(26)-1.1.1發(fā)酵工程的定義和特點

各位同學，大家好，新學期開始，我和大家開始學習一門新的課程，本課程是應用生物技術專業(yè)的必修專業(yè)課；是一門綜合性學科，涉及的知識面廣，同時又是一門基礎理論與生產實際相結合的課程。需要在理論教學的同時，配合實驗的實踐環(huán)節(jié)，也要求學生利用實驗、參觀、實習、社會實踐等機會，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。以分子生物學，基因工程、微生物學等課程的學習為基礎，理論聯(lián)系實踐，并在實踐中鞏固本課程的教學效果，進一步建立實際生產的概念。我和大家主要學習本課程的緒論和微生物菌種制備原理與技術兩部分，首先我們來學習一下緒論，在緒論這部分，我們將了解何為發(fā)酵工程，以及本課程過去現(xiàn)在和未來的發(fā)展。首先我們來學習第一個問題，何為發(fā)酵工程，在學習發(fā)酵工程的定義之前，我們首先來學習一下何為生物技術，生物技術是以生命科學為基礎，結合先進的工程技術手段和其它自然科學原理按照預先的設計改造生物體，利用微生物、動物或植物體對原料進行加工，生產出人類所需產品或達到某種目的的技術。從生物技術的定義我們可以看出，其中微生物作為研究對象是其中重要的一項，而發(fā)酵工程的研究對象正是微生物，那么生物技術和發(fā)酵工程的關系是如何呢，我們來學習一下。發(fā)酵工程是以自然界中的天然微生物為出發(fā)菌株，利用生物技術中的手段，例如誘變育種，雜交育種，基因工程，細胞工程等手段改造微生物，讓天然的微生物成為能夠工業(yè)化的優(yōu)良菌種，這些優(yōu)良菌種利用各種原料例如淀粉，糖蜜，纖維質原料等作為微生物的營養(yǎng)成分，通過微生物的生長代謝過程產生我們需要的產品，當然我們需要的產品包括了菌體本身，單細胞蛋白，各種產物，例如氨基酸，抗生素等，以及異源產物，例如胰島素，干擾素等，這就是發(fā)酵工程的簡單流程，也剛好符合了生物技術利用微生物生產人類需要產品的定義。發(fā)酵工程是生物技術的重要組成部分，是生物技術產業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。它是應用微生物學等相關的自然科學以及工程學原理，利用微生物等生物細胞進行酶促轉化，將原料轉化成產品或提供社會性服務的一門科學。首先我們來學習一下發(fā)酵的定義1，發(fā)酵一詞的來源“發(fā)酵”（Fermentation）一詞是拉丁語“沸騰”（fervere）的派生詞，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時產生氣泡的現(xiàn)象。產生氣泡的現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產生的二氧化碳所引起的。2，狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學或生理學上發(fā)酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質產生能量的一種方式，或者更嚴格地說，發(fā)酵是以有機物作為電子受體的氧化還原產能反應。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產生酒精并放出二氧化碳。同時獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。3，廣義“發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物(微生物或動植物)細胞制造或生產某些產品的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產。產品既有細胞代謝產物，也包括菌體細胞、酶等。我們再來看一下發(fā)酵工程的定義，在不同的階段和不同的角度有不同的定義。1）國際純粹及應用化學聯(lián)合會將生物化學、生物學、微生物學和化學工程應用于工業(yè)生產過程（包括醫(yī)藥衛(wèi)生、能源及農業(yè)產品）及環(huán)境保護的技術2）國際經濟及合作發(fā)展組織應用自然科學及工程學原理、依靠生物作用劑（Biologicalagents）的作用將物料進行加工以提供產品或為社會服務的技術3）穆里對生物作用和生物物料加以評價和利用，并進行工業(yè)產品生產的技術4）希金斯生物系統(tǒng)或生物過程的工業(yè)利用，它很大程度上取決于對生物系統(tǒng)及其催化作用專門知識的認識。總結一下發(fā)酵工程的定義應用微生物學等相關的自然科學以及工程學原理，利用微生物等生物細胞進行酶促轉化，將原料轉化成產品或提供社會性服務的一門科學。1．發(fā)酵過程的組成繁殖種子和發(fā)酵生產所用的培養(yǎng)基組份確定；培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設備的滅菌；培養(yǎng)出有活性、適量的純種，接種入生產的容器中；微生物在最適合于產物生長的條件下，在發(fā)酵罐中生長；產物提取和精制；過程中排出的廢棄物的處理。2．發(fā)酵生產的條件某種適宜的微生物保證或控制微生物進行代謝的各種條件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧pH等）進行微生物發(fā)酵的設備提取菌體或代謝產物，精制成產品的方法和設備。二．發(fā)酵工程的特點發(fā)酵和其他化學工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進行的化學反應。其主要特點如下：1．發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學反應，反應安全，要求條件也比較簡單。2．發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主，只要加入少量的有機和無機氮源就可進行反應。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@—特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造和更新。3．發(fā)酵過程是通過生物體的自動調節(jié)方式來完成的，反應的專一性強，因而可以得到較為單—的代謝產物。4．發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。除了必須對設備進行嚴格消毒處理和空氣過濾外，反應必須在無菌條件下進行。如果污染了雜菌，生產上就要遭到巨大的經濟損失，要是感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關鍵。5．由于生物體本身所具有的反應機制，能夠專一性地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位地氧化、還原等化學轉化反應，也可以產生比較復雜的高分子化合物。6．微生