微生物发酵
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产酶微生物发酵是一个复杂的生物化学过程，为了达到更好的发酵效果，需要控制发酵过程中的各个因素，包括培养基组成、溶氧、pH、温度、泡沫等。这些因素相互联系、相互作用，影响着发酵过程中酶的产量和质量。
一
培养基
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。为工程原理满足微生物细胞生长、繁殖的需要，要调节培养基各组分的种类和含量，甚至pH。另外，有些细胞在生长、繁殖和发酵阶段需要的培养基不同，这就需要配制不同的培养基，以满足其需要。培养基的种类千差万别，但是总体来讲，培养基的主要组分包括碳源、氮源、无机盐、水以及生长生长因子等。
1.1
碳源
碳源是供给微生物细胞生命活动所需要的能量以及构成菌体细胞和各种谢产物的物质基础。细胞中碳元素的含量很高，一般是细胞干重的50%左右，因此碳源需要量很大，是发酵中主要的原料之一。由于发酵菌种多数是异养微生物，需要向培养基中添加有机碳。目前工业发酵中需要的有机碳多数来源于麸皮、玉米、米糠、马铃薯、木薯等农作物原料。这些原料廉价易得，有利于低工业发酵成本。但是不同的碳源对酶的活力和产量有很大的影响。例如在豆豉纤溶酶的发酵生产中，用大米粉作为碳源时，酶的产量高于用蔗糖作为碳源时酶的产量
1.2
氮源
氮源是指构成微生物细胞和代谢产物中氮元素来源的营养物质。氮源有无机氮源和有机氮源两种，无机氮源主要是含氮的各种无机化合物，如硫酸铵、硝酸硝酸钾、硝酸钠等各种铰盐和硝酸盐。有机氮源主要是豆饼粉、蛋白胨、牛肉膏、酪蛋白、花生饼粉、多肽、氨基酸等。不同微生物对氮源的要求各不相同，要经过研究后根据需要选择不同的氮源。不同的氮源会影响酶的活力，例如，利用假单胞菌(Psendomomas sp )生产脂肪酶时，有机氮源明显优于无机氮源，且有机氮源中酵母抽提物的效果最佳。
1.3
无机盐
工业发酵培养基中一般都需要漆加无机盐，如钙、锌、钻、钾、锰、氯、硫、磷等。各种无机盐的功能不同，有些无机盐是酶的组成成分，如磷、锌、钙等；有些是酶的激活剂或抑制剂，如镁、铁、锌、铜、锰、钙、氧、澳、碘等；有些是组成细胞的成分，如磷、硫等；有些可以调节pH、氧化还原电位等，如钙、钾、氯等。
1.4
水
水是菌体生长必不可少的物质，微生物所需要的营养元素必须先溶解到水中，
从细胞表面而扩散到细胞内后才能被微生物利用；微生物的新陈代谢也必须在水溶液的环境中才能进行。另外，细胞自身形态及细胞中蛋白质、核酸的大分子构象必领依靠水才能维持，而且细胞产生的代谢产物也必须依靠水的作用才能运输到细胞外。微生物对水的需求量很大，因此液体培养基用水来配制，而固体发酵中水含量的大小(即湿度)也直接影响微生物的产酶效率。
1.5
产酶促进剂
产酶促进剂是指向培养基中添加的少量的可以显著提高酶产量的某种物质。
产酶促进剂一般有诱导剂和表面活性剂两种。这些促进剂不是微生物生长的必须质、作用机理也不是完全清楚。
1.6
其他成分
培养基中即使添加了适量的水分、碳源、氮源等，有些微生物仍生长不良，需要再添加嘌呤、嘧啶、维生素等物质。这些物质是微生物生长发育所必需的，但是不能由自身合成，必须添加提供，称为生长因子。在酶的发酵生产中，一般在培养基中添加含有多种生长因子的天然原料水解物，如酵母膏、玉米浆、麦芽汁、麸皮水解液等，以提供细胞生长所需的各种生长因子。
二
发酵工艺控制
