀粉酶，蔗糖酶、尿酶的典型的诱导物是：淀粉，蔗糖和尿素。加入诱导物前，菌生长，但不生产酶，加入诱导物后酶的合成开始，当诱导物除去时，合成即停止。A-无诱导物时B-添加诱导物时酶生物合成的诱导作用*诱导物一般是酶催化作用的底物或其底物类似物，例如b-半乳糖苷酶的作用底物乳糖及其底物类似物IPTG可诱导b-半乳糖苷酶的合成也可能是酶催化反应的产物，半乳糖醛酸能诱导果胶酶合成，而半乳糖醛酸是由果胶酶催化果胶水解产生。不同的酶由不同的诱导物产生。*3.酶生物合成的反馈阻遏作用：又称为产物阻遏作用，指的是酶催化产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受阻的过程。引起反馈阻遏的物质称为共阻遏物。色氨酸的合成：高浓度色氨酸抑制合成色氨酸所需酶的合成，这就是典型的反馈阻遏作用酶生物合成的反馈阻遏作用（阻遏型操纵子）*2.2酶发酵生产常用的微生物微生物发酵是酶的最主要来源经济。发酵周期短，培养基廉价，适宜大规模生产筛选简单。筛选程序简单，可在短时间内检测成千株培养物。产酶的菌种多样。催化同一反应的酶可从不同的菌种得到，选择余地大，便于选择适应反应器所需操作条件的菌株*常用的产酶微生物一、细菌具有重要应用价值原核生物产酶繁多：淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶等多种*1.枯草芽孢杆菌：应用最广泛的产酶细胞，可用于-淀粉酶，蛋白酶,-葡聚糖酶，纤维磷酸酶的生产。2.大肠杆菌：可生产多种酶（谷氨酸脱羧酶，天冬酰胺酶），但一般为胞内酶，提取酶需要细胞破碎。Escherichiacoli*黑曲霉：可生产多种酶（淀粉酶，果胶酶，过氧化氢酶），有胞内酶和胞外酶。米曲霉：可生产糖化酶和蛋白酶(酿酒和制曲)。青霉：用于多种酶的生产。Penicillium二、霉菌（丝状真菌）*6.木霉：生产纤维素酶的主要菌株。7.根霉：具有较强的11-羟化酶，是用于甾体转化的主要菌株。8.毛霉：用于蛋白酶，糖化酶，-淀粉酶，脂肪酶的生产。9.*三、放线菌链霉菌：生产葡萄糖异构酶的主要菌株。此外还含有丰富的16羟化酶，可用于甾体转化。*四、酵母啤酒酵母：主要用于酿造啤酒。假丝酵母：单细胞蛋白的主要生产菌；具有烷类代谢的酶系，可用于石油发酵；具有较强的17羟基化酶，可用于甾体转化制造睾丸素。yeasts工业规模应用的微生物酶和来源纤维素酶里氏木霉、黑曲霉水洗布生产，饲料添加剂，消化植物细胞壁半纤维素酶木霉、曲霉、根霉饲料添加剂，消化植物细胞壁，低聚木糖生产β葡聚糖酶枯草芽胞杆菌，黑曲霉，Penicilliumemersonii啤酒酿造，饲料添加剂异淀粉酶产气克雷伯氏菌，芽孢杆菌淀粉加工乳糖酶乳酸酵母，米曲霉，黑曲霉，米根霉乳品工业（处理牛乳和乳清）果胶酶曲霉、欧文氏菌水果加工，果汁、果酒澄清，麻类纤维脱胶工业规模应用的微生物酶和来源转化酶啤酒酵母、假丝酵母制造转化糖凝乳酶米赫毛霉,大肠杆菌和真菌生产的重组酶制造乳酪脂肪酶曲霉、根霉、酵母等加酶洗涤剂，油脂加工，生物化工葡萄糖氧化酶青霉、曲霉食品去氧、除葡萄糖，测定葡萄糖葡萄糖异构酶凝结芽胞杆菌，白色链霉菌生产果葡糖浆青霉素酰化酶细菌、霉菌、放线菌制造6-氨基青霉烷酸*2.3发酵工艺条件及控制保藏细胞细胞活化原生质体细胞扩大培养固定化细胞预培养无菌空气（溶解氧控制）发酵固定化原生质体培养基分离纯化酶温度控制pH控制*一.细胞活化与扩大培养二.培养基的配制培养基是指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物。