工业发酵的特征

1、2022-3-30张星元：发酵原理1工业发酵的特征工业发酵的特征2022-3-30张星元：发酵原理2 绪绪 论论 随着生物化学、细胞生物学、应用随着生物化学、细胞生物学、应用分子生物学、遗传工程和代谢工程等学分子生物学、遗传工程和代谢工程等学科和分析、检测技术的发展，工业发酵科和分析、检测技术的发展，工业发酵正在发生一个从技艺走向科学的重大变正在发生一个从技艺走向科学的重大变化，我国大学的发酵工程专业正在融入化，我国大学的发酵工程专业正在融入生物工程专业。在生物工程受到广泛重生物工程专业。在生物工程受到广泛重视的今天，有必要把工业发酵生产中的视的今天，有必要把工业发酵生产中的菌种选育、发酵工艺

2、和微生物的培养设菌种选育、发酵工艺和微生物的培养设备作为一个整体，在科学的水平上对工备作为一个整体，在科学的水平上对工业发酵进行重新审视。业发酵进行重新审视。2022-3-30张星元：发酵原理3 微生物是工业发酵的微生物是工业发酵的 “灵灵魂魂”，这句话强调微生物在近、现，这句话强调微生物在近、现代工业发酵中的关键作用代工业发酵中的关键作用, 以及工以及工业发酵与工业化学过程、工业生物业发酵与工业化学过程、工业生物化学过程的不同属性。在工业化学化学过程的不同属性。在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化，过程中没有生物活性物质参与催化，所用催化剂也是无机物。工业生化所用催化剂也是无机物。工业生

3、化过程属于由酶催化的体外酶反应过过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。当酶失活、程，酶具有生物活性。当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。辅酶耗尽，过程就停止了。2022-3-30张星元：发酵原理4 工业发酵过程属于由活细工业发酵过程属于由活细胞参与的生命活动过程。具有胞参与的生命活动过程。具有代谢的自动调节、辅酶再生、代谢的自动调节、辅酶再生、生物能转换等机制；这个过程生物能转换等机制；这个过程原则上可以进行到基质原料耗原则上可以进行到基质原料耗尽，或因代谢产物在细胞外累尽，或因代谢产物在细胞外累积造成环境极度恶化而影响微积造成环境极度恶化而影响微生物生存之时。生物生存之时。2022

4、-3-30张星元：发酵原理5一、工业发酵的特征一、工业发酵的特征二、工业发酵的范畴二、工业发酵的范畴 三、发酵原理及其重要性三、发酵原理及其重要性 2022-3-30张星元：发酵原理6工业发酵的特征工业发酵的特征2022-3-30张星元：发酵原理71、菌种是发酵成功的内因。若设备条件、菌种是发酵成功的内因。若设备条件已确定，已确定， 可通过改良菌种挖掘生产潜力；可通过改良菌种挖掘生产潜力；在设备、菌种确定的情况下，在设备、菌种确定的情况下， 可通过优可通过优化发酵工艺条件发挥菌种潜力。化发酵工艺条件发挥菌种潜力。 优良菌优良菌种可大幅度增加生产，提高产品质量，种可大幅度增加生产，提高产品质量，

5、简化操作，提高经济效益。简化操作，提高经济效益。2、维持正常的发酵条件和防止杂菌污染、维持正常的发酵条件和防止杂菌污染至关重要。至关重要。3、生产设备单一（这里是指发酵罐，实、生产设备单一（这里是指发酵罐，实际上工业发酵生产中际上工业发酵生产中 起关键做用的是发起关键做用的是发酵罐中培养的微生物细胞酵罐中培养的微生物细胞 微生物生微生物生物机器）。物机器）。2022-3-30张星元：发酵原理84、与化学工业相比较，对设备材料、与化学工业相比较，对设备材料 的要求不高。的要求不高。5、 发酵原料一般比较粗放。发酵原料一般比较粗放。6、 发酵液一般无化学毒性。发酵液一般无化学毒性。7、 可进行复杂

6、化合物分子的特定部可进行复杂化合物分子的特定部 位的氧化、还原反应，以及导入位的氧化、还原反应，以及导入 官能团等反应。官能团等反应。8、 可生产复杂的有机化合物和特定可生产复杂的有机化合物和特定 光学活性的有机化合物。光学活性的有机化合物。 2022-3-30张星元：发酵原理9 二、工业发酵的范畴二、工业发酵的范畴 2022-3-30张星元：发酵原理101、生产能量代谢的副产物生产能量代谢的副产物2、生产初级代谢产物、生产初级代谢产物3、生产次生代谢产物、生产次生代谢产物4、生产其它发酵产品、生产其它发酵产品5、其它用途、其它用途2022-3-30张星元：发酵原理11 1、能量代谢的副产物、

