工業(yè)發(fā)酵的特征

1、2022-3-30張星元：發(fā)酵原理1工業(yè)發(fā)酵的特征工業(yè)發(fā)酵的特征2022-3-30張星元：發(fā)酵原理2 緒緒 論論 隨著生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、應(yīng)用隨著生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、應(yīng)用分子生物學(xué)、遺傳工程和代謝工程等學(xué)分子生物學(xué)、遺傳工程和代謝工程等學(xué)科和分析、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)酵科和分析、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)酵正在發(fā)生一個(gè)從技藝走向科學(xué)的重大變正在發(fā)生一個(gè)從技藝走向科學(xué)的重大變化，我國(guó)大學(xué)的發(fā)酵工程專業(yè)正在融入化，我國(guó)大學(xué)的發(fā)酵工程專業(yè)正在融入生物工程專業(yè)。在生物工程受到廣泛重生物工程專業(yè)。在生物工程受到廣泛重視的今天，有必要把工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中的視的今天，有必要把工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中的菌種選育、發(fā)酵工藝

2、和微生物的培養(yǎng)設(shè)菌種選育、發(fā)酵工藝和微生物的培養(yǎng)設(shè)備作為一個(gè)整體，在科學(xué)的水平上對(duì)工備作為一個(gè)整體，在科學(xué)的水平上對(duì)工業(yè)發(fā)酵進(jìn)行重新審視。業(yè)發(fā)酵進(jìn)行重新審視。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理3 微生物是工業(yè)發(fā)酵的微生物是工業(yè)發(fā)酵的 “靈靈魂魂”，這句話強(qiáng)調(diào)微生物在近、現(xiàn)，這句話強(qiáng)調(diào)微生物在近、現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵中的關(guān)鍵作用代工業(yè)發(fā)酵中的關(guān)鍵作用, 以及工以及工業(yè)發(fā)酵與工業(yè)化學(xué)過程、工業(yè)生物業(yè)發(fā)酵與工業(yè)化學(xué)過程、工業(yè)生物化學(xué)過程的不同屬性。在工業(yè)化學(xué)化學(xué)過程的不同屬性。在工業(yè)化學(xué)過程中沒有生物活性物質(zhì)參與催化，過程中沒有生物活性物質(zhì)參與催化，所用催化劑也是無機(jī)物。工業(yè)生化所用催化劑也是無機(jī)物。工業(yè)生

3、化過程屬于由酶催化的體外酶反應(yīng)過過程屬于由酶催化的體外酶反應(yīng)過程，酶具有生物活性。當(dāng)酶失活、程，酶具有生物活性。當(dāng)酶失活、輔酶耗盡，過程就停止了。輔酶耗盡，過程就停止了。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理4 工業(yè)發(fā)酵過程屬于由活細(xì)工業(yè)發(fā)酵過程屬于由活細(xì)胞參與的生命活動(dòng)過程。具有胞參與的生命活動(dòng)過程。具有代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)、輔酶再生、代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)、輔酶再生、生物能轉(zhuǎn)換等機(jī)制；這個(gè)過程生物能轉(zhuǎn)換等機(jī)制；這個(gè)過程原則上可以進(jìn)行到基質(zhì)原料耗原則上可以進(jìn)行到基質(zhì)原料耗盡，或因代謝產(chǎn)物在細(xì)胞外累盡，或因代謝產(chǎn)物在細(xì)胞外累積造成環(huán)境極度惡化而影響微積造成環(huán)境極度惡化而影響微生物生存之時(shí)。生物生存之時(shí)。2022

