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1、上海大学生命科学学院华子义生物大楼-203E-mail:E-mail:http:/参考书目参考书目v使用教材：使用教材：现代食品发酵技术现代食品发酵技术主编主编王复源王复源中国轻工业出版社中国轻工业出版社v参考书目：参考书目：生生物物工工艺艺学学作作者者:俞俞俊俊裳裳、唐唐孝孝萱萱,华华东东理理工工大大学学出出版版社社，2004-11-02FundamentalsofFoodBiotechnology（食品生物工艺（食品生物工艺学基础）学基础）ByondH.Lee，1996，VCHPublishers,Inc.（美国）（美国）出版出版微生物工程工艺原理微生物工程工艺原理，姚淑华：华南理工大学出
2、版社姚淑华：华南理工大学出版社微生物工程概论微生物工程概论，刘如林：南开大学出版社刘如林：南开大学出版社氨基酸工艺学氨基酸工艺学，张克旭：轻工业出版社张克旭：轻工业出版社代谢控制发酵代谢控制发酵，陈宁陈宁:轻工业出版社轻工业出版社v参考杂志：参考杂志：工业微生物工业微生物食品与发酵食品与发酵 本课程从本课程从19831983年开始，作为我校生物工程年开始，作为我校生物工程专业的主干课程开设。现在本课程一直是专业的主干课程开设。现在本课程一直是生物工程专业方向本科生必修的专业主干生物工程专业方向本科生必修的专业主干课程。近年来随着本科教学的改革，发酵课程。近年来随着本科教学的改革，发酵技术的不断
3、发展，课程也在不断地进行相技术的不断发展，课程也在不断地进行相应改革，如调整课程内容体系，采用先进应改革，如调整课程内容体系，采用先进的教学手段，从而使教学更有效等。的教学手段，从而使教学更有效等。包括两个方面包括两个方面课堂教学部分课堂教学部分主要主要讲授：讲授：（1 1）初级和次级代谢）初级和次级代谢产物的生物合成机理与产物的生物合成机理与工业微生物菌种选育；工业微生物菌种选育；（2 2）发酵过程的基本）发酵过程的基本原理和参数控制；原理和参数控制；（3 3）典型发酵产品的）典型发酵产品的生产工艺。生产工艺。实践教学部分实践教学部分包括：包括：（1 1）参观实习或借助一些工厂实际生产的）参
4、观实习或借助一些工厂实际生产的资料（由于客观条件限制）使学生对发酵资料（由于客观条件限制）使学生对发酵的工艺、流程、设备有一个感性认识；的工艺、流程、设备有一个感性认识；（2 2）生物工艺学实验；）生物工艺学实验；发酵工艺原理发酵工艺原理教学内容组织方式与目的：教学内容组织方式与目的：在课堂教学内容上强调工业微生物菌种选育和发酵在课堂教学内容上强调工业微生物菌种选育和发酵过程中各类参数的控制等一些共性技术的部分，同过程中各类参数的控制等一些共性技术的部分，同时辅之以有代表性的产品的发酵工艺和方法的介绍，时辅之以有代表性的产品的发酵工艺和方法的介绍，通过点面结合促进学生理解；另外课程进一步强化通
5、过点面结合促进学生理解；另外课程进一步强化实践教学，借助一些工厂实际生产的资料（由于客实践教学，借助一些工厂实际生产的资料（由于客观条件限制）结合实验室条件开展一些实验，进一观条件限制）结合实验室条件开展一些实验，进一步促进学生对于课程的理解和掌握。通过课堂教学步促进学生对于课程的理解和掌握。通过课堂教学与实践教学有机结合，促使学生掌握发酵工艺的基与实践教学有机结合，促使学生掌握发酵工艺的基本原理、技术和方法，为学生将来进入研究生阶段本原理、技术和方法，为学生将来进入研究生阶段的课题研究、进入发酵及相关行业工作及新产品开的课题研究、进入发酵及相关行业工作及新产品开发打下基础。发打下基础。实践性
6、教学的设计思想与效果实践性教学的设计思想与效果实践性教学的设计主要围绕课程的核心即发酵实践性教学的设计主要围绕课程的核心即发酵过程中的基本原理和参数控制展开，课堂教学过程中的基本原理和参数控制展开，课堂教学与发酵工艺学实验穿插进行，加深学生对课堂与发酵工艺学实验穿插进行，加深学生对课堂知识的掌握；训练学生从原料到产品的完整发知识的掌握；训练学生从原料到产品的完整发酵过程，对于质量和经济技术指标的控制等，酵过程，对于质量和经济技术指标的控制等，培养学生利用已学的基本原理来解决实际问题培养学生利用已学的基本原理来解决实际问题的能力。通过实践性环节的实施，学生能够良的能力。通过实践性环节的实施，学生
