工业发酵的特征资料
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
工业发酵的特征
2019/3/4
张星元：发酵原理
1
绪
论
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 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 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 视的今天，有必要把工业发酵生产中的 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 业发酵进行重新审视。
返回
2019/3/4 张星元：发酵原理 11
2、生产初级代谢产物 （进入细胞结构或参与细胞生长的 代谢中间产物）： ① 酵解或TCA环中间代谢产物： 糖的磷酸酯，有机酸； ② 氨基酸，氨基酰胺； ③ 核苷及核苷酸； ④ 饱和和不饱和脂肪酸； ⑤ 多元醇； ⑥ 维生素； ⑦ 辅酶
2019/3/4 张星元：发酵原理 12
2019/3/4
张星元：发酵原理
15
三、发酵原理及其重要性
2019/3/4
张星元：发酵原理
16
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 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 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 型过程来研究。建立了工业发酵过 程的工作模式。
二、工业发酵的范畴
2019/3/4
张星元：发酵原理
9
1、生产能量代谢的副产物 2、生产初级代谢产物 3、生产次生代谢产物 4、生产其它发酵产品 5、其它用途
2019/3/4 张星元：发酵原理 10
1、能量代谢的副产物 （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 行问题，能量代谢的副产物并 不参与细胞组成）： 乙醇、乳酸、丙酮、丁醇等
2019/3/4
张星元：发酵原理
5
工业发酵的特征
2019/3/4
张星元：发酵原理
6
1、菌种是发酵成功的内因。若设备条件 已确定， 可通过改良菌种挖掘生产潜力； 在设备、菌种确定的情况下， 可通过优 化发酵工艺条件发挥菌种潜力。 优良菌 种可大幅度增加生产，提高产品质量， 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 至关重要。 3、生产设备单一（这里是指发酵罐，实 际上工业发酵生产中 起关键做用的是发 酵罐中培养的微生物细胞 —— 微生物生 物机器）。
2019/3/4
张星元：发酵原理
22
人和微生物同是地 球上的居民，在理论上 处于平等的地位。人贵 有自知之明，因为人有 思想。
2019/3/4 张星元：发酵原理 20
发酵原理是工业发酵的生 物学原理的简称。它研究工业 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 律，探索提高现有的工业发酵 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 的理论根据及应用原理。
2019/3/4 张星元：发酵原理 21
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 活动规律和人的意志，这两者既 是对立的，又是统一的。研究发 酵原理的目的就在于为促使对立 向统一的转化提供理论依据。
2019/3/4 张星元：发酵原理 3
工业发酵过程属于由活细 胞参与的生命活动过程。具有 代谢的自动调节、辅酶再生、 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 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 生物生存之时。
2019/3/4 张星元：发酵原理 4
一、工业发酵的特征 二、工业发酵的范畴 三、发酵原理及其重要性
2019/3/4 张星元：发酵原理 7
4、与化学工业相比较，对设备材料 的要求不高。 5、 发酵原料一般比较粗放。 6、 发酵液一般无化学毒性。 7、 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 官能团等反应。 8、 可生产复杂的有机化合物和特定 光学活性的有机化合物。
2019/3/4 张星元：发酵原理 8
2019/3/4 张星元：发酵原理 18
半个世纪以来，工业发酵领 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 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 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 据。
2019/3/4 张星元：发酵原理 19
这三个基本假设，以及在 此基础上做出的关于发酵工程 的八个应用性推理，揭示了工 业发酵的生物学属性、工业发 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 规律。从而形成了发酵原理的 理论框架。
3、生产次级代谢产物： ①色素； ②生物碱 ； ③抗生素； ④萜类； ⑤毒素 ( 有的与①②③交叉 )； ⑥生物活性物质，包括：a.酶抑 制剂；b.免疫调节剂；c. 受体 拮抗剂、激动剂；d.离子载体； e.类激素；f. 抗氧剂；g. 生物 表面活性剂；h.抗辐射药物等。
2019/3/4 张星元：发酵原理 13
4、其它发酵产品 ① 微生物菌体（白色食品和 蓝色食品）； ② 微生物酶制剂； ③ 微生物多糖和寡糖； ④ 微生物可降解的多聚物； ⑤ 微生物农药； ⑥ 用工业发酵的方法生产的 动、植物基因产物。
2019/3/4 张星元：发酵原理 14
5、其它用途： ① ② ③ ④ ⑤ 微生物冶金； 微生物降解； 甾体转化； 动植物细胞培养； 固定化Байду номын сангаас胞和固定化酶…
2019/3/4 张星元：发酵原理 2
微生物是工业发酵的 “灵 魂”，这句话强调微生物在近、现 代工业发酵中的关键作用, 以及工 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 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 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、 辅酶耗尽，过程就停止了。
2019/3/4 张星元：发酵原理 17
对这个模式进行深入的研究，发现工 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 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 的基础上，提出了关于微生物生命活动的 三个基本假说：①代谢能支撑假说，②代 谢网络假说，③ 细胞经济假说。