4、-3-30張星元：發(fā)酵原理5一、工業(yè)發(fā)酵的特征一、工業(yè)發(fā)酵的特征二、工業(yè)發(fā)酵的范疇二、工業(yè)發(fā)酵的范疇 三、發(fā)酵原理及其重要性三、發(fā)酵原理及其重要性 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理6工業(yè)發(fā)酵的特征工業(yè)發(fā)酵的特征2022-3-30張星元：發(fā)酵原理71、菌種是發(fā)酵成功的內(nèi)因。若設(shè)備條件、菌種是發(fā)酵成功的內(nèi)因。若設(shè)備條件已確定，已確定， 可通過改良菌種挖掘生產(chǎn)潛力；可通過改良菌種挖掘生產(chǎn)潛力；在設(shè)備、菌種確定的情況下，在設(shè)備、菌種確定的情況下， 可通過優(yōu)可通過優(yōu)化發(fā)酵工藝條件發(fā)揮菌種潛力?；l(fā)酵工藝條件發(fā)揮菌種潛力。 優(yōu)良菌優(yōu)良菌種可大幅度增加生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，種可大幅度增加生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，

5、簡(jiǎn)化操作，提高經(jīng)濟(jì)效益。簡(jiǎn)化操作，提高經(jīng)濟(jì)效益。2、維持正常的發(fā)酵條件和防止雜菌污染、維持正常的發(fā)酵條件和防止雜菌污染至關(guān)重要。至關(guān)重要。3、生產(chǎn)設(shè)備單一（這里是指發(fā)酵罐，實(shí)、生產(chǎn)設(shè)備單一（這里是指發(fā)酵罐，實(shí)際上工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中際上工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中 起關(guān)鍵做用的是發(fā)起關(guān)鍵做用的是發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物細(xì)胞酵罐中培養(yǎng)的微生物細(xì)胞 微生物生微生物生物機(jī)器）。物機(jī)器）。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理84、與化學(xué)工業(yè)相比較，對(duì)設(shè)備材料、與化學(xué)工業(yè)相比較，對(duì)設(shè)備材料 的要求不高。的要求不高。5、 發(fā)酵原料一般比較粗放。發(fā)酵原料一般比較粗放。6、 發(fā)酵液一般無化學(xué)毒性。發(fā)酵液一般無化學(xué)毒性。7、 可進(jìn)行復(fù)雜

6、化合物分子的特定部可進(jìn)行復(fù)雜化合物分子的特定部 位的氧化、還原反應(yīng)，以及導(dǎo)入位的氧化、還原反應(yīng)，以及導(dǎo)入 官能團(tuán)等反應(yīng)。官能團(tuán)等反應(yīng)。8、 可生產(chǎn)復(fù)雜的有機(jī)化合物和特定可生產(chǎn)復(fù)雜的有機(jī)化合物和特定 光學(xué)活性的有機(jī)化合物。光學(xué)活性的有機(jī)化合物。 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理9 二、工業(yè)發(fā)酵的范疇二、工業(yè)發(fā)酵的范疇 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理101、生產(chǎn)能量代謝的副產(chǎn)物生產(chǎn)能量代謝的副產(chǎn)物2、生產(chǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物、生產(chǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物3、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物、生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物4、生產(chǎn)其它發(fā)酵產(chǎn)品、生產(chǎn)其它發(fā)酵產(chǎn)品5、其它用途、其它用途2022-3-30張星元：發(fā)酵原理11 1、能量代謝的副產(chǎn)物、

7、能量代謝的副產(chǎn)物（能量代謝的副產(chǎn)物的生成和（能量代謝的副產(chǎn)物的生成和分泌關(guān)系到能量代謝的持續(xù)進(jìn)分泌關(guān)系到能量代謝的持續(xù)進(jìn)行問題，能量代謝的副產(chǎn)物并行問題，能量代謝的副產(chǎn)物并不參與細(xì)胞組成）：不參與細(xì)胞組成）： 乙醇、乳酸、丙酮、丁醇等乙醇、乳酸、丙酮、丁醇等 返回返回2022-3-30張星元：發(fā)酵原理122、生產(chǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物、生產(chǎn)初級(jí)代謝產(chǎn)物（進(jìn)入細(xì)胞結(jié)構(gòu)或參與細(xì)胞生長(zhǎng)的（進(jìn)入細(xì)胞結(jié)構(gòu)或參與細(xì)胞生長(zhǎng)的代謝中間產(chǎn)物）：代謝中間產(chǎn)物）： 酵解或酵解或TCA環(huán)中間代謝產(chǎn)物：環(huán)中間代謝產(chǎn)物： 糖的磷酸酯，有機(jī)酸；糖的磷酸酯，有機(jī)酸； 氨基酸，氨基酰胺；氨基酸，氨基酰胺； 核苷及核苷酸；核苷及核苷酸；