7、能够良好地掌握书本上的理论知识，同时将这些理论好地掌握书本上的理论知识，同时将这些理论进行应用。进行应用。1.1.注重课程内容知识性与实践性相结合，使注重课程内容知识性与实践性相结合，使学生在对基本理论知识掌握的基础上提高实学生在对基本理论知识掌握的基础上提高实践动手能力和解决实际问题的能力。践动手能力和解决实际问题的能力。2.2.在一般微生物发酵工艺的基础上，具体介在一般微生物发酵工艺的基础上，具体介绍典型产品的发酵。绍典型产品的发酵。二十一世纪是生命科学时代，生物技术是一颗最耀二十一世纪是生命科学时代，生物技术是一颗最耀眼的明珠。在生物技术的几大工程中，无论是基因眼的明珠。在生物技术的几大
8、工程中，无论是基因工程，还是细胞工程、酶工程等，最终要实现产品工程，还是细胞工程、酶工程等，最终要实现产品的工业化生产，都离不开发酵工程。人们因此说：的工业化生产，都离不开发酵工程。人们因此说：生物技术中，基因工程是热点，发酵工程是根本。生物技术中，基因工程是热点，发酵工程是根本。目前国内外的知名院校如华东理工大学、清华大学、目前国内外的知名院校如华东理工大学、清华大学、沈阳药科大学等学校的相关专业均把沈阳药科大学等学校的相关专业均把生物工艺学生物工艺学这这门课程设置为专业的必修课程，本课程在同类课程门课程设置为专业的必修课程，本课程在同类课程中占据相当重要的地位。中占据相当重要的地位。我国的
9、发酵技术有着非我国的发酵技术有着非常悠久的历史。近年来，常悠久的历史。近年来，在发酵生产中除采用传在发酵生产中除采用传统的工艺外，又引进很统的工艺外，又引进很多新的生物技术。多新的生物技术。教材中介绍发酵饮料教材中介绍发酵饮料（酸奶、酸豆奶等）、（酸奶、酸豆奶等）、酒（黄酒、葡萄酒、啤酒（黄酒、葡萄酒、啤酒）、调味剂（味精、酒）、调味剂（味精、酱油、食醋、柠檬酸、酱油、食醋、柠檬酸、苹果酸）和黄原胶的发苹果酸）和黄原胶的发酵技术，以及目的产物酵技术，以及目的产物的提取分离技术。的提取分离技术。科学方法科学方法绪论绪论Introduction工工 艺艺?/?/工工 艺艺 学学?工艺工艺是将原材料
10、或半成品加工成产品的方是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。法、技术等。技术技术是在劳动生产方面的经验、知识和技是在劳动生产方面的经验、知识和技巧，也泛指其他操作方面的技巧，巧，也泛指其他操作方面的技巧，方法方法是指为达到某种目的而采取的途径、是指为达到某种目的而采取的途径、步骤、手段等。步骤、手段等。工艺是生产过程中的程序、方法和技巧，工艺是生产过程中的程序、方法和技巧，它体现了生产活动中的技术等；是生产的它体现了生产活动中的技术等；是生产的艺术。艺术。最古老的工艺最古老的工艺:原始的石器制作工艺。原始的石器制作工艺。通常通常工艺工艺定义定义如下：如下：劳动者利用生产工具对各种原材料、
11、劳动者利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它们的半成品进行加工和处理，改变它们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组织、物理和化学性能以及相互关部组织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之成为预期产品的方法及系，最后使之成为预期产品的方法及过程。过程。工艺学工艺学 technology technology是一门工业科学。尤其在采用先进的机是一门工业科学。尤其在采用先进的机器设备代替手工劳动方面发挥作用。器设备代替手工劳动方面发挥作用。工艺学工艺学是在解决现实难点及问题过程中，是在解决现实难点及问题过程中，在新产品和新加工工艺的开发研制过程在新产
12、品和新加工工艺的开发研制过程中，在现有技术发生重大转变过程中所中，在现有技术发生重大转变过程中所使用的一门实用的科学知识。使用的一门实用的科学知识。一、生命科学的研究对象与内容一、生命科学的研究对象与内容生物学生物学(Biology)是研究生物体的生命现象和生命是研究生物体的生命现象和生命活动规律的科学，活动规律的科学，即：研究自然界所有生物的起源、演化、生长发育、即：研究自然界所有生物的起源、演化、生长发育、遗传变异等生命活动的规律和生命现象的本质，以遗传变异等生命活动的规律和生命现象的本质，以及各种生物之间、生物与环境之间的相互联系。及各种生物之间、生物与环境之间的相互联系。生物学又称生物
13、学又称生命科学生命科学(LifeScience)，是自然科学，是自然科学的基础学科之一。的基础学科之一。广义广义的生命科学还包括生物技术、的生命科学还包括生物技术、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。20世纪生命科学发展的概况世纪生命科学发展的概况1866年，孟德尔发表植物杂交实验，奠定了现年，孟德尔发表植物杂交实验，奠定了现代遗传学基础。代遗传学基础。第一阶段：第一阶段：19001953实验生物学阶段实验生物学阶段两个阶段两个阶段第二阶段：第二阶段：1953当今当今分子生物学阶段分子生物学阶段生命现象的本质？生命现象的本质？生命活动的规律？生命活动