培养基有多种多样，但基本组成包括碳源、氮源、无机盐、水分和生长因素等几方面。*1.碳源：指能够向细胞提供碳元素化合物的营养物质，同时也是提供能量的能源。碳是构成细胞成分的主要元素之一，也是各种酶的主要组成元素，也是多种诱导酶的诱导物。必须考虑原料的供求和价格问题有无阻遏目前，在酶发酵生产中最常用的碳源是淀粉及其水解物，如糊精、麦芽糖、葡萄糖等。*不同微生物要求的碳源不同，是由菌种自身的酶系（组成酶或诱导酶）所决定。葡萄糖、蔗糖等易利用的碳水化合物，对促进细胞的呼吸与生长有利。高浓度下，对产酶有抑制作用，如蛋白酶和α-淀粉酶等.。有些微生物不能利用复杂的碳水化合物，必须使用葡萄糖等简单的碳水化合物时，可采用“流加法”等避免出现“葡萄糖效应”现象；外加CAMP.有时近似的碳源，也会因某些原因，出现不同的产酶情况，如黄青霉（葡萄糖氧化酶产生菌）在甜菜糖蜜作碳源时不产酶，以甘蔗糖蜜作碳源时产酶量显著增高。有些碳源本身就是酶的诱导物，如短乳杆菌（葡萄糖异构酶产生菌）必须在木糖培养基上产酶，以葡萄糖作碳源时，尽管菌体繁殖旺盛却不产酶。*2.氮源：是组成细胞蛋白质和核酸的主要元素之一，也是酶分子的主要组成元素。凡是能够向细胞提供氮元素的营养物质称为氮源。有机氮源，无机氮源(可能引起pH变化)。常见的氮源氮源的不同，也能起到诱导和阻遏酶形成的作用。在蛋白酶生产中，蛋白质能诱导酶的形成，而它的水解物就不及它本身好。氨基酸的作用变化很大，有的有利，有的抑制。*   注意要维持合适的碳氮比（培养基中碳元素和氮元素之比），这点对产酶很关键。 无机氮与有机氮的浓度比例、无机氮的种类等。在曲霉淀粉酶的生产过程中，如果碳源不足，不能得到充分的能源，菌丝体对于氮源的消耗显著降低，影响淀粉酶的合成。枯草杆菌产生果聚糖蔗糖酶时，培养基中蔗糖浓度10%，铵盐[如(NH4)SO4]浓度必须超过菌体生长的最高需要量（即达到含氮量0.15%左右），酶的产量才大幅度上升。*3.无机盐：主要作用是提供细胞生命活动不可缺少的无机元素，并对培养基的pH值，氧化还原电位和渗透压起调节作用。有些金属离子本身就是酶的组成部分。盐对产酶的效应比较复杂：   磷：多数情况对产酶有促进作用，在蛋白酶中比较明显；   钙：Ca2+对蛋白酶有明显的保护和稳定作用。如无Ca2+存在时，灰色链霉菌中性蛋白酶只在pH7~7.5很狭范围内稳定，当有Ca2+存在时，稳定pH范围扩大到5~9，*三.发酵pH不同细胞生长繁殖的最适pH有所不同，一般细菌和放线菌的生长最适pH值为中性和微碱性（pH6.5—8.0）。霉菌和酵母的生长最适pH为偏酸性（pH4.0—6.0）。植物细胞生长的最适pH为5—6。*细胞发酵产酶的最适pH通常接近该酶反应的pH值。有些细胞能产生多种酶，通过控制培养基的pH值，往往可以改变各种酶之间的产量比例。黑曲霉可以生产a-淀粉酶，也可生产糖化酶，pH中性范围内，淀粉酶产量低而糖化酶高，酸性时，相反。培养基的pH值在细胞生长繁殖和代谢物产生的过程中往往会发生变化。这种变化与细胞特性有关，也与培养基的组分密切相关。*四.温度的调节控制不同细胞有各自不同的最适生长温度。枯草杆菌的最适生长温度34~37℃黑曲酶的最适温度为28-32℃植物细胞一般为25℃一般的微生物最适温度可以从手册上查到*细胞发酵产酶的最适温度与最适生长温度有所不同，而且往往低于最适生长温度，这是由于在较低的温度下，可提高酶的稳定性，延长细胞产酶时间。过低的温度，生化反应慢，生物生长缓慢，反而可能降低酶产量。温度有时需程序控制。*六.提高酶产量的措施一.