在酶的发酵生产中，菌种的产酶性能是决定发酵效果的重要因素，但发酵条件也会对菌体的生长与酶的产量产生影响。除了适宜的培养基外，酶的合成还需要合适的温度、pH、溶氧等，各种参数相互影响、相互联系，只有配合适当才能得到预期效果。
2.1
温度
微生物的生长繁殖和代谢都需要在合适的温度下进行，不同的细菌有不同的最适生长温度，细胞在发酵过程中、产酸的最适温度往往低于细胞的最适生长温度，这是由于在较低的温度下，可提高酶的稳定性，但并不是温度越低越好。在生长阶段选择最适合菌体生长的温度，在产酶阶段选择最适合产酶的温度，这样的发酵条件得到的酶的产量会比较理想，例如，枯草芽孢杆菌进行中性蛋白酶发酵时，其先要经过前期升温阶段，即从31℃开始，逐步升至40℃，进行生长繁殖，再冷却至31℃进行发酵，这样可以大量积累蛋白酶。
2.2
pH
微生物的生长及代谢产物的合成，不仅需要合适的温度，同时还需要合适的pH。发酵pH对微生物菌体的生长和酶的合成具有重要的影响，在合适的pH下酶的产量会提高几倍甚至十几倍。
由于菌种的遗传转性、培养基的成分、培养条件以及营养物质的分解代谢等原因使发酵过程中的pH有所变化、发酵液的起始pH对发酵酶活有很大的影响例如，在用粗状假丝酵母(Candida valida) T2生产脂肪酶时，最适的起始pH为6.0，低于或离于6.0都会使酶活大大降低，由于发酵过程中pH会发生变化，而细胞本身调节pH的能力有限，因此在发酵过程中需要控制pH的变化，通常先确定发酵过程中各阶段的最适pH。使发酵过程在预定的pH范围内进行，然后试验发酵过程中的基础培养基配方，培养基中含有代谢产酸物质或产碱物质以及缓冲剂等成分，可以起到缓冲pH的作用，使发酵过程中pH的变化。在合适的范围内、微生物发酵的合适pH一般为5-8，但培养基的缓冲能力有限，一般使用上述方法达不到要求，需要在发酵过程中直接加酸或碱来控制，另外也可以通过补充含有氮源的生理酸性物质如硫酸铵，或碱性物质如氨水来调节pH。
2.3
溶氧
微生物根据需氧量的不同，分为好氧性，厌氧性和兼性厌氧性微生物，而工业发酵过程中需要的微生物多数是好氧性，它们需要从周围的环境中不断获得氧气，特别是液体深层发酵过程中溶氧的控制是非常重要的参数，如果供氧不足，则会影响酶的产量，但并不是溶氧浓度越高越好，在不同的发酵阶段需要的溶氧浓度不同，有些酶在发酵过程中，前期是好氧培养，后期是厌氧培养，如天冬酰胺酶的发酵。而有些酶在发酵过程中对溶氧的需求则正好相反，这要视菌种、酶种、培养基的成分等因素而定。
2.4
泡沫
发酵过程中由于必要的通气搅拌、培养基成分发生变化、发酵过程中气体的产生、培养基中有蛋白类表面活性剂的存在等原因，不可避免地会产生泡沫，泡沫的产生对发酵过程有严重的负面影响，泡沫过多会造成发酵罐的装料系数减少，由于泡沫是气体分散在少量液体中的胶体体系，会造成气液不流通，因此会造成发酵过程中氧的传递效率降低，另外，如果泡沫过多，就会从排气管路溢出，大大增加染菌的概率。所以控制泡沫是发酵过程中的一项重要内容。实际应用中一般采用两种方式消泡，即物理方式和化学方式，物理方式就是用消泡桨将泡沫打破，而化学方式则是向发酵罐中添加消泡剂，最常用的消泡剂有两种，聚氧丙烯甘油和聚氧乙烯氧丙烯甘油。
除上述条件外，搅拌、压力、CO ?的浓度以及湿度都会对发酵过程造成影响，也是发酵过程中重要的参数，在发酵过程中也要防止杂菌的污染，发酵罐要消毒，接菌进行严格的无菌操作，并在发酵过程中适时取样镜检，防止杂菌的污染。发酵是各种因素综合作用的结果，发酵过程中需要摸索最佳条件以获得最佳酶产量。
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