14、的规律？19191919世纪：世纪：世纪：世纪：细胞是生命细胞是生命的基本单位的基本单位细胞学说：细胞学说：细胞学说：细胞学说：细细细细胞胞胞胞是是是是动动动动植植植植物物物物结结结结构构构构和和和和功能的基本单位，功能的基本单位，功能的基本单位，功能的基本单位，一一一一切切切切生生生生命命命命现现现现象象象象都都都都是是是是以以以以细胞为基础表达的细胞为基础表达的细胞为基础表达的细胞为基础表达的实验生物学阶段实验生物学阶段遗传密码蛋白质三维结构基因转录线性多肽链（无功能活性）翻译生命活动的分子基础生命活动的分子基础生命活动的分子基础生命活动的分子基础以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象
15、以核酸和蛋白质为中心的生物大分子是生命现象的共同物质基础，细胞和有机体所有生命活动都的共同物质基础，细胞和有机体所有生命活动都是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和是以这些生物大分子及其复合物的结构、运动和相互作用来实现的。相互作用来实现的。结构与功能结构与功能分子生物学：分子生物学：20世纪生物学的主流世纪生物学的主流21世纪是生物技术世纪世纪是生物技术世纪未来学家说未来学家说：21世纪是生物技术世纪；世纪是生物技术世纪；科学家预言科学家预言：21世纪世界即将在生物技术世纪世界即将在生物技术上取得重大突破，新世纪之初，科学方面上取得重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生物学、遗传学和
16、医学、新型的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破；生物材料、能源、环境保护上有所突破；经济学家则认为经济学家则认为：21世纪世纪20年代，生物经年代，生物经济将由目前的形成阶段进入成长阶段，即济将由目前的形成阶段进入成长阶段，即工业生产与商业开发阶段。工业生产与商业开发阶段。21世纪生命科学发展的热点1、基因组计划、基因组计划2、发育生物学、发育生物学3、脑科学、脑科学4、生物技术、生物技术5、环境生物学、环境生物学生物技术作为生物技术作为2121世纪高新技术的核世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越
17、来越大康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。大力发展生物技术及其产的作用。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略业已成为世界各国经济发展的战略重点。重点。二、生物技术二、生物技术以现代生命科学理论为基础，利用生物体以现代生命科学理论为基础，利用生物体及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，及其细胞的、亚细胞的和分子的组成部分，结合工程学、信息学等手段开展研究及制结合工程学、信息学等手段开展研究及制造产品，或改造动物、植物、微生物等，造产品，或改造动物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品质、特性，从而为并使其具有所期望的品质、特性，从而为社会提供商品和服务的综合性技术体系。社会提供
18、商品和服务的综合性技术体系。生物科学成为当今世界自然科学的热点和重生物科学成为当今世界自然科学的热点和重点，主要由于两方面的原因：点，主要由于两方面的原因：（1 1）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破）二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了性成就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变化；革命性的变化；（2 2）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展）建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人类带来了巨大的利益和财富。为人类带来了巨大的利益和财富。生物技术将是未来经济发展的新动力生物技术将是未来经济发展的新动力第一次技术革命第一次技术革命工业