条件控制1.添加诱导物在发酵培养基中添加适当的诱导物可使产酶量提高。不同的酶有各自不同的诱导物，但有时一种诱导物可诱导生成同一酶系的若干种酶。同一种酶往往有多种诱导物，实际应用时可根据酶的特性，诱导效果和诱导物的来源等选择。*诱导物的分类（1）酶作用底物：许多诱导酶都可由其作用底物诱导产生。（2）酶的反应产物：有些酶可由其催化的产物诱导产生。半乳糖醛酸是果胶酶催化果胶水解的产物，它可以诱导果胶酶的生物合成。（3）酶的底物类似物：酶的最有效的诱导物，往往不是酶的作用底物也不是其反应产物，而是不能被酶作用或很少被酶作用的底物类似物。蔗糖甘油单棕榈酸酯对蔗糖酶的诱导效果比蔗糖高几百倍。*底物(乙酰胺)和底物结构类似物(N-甲基乙酰胺)诱导效率比较*在表现诱导作用的范围内，浓度低时酶诱导生成速度正比于诱导物浓度，浓度继续增大，酶诱导生成的速度上升趋于缓慢，最后饱和。对许多酶而言，诱导物浓度过高反而引起阻遏，   诱导方法有：直接诱导法，即将诱导剂直接加入培养基中，使之发酵产酶；两步培养诱导法，先将微生物接种在不含诱导剂的培养液中，繁殖大量菌丝。在产酶期，把菌体转入含诱导剂的培养液中，使之大量合成酶。两步法提高产酶的原因，可能是这种方法可以避免分解代谢物阻遏，使诱导物能充分发挥其诱导作用；**2.控制阻遏物浓度。有些酶的生物合成受到阻遏物的阻遏作用。为了提高酶的产量，必须设法解除阻遏作用产物阻遏是由酶催化作用的产物或者代谢途径的末端产物引起的分解物代谢物阻遏作用是由分解代谢物（葡萄糖等和其他容易利用的碳源等物质经过分解代谢而产生的物质）引起的阻遏作用。*某些分解代谢产物对酶合成的阻遏作用解决分解代谢产物阻遏应尽量使用非阻遏性碳源以提高分解代谢作用敏感酶的生产例：嗜热芽孢杆菌生长在甘油比生长在果糖内可增加-淀粉胞外酶25倍以上；经济等原因而必须使用某一阻遏性碳源时，常采取流加方法限制碳源浓度以解除对酶的阻遏作用。例荧光假单胞杆菌纤维素突变株通过缓慢补糖可增加纤维素酶的产量几乎200倍*产物阻遏：设法从培养基中除去其终产物，以消除反馈阻遏。例如，生产蛋白酶的枯草芽孢杆菌培养基中含有氨基酸时蛋白酶产生较少，如果除去氨基酸，便可大大提高蛋白酶的产量。向培养基中加入代谢途径的某个抑制因子，切断代谢途径通路，可限制细胞内末端产物的积累，便可达到缓解其反馈阻遏的目的。例：硫胺素生物合成的4个酶，加入抑制物腺嘌呤，也可使其酶的合成提高5~10倍。*3.添加表面活性剂与细胞膜相互作用，改善细胞透过性，有利于胞外酶的分泌，提高产量.表面活性剂可分为离子型和非离子型，离子型又分为阴离子、阳离子和两性离子型。如木霉发酵生产纤维素酶的时候，添加1%的吐温（tween），可使纤维素酶的产量提高1-20倍。*添加表面活性剂吐温80（0.1%）对多种酶产量提高的倍数酶来源酶产量提高倍数纤维素酶多种霉菌20蔗糖酶多种霉菌16β-1,3葡聚糖酶多种霉菌10β-葡萄糖苷酶多种霉菌8木聚糖酶多种霉菌4淀粉酶多种霉菌4核苷酶多种霉菌5酯酶多种霉菌6右旋糖苷酶绳状青霉2茁霉多糖酶产气气杆菌1.5*4.添加产酶促进剂产酶促进剂是指可以促进产酶，但是作用机制未阐明清楚的物质。发酵中，添加促进剂可显著提高酶的产量。聚乙烯醇促进糖化酶，纤维素酶的生产。*5、综合考虑各种因素培养基优化，培养条件优化，应用数学，计算机等方法。正交实验法，先单因素，后多因素。单因素实验确定因素，水平确定实验次数，设计实验查正交表实验分析实验结果响应面因子法。*1.改良菌种（有诱变育种、原生质体融合杂交育种及代谢控制育种：改变酶合成调节机制）(1)使诱导型变为组成型(2)使阻遏型变为去阻遏型2.