(26)-1.1.1發(fā)酵工程的定義和特點

各位同學(xué)，大家好，新學(xué)期開始，我和大家開始學(xué)習(xí)一門新的課程，本課程是應(yīng)用生物技術(shù)專業(yè)的必修專業(yè)課；是一門綜合性學(xué)科，涉及的知識面廣，同時又是一門基礎(chǔ)理論與生產(chǎn)實際相結(jié)合的課程。需要在理論教學(xué)的同時，配合實驗的實踐環(huán)節(jié)，也要求學(xué)生利用實驗、參觀、實習(xí)、社會實踐等機(jī)會，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。以分子生物學(xué)，基因工程、微生物學(xué)等課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，理論聯(lián)系實踐，并在實踐中鞏固本課程的教學(xué)效果，進(jìn)一步建立實際生產(chǎn)的概念。我和大家主要學(xué)習(xí)本課程的緒論和微生物菌種制備原理與技術(shù)兩部分，首先我們來學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)第一個問題，何為發(fā)酵工程，在學(xué)習(xí)發(fā)酵工程的定義之前，我們首先來學(xué)習(xí)一下何為生物技術(shù)，生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進(jìn)的工程技術(shù)手段和其它自然科學(xué)原理按照預(yù)先的設(shè)計改造生物體，利用微生物、動物或植物體對原料進(jìn)行加工，生產(chǎn)出人類所需產(chǎn)品或達(dá)到某種目的的技術(shù)。從生物技術(shù)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(shù)和發(fā)酵工程的關(guān)系是如何呢，我們來學(xué)習(xí)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(shù)中的手段，例如誘變育種，雜交育種，基因工程，細(xì)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(zhì)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(chǎn)生我們需要的產(chǎn)品，當(dāng)然我們需要的產(chǎn)品包括了菌體本身，單細(xì)胞蛋白，各種產(chǎn)物，例如氨基酸，抗生素等，以及異源產(chǎn)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(shù)利用微生物生產(chǎn)人類需要產(chǎn)品的定義。發(fā)酵工程是生物技術(shù)的重要組成部分，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。它是應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會性服務(wù)的一門科學(xué)。首先我們來學(xué)習(xí)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(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。產(chǎn)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(chǎn)生的二氧化碳所引起的。2，狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)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(xì)胞制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品既有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)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(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會將生物化學(xué)、生物學(xué)、微生物學(xué)和化學(xué)工程應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程（包括醫(yī)藥衛(wèi)生、能源及農(nóng)業(yè)產(chǎn)品）及環(huán)境保護(hù)的技術(shù)2）國際經(jīng)濟(jì)及合作發(fā)展組織應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理、依靠生物作用劑（Biologicalagents）的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或為社會服務(wù)的技術(shù)3）穆里對生物作用和生物物料加以評價和利用，并進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)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(rèn)識?？偨Y(jié)一下發(fā)酵工程的定義應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會性服務(wù)的一門科學(xué)。1．發(fā)酵過程的組成繁殖種子和發(fā)酵生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基組份確定；培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；培養(yǎng)出有活性、適量的純種，接種入生產(chǎn)的容器中；微生物在最適合于產(chǎn)物生長的條件下，在發(fā)酵罐中生長；產(chǎn)物提取和精制；過程中排出的廢棄物的處理。2．發(fā)酵生產(chǎn)的條件某種適宜的微生物保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧pH等）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備提取菌體或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備。二．發(fā)酵工程的特點發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。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(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)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(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)。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(jìn)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(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單—的代謝產(chǎn)物。4．發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。除了必須對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進(jìn)行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)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(guān)鍵。5．由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。6．微生