19、革命工业革命解放人的双手解放人的双手第二次技术革命第二次技术革命信息技术信息技术扩展人的大脑扩展人的大脑第三次技术革命第三次技术革命生物技术生物技术改造生命本身改造生命本身生物技术需要生物技术需要 实验室大量复杂的基础研究工作实验室大量复杂的基础研究工作 多学科交叉多学科交叉生物技术的显著特点生物技术的显著特点 高技术高技术（精细和（精细和 密集的复杂技术）密集的复杂技术）高投入高投入（尤其是（尤其是 前期科研投入高）前期科研投入高）高利润高利润利用生物技术的生产线利用生物技术的生产线利用生物技术的生产线利用生物技术的生产线生物技术生物技术又称又称生物工艺学生物工艺学，最初是由一位匈牙，最初是
20、由一位匈牙利工程师利工程师Karl.ErekyKarl.Ereky于于19171917年提出的。当时他年提出的。当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品为产品。现在的生物技术的现在的生物技术的定义定义为：为：生物技术生物技术是应用自是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他因此，生物技术是一门综合性多
21、学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。生物工艺学的定义和特点生物工艺学的定义和特点生物工艺学生物工艺学(biotechnology)(biotechnology)，一般称为，一般称为生物技术生物技术(以下将两者视为同义词可相互以下将两者视为同义词可相互通用通用)，是一门既有悠久历史又有崭新内，是一门既有悠久历史又有崭新内容的科学技术和生产工艺。当然，现代容的科学技术和生产工艺。当然，现代生物技术和传统生物技术之间既有共同生物技术和传统生物技术之间既有共同之处，又有很大差异和各自的特点之处，又有很大差异和各自的特点 曾有不少学者或学术组织对生物技
22、术赋以各曾有不少学者或学术组织对生物技术赋以各种定义。目前能广泛接受的定义是由种定义。目前能广泛接受的定义是由国际经国际经济合作及发展组织济合作及发展组织在在19821982年提出的。年提出的。生物生物技术技术是是“应用自然科学及工程学的原理，依应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂靠生物作用剂(biological agents)(biological agents)的作用的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务将物料进行加工以提供产品或为社会服务”的技术。这里所谓的生物作用剂可以是酶、的技术。这里所谓的生物作用剂可以是酶、整体细胞或多细胞生物体整体细胞或多细胞生物体,一般也称为生物一
23、般也称为生物催化剂。催化剂。国际纯粹及应用化学联合会在国际纯粹及应用化学联合会在19811981年对生物技术作了年对生物技术作了如下定义：生物技术是如下定义：生物技术是“将生物化学、生物学、微生将生物化学、生物学、微生物学和化学工程应用于工业生产过程物学和化学工程应用于工业生产过程(包括医药卫生、包括医药卫生、能源及农业的产品能源及农业的产品)及环境保护的技术及环境保护的技术”。由由Moo-YoungMoo-Young主编的综合生物技术主编的综合生物技术(共四卷，共四卷，19851985出版出版)一书中提出：生物技术是一书中提出：生物技术是“对生物作用和生物物对生物作用和生物物料加以评价和应用
24、，并进行工业产品生产料加以评价和应用，并进行工业产品生产”的技术。的技术。由由HigginsHiggins等编写的生物技术的原理及应用一书中等编写的生物技术的原理及应用一书中认为认为“生物技术是生物系统或生物过程的工业利用，生物技术是生物系统或生物过程的工业利用，它在很大程度上取决于对生物系统及其催化作用专门它在很大程度上取决于对生物系统及其催化作用专门知识的认识知识的认识”。以上定义及其它各种有关定义的内容基本上以上定义及其它各种有关定义的内容基本上是一致的。是一致的。归纳起来可有归纳起来可有三个特点三个特点1)1)生物技术是一门多学科、综合性的科学技生物技术是一门多学科、综合性的科学技术；