7、能量代谢的副产物（能量代谢的副产物的生成和（能量代谢的副产物的生成和分泌关系到能量代谢的持续进分泌关系到能量代谢的持续进行问题，能量代谢的副产物并行问题，能量代谢的副产物并不参与细胞组成）：不参与细胞组成）： 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张星元：发酵原理122、生产初级代谢产物、生产初级代谢产物（进入细胞结构或参与细胞生长的（进入细胞结构或参与细胞生长的代谢中间产物）：代谢中间产物）： 酵解或酵解或TCA环中间代谢产物：环中间代谢产物： 糖的磷酸酯，有机酸；糖的磷酸酯，有机酸； 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、饱和和不饱和脂肪酸；饱和和不饱和脂肪酸； 多元醇；多元醇； 维生素；维生素； 辅酶辅酶 2022-3-30张星元：发酵原理13 3、生产次级代谢产物：、生产次级代谢产物： 色素；色素； 生物碱生物碱 ； 抗生素；抗生素； 萜类；萜类； 毒素毒素 ( 有的与交叉有的与交叉 )； 生物活性物质，包括：生物活性物质，包括：a.酶抑酶抑 制剂；制剂；b.免疫调节剂；免疫调节剂；c. 受体受体 拮抗剂、激动剂；拮抗剂、激动剂；d.离子载体；离子载体； e.类激素；类激素；f. 抗氧剂；抗氧剂；g. 生物生物 表面活性剂；表面活性剂；h.抗辐射药物等。抗辐射药物等。 2022-3-30张星元：发酵原理14

9、4、其它发酵产品、其它发酵产品 微生物菌体（白色食品和微生物菌体（白色食品和 蓝色食品）；蓝色食品）； 微生物酶制剂；微生物酶制剂； 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； 微生物农药；微生物农药； 用工业发酵的方法生产的用工业发酵的方法生产的 动、植物基因产物。动、植物基因产物。 2022-3-30张星元：发酵原理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； 甾体转化；甾体转化； 动植物细胞培养；动植物细胞培养； 固定化细胞和固定化酶固定化细胞和固定化酶 2022-3-30张星元：发酵原理16三、发酵原理及其重

10、要性三、发酵原理及其重要性 2022-3-30张星元：发酵原理17 工业发酵过程是微生物群体生工业发酵过程是微生物群体生命活动的动态过程。从工业发酵的命活动的动态过程。从工业发酵的现状出发，把依靠化能异养型微生现状出发，把依靠化能异养型微生物来合成某代谢中间产物作为目的物来合成某代谢中间产物作为目的产物，而且目的产物最终被分泌到产物，而且目的产物最终被分泌到细胞外的过程，作为工业发酵的典细胞外的过程，作为工业发酵的典型过程来研究。建立了工业发酵过型过程来研究。建立了工业发酵过程的工作模式。程的工作模式。2022-3-30张星元：发酵原理18 对这个模式进行深入的研究，发现工对这个模式进行深入的

11、研究，发现工业发酵过程靠如下三种流动来维系：即伴业发酵过程靠如下三种流动来维系：即伴随能量形式的转换而发生的电子流动、伴随能量形式的转换而发生的电子流动、伴随异化和同化作用而发生的物质流动，以随异化和同化作用而发生的物质流动，以及伴随不同水平上的代谢调节而发生的信及伴随不同水平上的代谢调节而发生的信息流动。在分析以上三种流动的运行规律息流动。在分析以上三种流动的运行规律,以及归纳工业发酵和生物制药的大量信息以及归纳工业发酵和生物制药的大量信息的基础上，提出了关于微生物生命活动的的基础上，提出了关于微生物生命活动的三个基本假说：代谢能支撑假说，代三个基本假说：代谢能支撑假说，代谢网络假说，谢网络

12、假说， 细胞经济假说。细胞经济假说。 2022-3-30张星元：发酵原理19 半个世纪以来，工业发酵领半个世纪以来，工业发酵领域许多另星的的客观事实，特别域许多另星的的客观事实，特别是二十多年来国内外在代谢控制是二十多年来国内外在代谢控制发酵、设计育种、代谢工程方面发酵、设计育种、代谢工程方面的许多研究（包括本文作者的研的许多研究（包括本文作者的研究）所反映的客观事实，已为上究）所反映的客观事实，已为上述三个基本假说提供了充足的论述三个基本假说提供了充足的论据。据。2022-3-30张星元：发酵原理20 这三个基本假设，以及在这三个基本假设，以及在此基础上做出的关于发酵工程此基础上做出的关于发

13、酵工程的八个应用性推理，揭示了工的八个应用性推理，揭示了工业发酵的生物学属性、工业发业发酵的生物学属性、工业发酵的代谢本质，以及工业发酵酵的代谢本质，以及工业发酵过程中微生物细胞生命活动的过程中微生物细胞生命活动的规律。从而形成了发酵原理的规律。从而形成了发酵原理的理论框架。理论框架。 2022-3-30张星元：发酵原理21 发酵原理是工业发酵的生发酵原理是工业发酵的生物学原理的简称。它研究工业物学原理的简称。它研究工业微生物在生长、繁殖与发酵过微生物在生长、繁殖与发酵过程中的正常代谢与异常代谢规程中的正常代谢与异常代谢规律，探索提高现有的工业发酵律，探索提高现有的工业发酵产品的发酵法生产能力，以及产品的发酵法生产能力，以及开发工业发酵新产品和新原料开发工业发酵新产品和新原料的理论根据及应用原理。的理论根据及应用原理。2022-3-30张星元：发酵原理22 微生物的生存利益与人类的微生物的生存利益与人类的经济利益，也就是微生物的生命经济利益，也就是微生物的生命活动规律和人的意