8、飽和和不飽和脂肪酸；飽和和不飽和脂肪酸； 多元醇；多元醇； 維生素；維生素； 輔酶輔酶 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理13 3、生產(chǎn)次級(jí)代謝產(chǎn)物：、生產(chǎn)次級(jí)代謝產(chǎn)物： 色素；色素； 生物堿生物堿 ； 抗生素；抗生素； 萜類；萜類； 毒素毒素 ( 有的與交叉有的與交叉 )； 生物活性物質(zhì)，包括：生物活性物質(zhì)，包括：a.酶抑酶抑 制劑；制劑；b.免疫調(diào)節(jié)劑；免疫調(diào)節(jié)劑；c. 受體受體 拮抗劑、激動(dòng)劑；拮抗劑、激動(dòng)劑；d.離子載體；離子載體； e.類激素；類激素；f. 抗氧劑；抗氧劑；g. 生物生物 表面活性劑；表面活性劑；h.抗輻射藥物等?？馆椛渌幬锏?。 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理14

9、4、其它發(fā)酵產(chǎn)品、其它發(fā)酵產(chǎn)品 微生物菌體（白色食品和微生物菌體（白色食品和 藍(lán)色食品）；藍(lán)色食品）； 微生物酶制劑；微生物酶制劑； 微生物多糖和寡糖；微生物多糖和寡糖； 微生物可降解的多聚物；微生物可降解的多聚物； 微生物農(nóng)藥；微生物農(nóng)藥； 用工業(yè)發(fā)酵的方法生產(chǎn)的用工業(yè)發(fā)酵的方法生產(chǎn)的 動(dòng)、植物基因產(chǎn)物。動(dòng)、植物基因產(chǎn)物。 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理155、其它用途：、其它用途： 微生物冶金；微生物冶金； 微生物降解；微生物降解； 甾體轉(zhuǎn)化；甾體轉(zhuǎn)化； 動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)；動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)； 固定化細(xì)胞和固定化酶固定化細(xì)胞和固定化酶 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理16三、發(fā)酵原理及其重

10、要性三、發(fā)酵原理及其重要性 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理17 工業(yè)發(fā)酵過程是微生物群體生工業(yè)發(fā)酵過程是微生物群體生命活動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程。從工業(yè)發(fā)酵的命活動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程。從工業(yè)發(fā)酵的現(xiàn)狀出發(fā)，把依靠化能異養(yǎng)型微生現(xiàn)狀出發(fā)，把依靠化能異養(yǎng)型微生物來合成某代謝中間產(chǎn)物作為目的物來合成某代謝中間產(chǎn)物作為目的產(chǎn)物，而且目的產(chǎn)物最終被分泌到產(chǎn)物，而且目的產(chǎn)物最終被分泌到細(xì)胞外的過程，作為工業(yè)發(fā)酵的典細(xì)胞外的過程，作為工業(yè)發(fā)酵的典型過程來研究。建立了工業(yè)發(fā)酵過型過程來研究。建立了工業(yè)發(fā)酵過程的工作模式。程的工作模式。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理18 對(duì)這個(gè)模式進(jìn)行深入的研究，發(fā)現(xiàn)工對(duì)這個(gè)模式進(jìn)行深入的