25、术；2)2)反应中需有生物催化剂的参与；反应中需有生物催化剂的参与；3)3)其最终目的是建立工业生产过程或进行社其最终目的是建立工业生产过程或进行社会服务，这一过程可称为生物反应过程会服务，这一过程可称为生物反应过程(bioprocess)(bioprocess)。生物技术生物技术的定义的定义美美国国政政府府技技术术顾顾问问委委员员会会(OAT)(OAT)的的定定义义：应应用用生生物物或或来来自自生生物物体体的的物物质质以以制制造造或或改改进进一一种种商商品品的的技技术术，其其还还包包括括改改良良有有重重要要经经济济价价值值的的植植物物与与动动物物和和利利用用微微生生物物改改良良环境的技术。环
26、境的技术。该该定定义义强强调调了了生生物物技技术术的的商商品属性。品属性。克隆羊克隆羊“多莉多莉”永远的多莉永远的多莉WhatIsBiotechnology?Biotechnologyisabranchofsciencewherelivingthingsareusedforthecreationofproductsortoperformsometasksforhumanbeings.Plants,animalsandevenmicro-organismslikebacteriaareusedtoproducesomebenefittomankind.Inthemedicineandagricu
27、lturefieldindustry,biotechnologyhelpsinproducingfoods,testfordiseasesandtoremovewaste.Biotechnologycanalsobeusedtosolveproblemsandtohelpinresearch.Biotechnologyisgenerallydividedintothreesubfields-red,whiteandgreenbiotechnology.Redbiotechnologydealswithgeneticallyalteredmicroorganismsthatareusedforp
28、roducingproductslikeinsulinandvaccineformedicaluse.Whitebiotechnologyinvolvesthecreationofusefulchemicalsfortheindustrialsectorthroughorganismslikemouldsoryeast.Thisformofbiotechnologyisalsoreferredtoasgreybiotechnology.Greenbiotechnology,alsoknownasagriculturalbiotechnology,dealswithapplicationsrel
29、atedtoagriculture.Itisthroughredbiotechnologybasedresearchthatantibioticsfordifferentinfectionshavebeendevelopedandvaccinesforboostingtheimmunesystemagainstdiseaseandtodetectandtreatanygeneticdisordersanddiseasehavebeenproduced.Redbiotechnologyalsohelpsinreproductivetechnologieslikeinvitrofertilizat
30、ion,DNAprofiling,forensicsandintechnologiesoftransplantations.Itiswiththehelpofwhitebiotechnologythattheenvironmentishelpedinthecontrolofpestanimalsandplants.Biotechnologyhashelpedincleaningupoilspills,protectingendangeredspeciesbystoringDNAsamplestobeusedforfutureresearchandtohelpremoveanyexcessnut
31、rientstheremaybeinthesoilandwater.Researchinbiotechnologyalsoaimsatleachingmetalsfromthesoiltoprovideforcleanmining,inthedetectionoflandminesandinthecleaningofarsenicandothermetalcontamination.Greenbiotechnologyinvolvesthemanipulationofplantsandanimalstoproducespeciesthataremoreenvironmentfriendlyan