基因 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 育种二、遗抟控制*2.4酶发酵动力学细胞生长速度发酵动力学研究产物生成速度环境因素的影响*一.酶生物合成的模型产酶细胞在一定条件下进行培养，其生长过程一般经过调整期，对数生长期，平衡期，衰退期4个阶段。细胞总数活细胞12341：调整期：有时又称为延迟期，是指培养基接种后，细胞浓度在一段时间无明显增加的这一阶段。它是细胞在环境改变后表现出来的一个适宜阶段。延迟期的长短与菌种的种龄和接种量的多少有关。*产酶细胞在一定条件下进行培养，其生长过程一般经过调整期，对数生长期，平衡期，衰退期4个阶段。细胞总数活细胞12342：对数生长期：又称为指数生长期。这段时期营养物质较充分，细胞的生长不受限制，细胞浓度随时间呈指数增长。细胞分裂旺盛，生理活性高。工业上接种时一般用处于这段时期的细胞，提高生产效率。*产酶细胞在一定条件下进行培养，其生长过程一般经过调整期，对数生长期，平衡期，衰退期4个阶段。细胞总数活细胞12343：平衡期：细胞的浓度没有明显变化，一般是由于营养物质已近耗尽或有害物质大量积累，此时细胞浓度为最大。*产酶细胞在一定条件下进行培养，其生长过程一般经过调整期，对数生长期，平衡期，衰退期4个阶段。细胞总数活细胞12344：衰退期：由于环境恶化，细胞开始死亡，活细胞浓度下降，细胞总生长速率为负值。*酶生物合成的模式通过分析比较酶的产生与细胞生长的关系，可以把酶的生物合成的模式分为4种类型。产酶期*代表：米曲霉合成单宁酶（鞣酸酶）(诱导酶)。又称偶连酶。属于这一类型的酶既可能是组成酶，也可能是诱导酶，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。除去诱导物或细胞生长进入平衡期后，新的mRNA不再生成，酶的合成立即停止。表明这类酶所对应的mRNA是很不稳定的。其寿命一般只有几十分种。*中期合成型：代表，枯草杆菌合成碱性磷酸酶（无机磷为其阻遏物）。该酶的合成受到无机磷酸的反馈阻遏，但磷又是细胞生长必须的。所以只有培养基的磷几乎被用完时，酶才开始合成。现象：酶的合成在细胞生长一段时间才开始，而进入平衡期后，合成停止。特点：合成受到分解代谢物阻遏，而且对应的mRNA是不稳定的*代表：半乳糖醛酸或果胶诱导黑曲霉合成聚半乳糖醛酸酶。现象：酶的合成伴随着细胞的生长而开始，但在细胞生长进入平衡期后，酶的合成还可延续一段时间。特点：可受诱导，但不受分解代谢物或产物阻遏，而且该酶所对应的mRNA是相当稳定，可在生长平衡期后相当长的时间内继续用于酶的合成。*滞后合成期：黑曲霉酸性蛋白酶。现象：细胞进入平衡期后，酶才开始合成并大量积累。特点：对数期不合成，可能是由于受到分解代谢物阻遏作用的影响，阻遏解除后，酶才开始合成。对应的mRNA稳定性高。*mRNA的稳定性以及培养基中阻遏物的存在是影响酶生物合成模式的主要因素。mRNA的稳定性好的，可以在细胞进入平衡期后，继续合成其所对应的酶，mRNA的稳定性差的，酶的合成就会很快停止。培养基存在阻遏物质时，酶的合成相对滞后。在酶的工业生产中，为了提高产酶率和缩短发酵周期，合成酶的时间越长越好，最理想的合成模式应该是延续合成型。*二.细胞生长动力学细胞生长速度与外界环境影响的规律莫诺德方程：在培养过程中，细胞生长速率与细胞浓度成正比。rx为细胞生长速率；x为细胞浓度；μ为比生长速率当培养物中只有一种限制性基质，而不存在其他限制性因素时，μ为此限制性基质浓度的函数。