工业发酵的特征资料

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工业发酵的特征
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张星元:发酵原理
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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。
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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
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三、发酵原理及其重要性
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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
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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
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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
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工业发酵的特征
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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)。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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…
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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。
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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。
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