32、dproductive.Developmentofvarietiesofwheatthatarediseaseresistantbycrossbreedingdifferenttypesofwheatisanexampleofgreenbiotechnology./Biotechnology is generally divided into three sub fields-red,white and green biotechnology.Red biotechnology deals with genetically altered microorganisms that are use
33、d for producing products like insulin and vaccine for medical use.White biotechnology involves the creation of useful chemicals for the industrial sector through organisms like moulds or yeast.This form of biotechnology is also referred to as grey biotechnology.Green biotechnology,also known as agri
34、cultural biotechnology,deals with applications related to agriculture.现代生物技术现代生物技术生物技术生物技术又称又称生物工程生物工程，是利用生物有机，是利用生物有机体（从微生物到高等动物）或其组成部分体（从微生物到高等动物）或其组成部分（包含器官、组织、细胞和细胞器等）开（包含器官、组织、细胞和细胞器等）开发新产品或新工艺的一种技术体系。发新产品或新工艺的一种技术体系。生物技术生物技术主要包括主要包括基因工程基因工程、细胞工程细胞工程、酶工程酶工程、发酵工程发酵工程和和生化工程生化工程五大组成部五大组成部分。分。生物工程生
35、物工程基因工程基因工程酶工程酶工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程产物产品产品产品产品生化工程生化工程生物工程生物工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞株或常规细胞株)遗传工程遗传工程 细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程细胞株工程细胞株”）微生物工程微生物工程 酶工程酶工程 生物反应器工程生物反应器工程 经济效益经济效益 大量产品大量产品 社会效益社会效益 生态效益生态效益三、微生物工程（发酵工程）现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程主要指利用主要指利用主要指利用主要指利用微生物、包括利用微生物、包括利用微生物、包括利用微生物、包括利用DNADNA
36、DNADNA重组重组重组重组技术改造的微生物在全自技术改造的微生物在全自技术改造的微生物在全自技术改造的微生物在全自动发酵罐或生物反应器中动发酵罐或生物反应器中动发酵罐或生物反应器中动发酵罐或生物反应器中生产某种商品的技术。生产某种商品的技术。生产某种商品的技术。生产某种商品的技术。现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程现代发酵工程是生物代谢、是生物代谢、是生物代谢、是生物代谢、微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应化工原理等密切
37、结合和应化工原理等密切结合和应化工原理等密切结合和应用的结果。用的结果。用的结果。用的结果。一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下一般发酵工程包括以下基本步骤基本步骤基本步骤基本步骤：（1 1）菌种选育）菌种选育；（通过细胞诱变或基因工程技术改造等）（通过细胞诱变或基因工程技术改造等）（2 2）细胞大规模培养即发酵过程）细胞大规模培养即发酵过程；（3 3）生产活性的诱导）生产活性的诱导；（在发酵特定阶段，用化学或物理法）（在发酵特定阶段，用化学或物理法）（4 4）菌体及产物的收获）菌体及产物的收获（利用浓缩、吸附、过滤、离心、（利用浓缩、吸附、过滤、离心、萃取、干燥、重结
