江南大学生物工程学院：《发酵工程（发酵原理）》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一部分 微生物生物工程基本理论的探索（张星元）

微生物生物工程 基本理论的探索 张星元 江南大学生物工程学院 江苏无锡214036 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 1 微生物生物工程 基本理论的探索 张 星 元 江南大学生物工程学院 江苏无锡 214036

摘要 工业发酵是微生物群体活动的动态过 程。此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和 工业发酵微生物生物工程)大量信息的基础 上,运用归纳逻辑的方法提出了关于微生 物生物工程的三个基本假说,即生物能支 撑假说、代谢网络假说和细跑经济假说 根据这三个假说进行演绎推理对工业发酵 的代谢导向做出了三条预测。 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 3 摘 要 工业发酵是微生物群体活动的动态过 程。此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和 工业发酵(微生物生物工程)大量信息的基础 上，运用归纳逻辑的方法提出了关于微生 物生物工程的三个基本假说，即生物能支 撑假说、代谢网络假说和细胞经济假说。 根据这三个假说进行演绎推理对工业发酵 的代谢导向做出了三条预测

前言 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的进展, 工业发酵正在发生一个从技艺到科学的 重大变化,正在向微生物生物工程过渡 在生物工程受到广泛重视的今天,有必 要把微生物(菌种选育)、微生物学过 程(发酵工艺)和微生物体系(生物反 应器)作为一个整体,在科学的水平上 对工业发酵进行重新审视 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 4 前 言 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的进展， 工业发酵正在发生一个从技艺到科学的 重大变化，正在向微生物生物工程过渡。 在生物工程受到广泛重视的今天，有必 要把微生物（菌种选育）、微生物学过 程（发酵工艺）和微生物体系（生物反 应器）作为一个整体，在科学的水平上 对工业发酵进行重新审视

微生物生物工程基本理论的探索 1.工业发酵的基本模式 2.工业发酵的三个基本观点 3.微生物生物工程基本理论的探索 4.工业发酵的23条基本概念 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 5 微生物生物工程基本理论的探索 1. 工业发酵的基本模式 2. 工业发酵的三个基本观点 3. 微生物生物工程基本理论的探索 4. 工业发酵的23条基本概念

第一部分 1工业发酵理论研究的起点 2工业发酵的基本模式 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 6 第一部分 1.工业发酵理论研究的起点 2.工业发酵的基本模式

1.工业发酵理论研究的起点 认真观察当今发酵工业的现状, 可知:1.大多数的发酵法工业生产的 生产菌种一般均属于化能异养型微生 物,2.工业发酵产品大多数是从发酵 液中提取的微生物细胞的胞外产物, 3.工业发酵的目的产物和主要原料 般是有机化合物。工业发酵理论的研 究是从这个基础水平上开始的。 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 7 1．工业发酵理论研究的起点 认真观察当今发酵工业的现状， 可知：1. 大多数的发酵法工业生产的 生产菌种一般均属于化能异养型微生 物，2. 工业发酵产品大多数是从发酵 液中提取的微生物细胞的胞外产物， 3. 工业发酵的目的产物和主要原料一 般是有机化合物。工业发酵理论的研 究是从这个基础水平上开始的

2.工业发酵的基本模式 为了研究的方便,必须对复杂而多 样的工业发酵进行合理的简化。假定工 业发酵依靠化能异养型微生物的代谢来 获得微生物代谢的胞外产物,把研究的 重点放在含碳架的化合物的代谢(碳代 谢)上,经抽象思维,则可以为工业发 酵建立以微生物活细胞为中心的基本模 式 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 8 2. 工业发酵的基本模式 为了研究的方便，必须对复杂而多 样的工业发酵进行合理的简化。假定工 业发酵依靠化能异养型微生物的代谢来 获得微生物代谢的胞外产物，把研究的 重点放在含碳架的化合物的代谢（碳代 谢）上，经抽象思维，则可以为工业发 酵建立以微生物活细胞为中心的基本模 式：

工业放孽昫基不式 ∧∧ P 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 9 工 业 发 酵 的 基 本 模 式

1.培养基中的有机营养物质跨膜进入微 生物活细胞; 2.微生物细胞的代谢促成工业发酵的目 的产物在细胞内生成; 3.在细胞内生成的目的产物跨膜排放到 培养介质中。也就是说,能源化合物 进入细胞,经过代谢转换,以一种变 化了的形式输出;靠消耗能量来保证 细胞结构与功能的有序状态。 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 10 1. 培养基中的有机营养物质跨膜进入微 生物活细胞； 2. 微生物细胞的代谢促成工业发酵的目 的产物在细胞内生成； 3. 在细胞内生成的目的产物跨膜排放到 培养介质中。也就是说，能源化合物 进入细胞，经过代谢转换，以一种变 化了的形式输出；靠消耗能量来保证 细胞结构与功能的有序状态

在此基本模 FERMENTATION PRINCIPLES 式的基础上, Cell Energitics. Cell Second Anatomy. Cell Economy 本文作者于 发酵原理 1997年提出 以下关于工 张星元端著 业发酵的三 个基本观点: N P 无排轻工大学生物工程学院 19979 2021/2/21 张星元:发酵原理

2021/2/21 张星元：发酵原理 11 在此基本模 式的基础上， 本文作者于 1997年提出 以下关于工 业发酵的三 个基本观点：