s限制性底物浓度；μm最大比生长速率，即限制性底物过量时μ*连续全混流反应器的发酵过程中，不断流加培养液并不断地排出同体积发酵液。在稳态时，游离细胞连续发酵的生长动力学方程为：D为稀释率，是单位时间内，流加培养液与发酵容器中发酵液体积之比。单位为h-1。*D(稀释率)取值的特点:D=0,分批发酵D=mdX/dt为零，连续发酵能持续进行。DmdX/dt为负值，发酵液中细胞浓度X↓，限制性基质浓度S相对↑,m↑直至达到D=m，重新达到平衡D>mm细胞浓度趋向于零，无法达到新的平衡*三、产酶动力学:宏观产酶动力学：与细胞比生长速率、细胞浓度、细胞产酶模式有关。一般产酶动力学方程可表达为：dE/dt=(μ+)xx—细胞浓度（gDWcell/L)，每升发酵液所含的干细胞重量。μ—细胞比生长速率（h-1)—生长偶联的比产酶系数（U/gDWcell)—非生长偶联的比产酶系数（h-1U/gDcell)*根据细胞的产酶模式不同，产酶速率与细胞生长动力学关系也有所不同。1.同步合成型的酶。产酶与细胞生长相关联,平衡期产酶量为零，非生长偶联比产酶速率=0产酶动力学方程：dE/dt=μxdE/dt=(μ+)xdE/dt=(μ+)x*中期合成型：特殊的生长偶联型，动力学模型与同步合成型一样：dE/dt=μx有阻遏物时：=0解除阻遏物时，才开始酶的合成比较*延续合成型：在细胞生长期和平衡期都能合成酶，是部分偶联型：dE/dt=(μ+)x*滞后合成型：为非生长偶联型，生长偶联的比产酶系数=0dE/dt=x是一条直线。*模型中参数的确定做实验，得出产酶的数据，生物量的数据，然后，线性化处理（数据回归）模型作用：指导生产，放大生产规模。*2.5固定化微生物细胞发酵产酶固定化细胞又称固定化活细胞或固定化增殖细胞，是各种方法固定在载体上又能进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。*一.固定化细胞生长和产酶动力学细胞量包括两部分，一部分固定在载体上，一部分泄露在培养液中。固定化细胞生长动力学方程可表达为：dx/dt=μmgSXg/(Ksg+S)+μmfSXf/(Ksf+S)μmg和μmf分别代表固定在载体上细胞和游离细胞的最大比生长速率。Ksg和Ksf为莫诺德常数。产酶动力学不要求掌握。*二.固定化细胞产酶的特点1.提高产酶率。细胞固定化后，细胞在一定的空间范围内生长繁殖，细胞密度大，产酶率高。例：固定化枯草杆菌生产a-淀粉酶，在分批发酵时，每升发酵液每小时产酶1031U，连续发酵可达4875U，而游离细胞发酵只能产酶844U又如根酶发酵产脂肪酶，游离的只能产酶22U，而固定化能达到176U.2.可以反复使用或连续，而且高稀释率条件下发酵生产。固定化细胞固定在载体上，不容易脱落流失，可以连续，多次使用.也可以在高稀释率的条件连续发酵较长时间.例如：固定化细胞乙醇厌氧发酵可以连续使用半年以上．*3.发酵稳定性好。细胞固定化后，由于受到载体的保护，细胞对环境的适应力增强，能够比较稳定的进行发酵生产．4.缩短发酵周期，提高设备利用率。固定化细胞预培养，生长好后转入发酵培养基发酵生产，很快就能发酵产酶，而且只要不断的供给新鲜培养基，能够较长时间的维持其产酶特性．5.产品容易分离纯化。6.适用于胞外酶等胞外产物的生产。7.基因工程菌的质粒稳定，不易丢失。*三.固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制1.固定化细胞的预培养（培养条件）2.