38、晶等手段）萃取、干燥、重结晶等手段）n发酵工程发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。发酵工程的产品范围非常广泛。从从食食品品、药药品品、精精细细化化工工产产品品到到许许多多工工业业用用原原料料等等，还有还有生物可降解塑料生物可降解塑料PHBPHB（聚（聚羟基丁酸脂羟基丁酸脂BiopolBiopol)等等 发发 酵酵 工工 程程 利用微生物进行产品生产利用微生物进行产品生产抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等生物农药、生物肥料等医药、轻
39、工、食品、农业、环保、能源等行业医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业基因工程药物、疫苗及抗体产品基因工程药物、疫苗及抗体产品 化学工程化学工程化学工程化学工程 生物化工生物化工生物化工生物化工 生物加工行业生物加工行业生物加工行业生物加工行业传统生物技术传统生物技术传统生物技术传统生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术现代生物技术基因工程菌发酵基因工程菌发酵 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的发展，以及分析、检测技术的成熟，科的发展，以及分析、检测技术的成熟，工业发酵正在工业发酵正在从从
40、技艺技艺走向走向科学科学，我国大，我国大学的发酵工程专业正在融入生物工程专学的发酵工程专业正在融入生物工程专业。业。发酵工程作为生物工程的最贴近生发酵工程作为生物工程的最贴近生产的组成部分愈来愈受到科学界和工程产的组成部分愈来愈受到科学界和工程技术界的广泛重视。技术界的广泛重视。百思不解：百思不解：1.为什么同样的设备可以生为什么同样的设备可以生产不同的产品？产不同的产品？2.为什么有些发酵食品也可为什么有些发酵食品也可在家里制作？在家里制作？四、细胞机器四、细胞机器现代发酵工厂，最引人注目的是，在排列整齐、现代发酵工厂，最引人注目的是，在排列整齐、纵横交叉的彩色管道的映衬下，一排排银灰色的纵
41、横交叉的彩色管道的映衬下，一排排银灰色的庞然大物，它们的名字叫庞然大物，它们的名字叫发酵罐发酵罐。在庄重而祥和。在庄重而祥和的发酵罐里亿万微生物小兄弟正在为人类，也为的发酵罐里亿万微生物小兄弟正在为人类，也为自己的生存欢快地忙碌着。自己的生存欢快地忙碌着。面对此情此景人们不禁要问，面对此情此景人们不禁要问，工业发酵生产线上工业发酵生产线上关键的生产机器是发酵罐，还是微生物关键的生产机器是发酵罐，还是微生物？“机器机器”最初定义为由电或蒸汽甚至人力推最初定义为由电或蒸汽甚至人力推动的、由各具一定功能的几个部分组成的用动的、由各具一定功能的几个部分组成的用于生产的装置，如纺纱机、织布机、缝纫机于生
42、产的装置，如纺纱机、织布机、缝纫机等。因此等。因此“机器机器”应该是属于应该是属于工程学工程学的概念。的概念。“动物、植物、微生物动物、植物、微生物”是属于是属于生物学生物学的的概念，它们的生命活动是由代谢能来驱动的。概念，它们的生命活动是由代谢能来驱动的。在人的组织下，如果动物、植物、微生物作在人的组织下，如果动物、植物、微生物作为生产的为生产的“装置装置”使用，就可纳入使用，就可纳入“机器机器”的范畴，这就是的范畴，这就是生物机器生物机器。生物机器生物机器是从机器衍生的新概念，生物机是从机器衍生的新概念，生物机器是指由代谢能驱动的机器。器是指由代谢能驱动的机器。在这个意义上牛奶工厂的奶牛，
43、水果原料在这个意义上牛奶工厂的奶牛，水果原料基地的果树，发酵工厂的菌种微生物分别基地的果树，发酵工厂的菌种微生物分别称作为动物生物机器称作为动物生物机器、植物生物机器和植物生物机器和微生物生物机器微生物生物机器。微生物细胞能自主生活和独立存在，因此微生物细胞能自主生活和独立存在，因此微生物生物机器也就是微生物生物机器也就是微生物细胞机器微生物细胞机器，简称简称细胞机器细胞机器。现代发酵工程依靠微生物活细胞现代发酵工程依靠微生物活细胞来完成发酵工厂生产线上不可缺少的来完成发酵工厂生产线上不可缺少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物活细胞就是工业发酵生产线上