11、研究，發(fā)現(xiàn)工業(yè)發(fā)酵過程靠如下三種流動(dòng)來維系：即伴業(yè)發(fā)酵過程靠如下三種流動(dòng)來維系：即伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換而發(fā)生的電子流動(dòng)、伴隨能量形式的轉(zhuǎn)換而發(fā)生的電子流動(dòng)、伴隨異化和同化作用而發(fā)生的物質(zhì)流動(dòng)，以隨異化和同化作用而發(fā)生的物質(zhì)流動(dòng)，以及伴隨不同水平上的代謝調(diào)節(jié)而發(fā)生的信及伴隨不同水平上的代謝調(diào)節(jié)而發(fā)生的信息流動(dòng)。在分析以上三種流動(dòng)的運(yùn)行規(guī)律息流動(dòng)。在分析以上三種流動(dòng)的運(yùn)行規(guī)律,以及歸納工業(yè)發(fā)酵和生物制藥的大量信息以及歸納工業(yè)發(fā)酵和生物制藥的大量信息的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)于微生物生命活動(dòng)的的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)于微生物生命活動(dòng)的三個(gè)基本假說：代謝能支撐假說，代三個(gè)基本假說：代謝能支撐假說，代謝網(wǎng)絡(luò)假說，謝網(wǎng)絡(luò)

12、假說， 細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說。 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理19 半個(gè)世紀(jì)以來，工業(yè)發(fā)酵領(lǐng)半個(gè)世紀(jì)以來，工業(yè)發(fā)酵領(lǐng)域許多另星的的客觀事實(shí)，特別域許多另星的的客觀事實(shí)，特別是二十多年來國(guó)內(nèi)外在代謝控制是二十多年來國(guó)內(nèi)外在代謝控制發(fā)酵、設(shè)計(jì)育種、代謝工程方面發(fā)酵、設(shè)計(jì)育種、代謝工程方面的許多研究（包括本文作者的研的許多研究（包括本文作者的研究）所反映的客觀事實(shí)，已為上究）所反映的客觀事實(shí)，已為上述三個(gè)基本假說提供了充足的論述三個(gè)基本假說提供了充足的論據(jù)。據(jù)。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理20 這三個(gè)基本假設(shè)，以及在這三個(gè)基本假設(shè)，以及在此基礎(chǔ)上做出的關(guān)于發(fā)酵工程此基礎(chǔ)上做出的關(guān)于發(fā)

13、酵工程的八個(gè)應(yīng)用性推理，揭示了工的八個(gè)應(yīng)用性推理，揭示了工業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)屬性、工業(yè)發(fā)業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)屬性、工業(yè)發(fā)酵的代謝本質(zhì)，以及工業(yè)發(fā)酵酵的代謝本質(zhì)，以及工業(yè)發(fā)酵過程中微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的過程中微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的規(guī)律。從而形成了發(fā)酵原理的規(guī)律。從而形成了發(fā)酵原理的理論框架。理論框架。 2022-3-30張星元：發(fā)酵原理21 發(fā)酵原理是工業(yè)發(fā)酵的生發(fā)酵原理是工業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)原理的簡(jiǎn)稱。它研究工業(yè)物學(xué)原理的簡(jiǎn)稱。它研究工業(yè)微生物在生長(zhǎng)、繁殖與發(fā)酵過微生物在生長(zhǎng)、繁殖與發(fā)酵過程中的正常代謝與異常代謝規(guī)程中的正常代謝與異常代謝規(guī)律，探索提高現(xiàn)有的工業(yè)發(fā)酵律，探索提高現(xiàn)有的工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)酵法生產(chǎn)能力，以及產(chǎn)品的發(fā)酵法生產(chǎn)能力，以及開發(fā)工業(yè)發(fā)酵新產(chǎn)品和新原料開發(fā)工業(yè)發(fā)酵新產(chǎn)品和新原料的理論根據(jù)及應(yīng)用原理。的理論根據(jù)及應(yīng)用原理。2022-3-30張星元：發(fā)酵原理22 微生物的生存利益與人類的微生物的生存利益與人類的經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命活動(dòng)規(guī)律和人的意