溶解氧的供给由于载体的影响，氧的溶解和传递受到阻碍，尤其是包埋法固定的细胞。必须增加溶解氧的量（加大通气量）3.温度的控制连续发酵，培养基预调温。*2.6动植物细胞发酵产酶一.动植物细胞的培养特性比较微生物植物细胞动物细胞细胞大小（μm）1—1020—30010—100倍增时间（h）0.3—6>12>15营养要求简单简单复杂对剪切力大多数稳定敏感敏感主要产物醇类，有机酸，氨基酸，维生素，酶，核苷酸色素，香精，药物，酶激素，疫苗，单克隆抗体，酶（1）植物比微生物细胞大得多，体积比微生物细胞大数百倍，动物细胞也比植物细胞大几十倍*一.动植物细胞的培养特性比较微生物植物细胞动物细胞细胞大小（μm）1—1020—30010—100倍增时间（h）0.3—6>12>15营养要求简单简单复杂对剪切力大多数稳定敏感敏感主要产物醇类，有机酸，氨基酸，维生素，酶，核苷酸色素，香精，药物，酶激素，疫苗，单克隆抗体，酶（2）植物细胞的生长速率和代谢速率比微生物低，生长倍增时间长，生产周期比微生物长*一.动植物细胞的培养特性比较微生物植物细胞动物细胞细胞大小（μm）1—1020—30010—100倍增时间（h）0.3—6>12>15营养要求简单简单复杂对剪切力大多数稳定敏感敏感主要产物醇类，有机酸，氨基酸，维生素，酶，核苷酸色素，香精，药物，酶激素，疫苗，单克隆抗体，酶（3）植物和微生物的营养要求简单，动物的复杂，一般要求有血清的存在*一.动植物细胞的培养特性比较微生物植物细胞动物细胞细胞大小（μm）1—1020—30010—100倍增时间（h）0.3—6>12>15营养要求简单简单复杂对剪切力大多数稳定敏感敏感主要产物醇类，有机酸，氨基酸，维生素，酶，核苷酸色素，香精，药物，酶激素，疫苗，单克隆抗体，酶（4）植物细胞和动物细胞一样，对剪切力敏感，对生物反应器的选择有特殊要求，搅拌要控制严格*一.动植物细胞的培养特性比较微生物植物细胞动物细胞细胞大小（μm）1—1020—30010—100倍增时间（h）0.3—6>12>15营养要求简单简单复杂对剪切力大多数稳定敏感敏感主要产物醇类，有机酸，氨基酸，维生素，酶，核苷酸色素，香精，药物，酶激素，疫苗，单克隆抗体，酶（5）植物细胞和微生物细胞，动物细胞用于生产的目的不一样*植物细胞与动物细胞，微生物细胞的主要不同点之一：大多数植物的生长以及次级代谢物的生产要求一定的光照强度和光照时间。在植物细胞的培养的过程中，如何满足植物细胞对光照的要求，是反应器的研制和实际操作中要认真考虑并有待研究解决的问题。*二.植物细胞培养的特点培养植物细胞与从植物中分离这些物质比有许多优点：提高产率。日本三井公司采用紫草细胞培养生产紫草宁，细胞中紫草宁的含量比紫草根中的高10倍，产率比天然高830倍缩短周期植物细胞的倍增时间一般为12-60h，生产周期15-30天。易于管理提高产品质量*三.植物细胞发酵产酶工艺条件控制1.植物细胞发酵产酶的工艺条件首先要根据不同的细胞各自特点进行调节控制。2.植物细胞生长和发酵使用的培养基。3.温度和pH值的影响4.通风与搅拌5.前体的添加6.刺激剂的应用*四.动物细胞发酵动物细胞可以产生各种有较高价值的物质，如激素，疫苗，单克隆抗体和酶等动物蛋白质。动物细胞与微生物细胞和植物细胞的最大区别在于没有细胞壁，显得十分脆弱，必须严格控制培养条件，包括温度、pH、渗透压以及溶解氧。动物细胞的培养可以分为两类，一是来自血液淋巴组织的细胞，肿瘤细胞和杂交瘤细胞，可以采用悬浮培养。另一类是存在于动物复杂器官中的细胞，与其周围的细胞互相依存，必须依附在固体和半固体表面才能生长和进行正常的新陈代谢。