44、微生物活细胞就是工业发酵生产线上不可缺少的微生物生物机器（或称不可缺少的微生物生物机器（或称细细胞机器胞机器），是发酵工厂里），是发酵工厂里关键关键的生产的生产机器。机器。微生物细胞微生物细胞是发酵工厂最重要的机器是发酵工厂最重要的机器细胞机器与普通意义上的机器不同，细细胞机器与普通意义上的机器不同，细胞机器必须胞机器必须由代谢能直接驱动由代谢能直接驱动。发酵工厂的生产线上，微生物细胞机器发酵工厂的生产线上，微生物细胞机器必须完成必须完成“在线制造在线制造”和和“生产运行生产运行”的双重任务。的双重任务。“微生物细胞微生物细胞”是生物学的概念；是生物学的概念；“微生物细胞机器微生物细胞机器”是
45、工程学的概念。是工程学的概念。菌种菌种是是有工业生产个性有工业生产个性的的微生物细胞微生物细胞。微生物细胞机器是从天然的微生物细胞微生物细胞机器是从天然的微生物细胞改造成的，因此改造成的，因此天然的微生物天然的微生物具有成为具有成为微生物细胞机器的微生物细胞机器的潜在能力潜在能力。微生物细胞在发酵工业上以微生物细胞在发酵工业上以细胞机器的身份出现时，必须体细胞机器的身份出现时，必须体现现人的意志人的意志。然而，。然而，“微生物微生物细胞机器细胞机器”的微生物属性决定的微生物属性决定了它必须按了它必须按微生物细胞固有的经微生物细胞固有的经济管理原则济管理原则运行运行。如果两者如果两者不一不一致怎
46、么办？致怎么办？人和微生物同是地球人和微生物同是地球上的居民，在理论上处于上的居民，在理论上处于平等的地位，微生物没有平等的地位，微生物没有为人类服务的义务。人贵为人类服务的义务。人贵有自知之明，因为人有思有自知之明，因为人有思想。想。千千万万年的物竞天择早已决定了千千万万年的物竞天择早已决定了微生物的价值取向微生物的价值取向；在工业发酵中，人；在工业发酵中，人控制下的微生物细胞机器与微生物自身控制下的微生物细胞机器与微生物自身的价值取向不一定一致，的价值取向不一定一致，为了引导微生为了引导微生物为人类服务，人必须物为人类服务，人必须发挥主观能动作发挥主观能动作用用，遵循并灵活应用这些原则，遵
47、循并灵活应用这些原则，正确处正确处理工业发酵生产中人与微生物的对立统理工业发酵生产中人与微生物的对立统一关系，促成微生物与人的合作。一关系，促成微生物与人的合作。百思不解：百思不解：1.为什么同样的设备可以生为什么同样的设备可以生产不同的产品？产不同的产品？2.为什么有些发酵食品也可为什么有些发酵食品也可在家里制作？在家里制作？微生物的微生物的发酵途径，发酵途径，因不同因不同的微生物物种、不同的能源的微生物物种、不同的能源化合物、不同的环境条件而化合物、不同的环境条件而五花八门，体现了微生物生五花八门，体现了微生物生命活动的多样性。命活动的多样性。五、微生物的营养类型五、微生物的营养类型按同化
48、作用（生物合成）方式的按同化作用（生物合成）方式的不同，可以把微生物分为不同，可以把微生物分为自养型自养型和和异养型异养型；按异化作用（生物氧化）方式的按异化作用（生物氧化）方式的不同，可把微生物分为不同，可把微生物分为需氧型需氧型和和厌氧型厌氧型。微生物的营养类型，是按微生物的营养类型，是按微生微生物对其从环境中吸收的营养进物对其从环境中吸收的营养进行不同方式的代谢行不同方式的代谢而划分的代而划分的代谢类型。谢类型。根据微生物代谢中使用的根据微生物代谢中使用的能源能源和和碳源碳源可将微生物原则地划为可将微生物原则地划为 4 4 个营养类型。个营养类型。微微生生物物按能源分化学能源光能源化能营
49、养型化能营养型光能营养型光能营养型化能有机异养型化能有机异养型化能无机自养型化能无机自养型光能无机自养型光能无机自养型光能有机异养型光能有机异养型按主要碳源分按主要碳源分有机物有机物CO2CO2营养类型营养类型化能异养型微生物化能异养型微生物可以广泛地利用各种各样的可以广泛地利用各种各样的有机物进行生长和繁殖。有机物进行生长和繁殖。在发酵工业上发酵生产的在发酵工业上发酵生产的原料原料大多是大多是农副产品农副产品。微生物必须能合成并分泌能分解这些原料的酶，微生物必须能合成并分泌能分解这些原料的酶，把原料转化成可以进入细胞的有机营养物质。把原料转化成可以进入细胞的有机营养物质。化能异养型微生物化能
50、异养型微生物，目前已目前已被广泛地用作工业被广泛地用作工业发酵的生产菌种发酵的生产菌种，其它营养类型的微生物也正，其它营养类型的微生物也正在环保、食品、化工等领域得到开发和应用。在环保、食品、化工等领域得到开发和应用。根据工业发酵的历史，把依靠化能异根据工业发酵的历史，把依靠化能异养型微生物合成某最终被分泌到胞外的养型微生物合成某最终被分泌到胞外的初初级代谢产物（目的产物）的过程，作为级代谢产物（目的产物）的过程，作为工工业发酵的典型过程业发酵的典型过程来研究。来研究。如果要在发酵液中获得大量的目的产如果要在发酵液中获得大量的目的产物，物，先决条件先决条件是必须有一定量的是必须有一定量的细胞细