2019/3/4
张星元：发酵原理
1
绪
论
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 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 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 视的今天，有必要把工业发酵生产中的 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 业发酵进行重新审视。
返回
2019/3/4 张星元：发酵原理 11
2、生产初级代谢产物 （进入细胞结构或参与细胞生长的 代谢中间产物）： ① 酵解或TCA环中间代谢产物： 糖的磷酸酯，有机酸； ② 氨基酸，氨基酰胺； ③ 核苷及核苷酸； ④ 饱和和不饱和脂肪酸； ⑤ 多元醇； ⑥ 维生素； ⑦ 辅酶
2019/3/4 张星元：发酵原理 12
2019/3/4
张星元：发酵原理
15
三、发酵原理及其重要性
2019/3/4
张星元：发酵原理
16
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 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 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 型过程来研究。建立了工业发酵过 程的工作模式。
二、工业发酵的范畴
2019/3/4
张星元：发酵原理
9
1、生产能量代谢的副产物 2、生产初级代谢产物 3、生产次生代谢产物 4、生产其它发酵产品 5、其它用途
2019/3/4 张星元：发酵原理 10
1、能量代谢的副产物 （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 行问题，能量代谢的副产物并 不参与细胞组成）： 乙醇、乳酸、丙酮、丁醇等
2019/3/4
张星元：发酵原理
5
工业发酵的特征
2019/3/4
张星元：发酵原理
6
1、菌种是发酵成功的内因。若设备条件 已确定， 可通过改良菌种挖掘生产潜力； 在设备、菌种确定的情况下， 可通过优 化发酵工艺条件发挥菌种潜力。 优良菌 种可大幅度增加生产，提高产品质量， 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 至关重要。 3、生产设备单一（这里是指发酵罐，实 际上工业发酵生产中 起关键做用的是发 酵罐中培养的微生物细胞 —— 微生物生 物机器）。
2019/3/4
张星元：发酵原理
22
人和微生物同是地 球上的居民，在理论上 处于平等的地位。人贵 有自知之明，因为人有 思想。
2019/3/4 张星元：发酵原理 20
发酵原理是工业发酵的生 物学原理的简称。它研究工业 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 律，探索提高现有的工业发酵 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 的理论根据及应用原理。
2019/3/4 张星元：发酵原理 21
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 活动规律和人的意志，这两者既 是对立的，又是统一的。研究发 酵原理的目的就在于为促使对立 向统一的转化提供理论依据。
2019/3/4 张星元：发酵原理 3
工业发酵过程属于由活细 胞参与的生命活动过程。具有 代谢的自动调节、辅酶再生、 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 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 生物生存之时。
2019/3/4 张星元：发酵原理 4
一、工业发酵的特征 二、工业发酵的范畴 三、发酵原理及其重要性
2019/3/4 张星元：发酵原理 7
4、与化学工业相比较，对设备材料 的要求不高。 5、 发酵原料一般比较粗放。 6、 发酵液一般无化学毒性。 7、 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 官能团等反应。 8、 可生产复杂的有机化合物和特定 光学活性的有机化合物。
2019/3/4 张星元：发酵原理 8
2019/3/4 张星元：发酵原理 18
半个世纪以来，工业发酵领 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 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 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 据。
2019/3/4 张星元：发酵原理 19
这三个基本假设，以及在 此基础上做出的关于发酵工程 的八个应用性推理，揭示了工 业发酵的生物学属性、工业发 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 规律。从而形成了发酵原理的 理论框架。
3、生产次级代谢产物： ①色素； ②生物碱 ； ③抗生素； ④萜类； ⑤毒素 ( 有的与①②③交叉 )； ⑥生物活性物质，包括：a.酶抑 制剂；b.免疫调节剂；c. 受体 拮抗剂、激动剂；d.离子载体； e.类激素；f. 抗氧剂；g. 生物 表面活性剂；h.抗辐射药物等。
2019/3/4 张星元：发酵原理 13
4、其它发酵产品 ① 微生物菌体（白色食品和 蓝色食品）； ② 微生物酶制剂； ③ 微生物多糖和寡糖； ④ 微生物可降解的多聚物； ⑤ 微生物农药； ⑥ 用工业发酵的方法生产的 动、植物基因产物。
2019/3/4 张星元：发酵原理 14
5、其它用途： ① ② ③ ④ ⑤ 微生物冶金； 微生物降解； 甾体转化； 动植物细胞培养； 固定化Байду номын сангаас胞和固定化酶…
2019/3/4 张星元：发酵原理 2
微生物是工业发酵的 “灵 魂”，这句话强调微生物在近、现 代工业发酵中的关键作用, 以及工 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 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 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、 辅酶耗尽，过程就停止了。
2019/3/4 张星元：发酵原理 17
对这个模式进行深入的研究，发现工 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 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 的基础上，提出了关于微生物生命活动的 三个基本假说：①代谢能支撑假说，②代 谢网络假说，③ 细胞经济假说。