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发酵原理

作者:微彩票 发布日期:2020-07-25 13:11



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  发酵工程的生物学原理是发酵工程最基本的科学原理,简称“发酵原理”。对这个定义作如下解释: (1)“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”,词条“发酵原理”中的“发酵”应该是“工业发酵”。 (2)工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品,其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产,就必须解决实现这些工艺(发酵工艺)的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题,因此,就有了“发酵工程”。

  (3)发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段,这三个阶段都有各自的工程学问题,一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。发酵工程的三个阶段均分别有它们各自的工艺原理和设备及过程控制原理,它们一起构成发酵工程原理。

  (4)千百年,特别是最近几十年的发酵工业生产的实践证明:微生物是发酵工程的灵魂。近年来,对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化,发酵工程正在走近科学。

  (5)从生物科学的角度重新审视发酵工程,发现发酵工程最基本的原理是其生物学原理,而前述的发酵工程原理均必须建立在发酵工程的生物学原理的基础上。因此,发酵工程的生物学原理是发酵工程最基本的原理,并且可以把它简称为“发酵原理”。

  (6)发酵原理的核心内容是微生物复杂系统运行的自然规律(即微生物生命活动的三个基本假说)。代谢能支撑假说(生命活动的前提,动力)暗示:微生物活细胞是耗散结构,这种结构依靠代谢能来支撑。这个假说体现了生命活动的空间性(方位排列的有序)、时间性(周期变化的有序)。代谢网络假说(生命活动的内容,结构)显示:代谢网络是细胞代谢活动的运行图。这个假说体现了生命活动的整体性、流动性、层次性。细胞经济假说(生命活动的法则,控制)揭示细胞经济的运行原理,它们体现了细胞代谢活动的自主性。

  发酵工程的生物学原理以微生物生命活动的三个基本假说(发酵学三假说)为中心展开,主要反映如下学术思想:

  ① 微生物生命活动的三个基本假设(代谢能支撑假设、代谢网络假设和细胞经济假设)以及以它们为前提做出的推理构成了一个完整的思想体系。第一假设反映微生物生命活动的前提(代谢能的持续供应),第二假设体现微生物生命活动的内容(能量、物质的转化关系),第三假设揭示微生物生命活动的法则(人和微生物合作的基础)。这三个基本假设从三个不同的角度来分析同一个问题,微生物的生命活动的问题,体现了三者的相互联系和相互协调。第一假设从生物能学和代谢能对生命活动的支撑的角度认定微生物细胞是代谢能转换器,第二假设从生化学和代谢的角度认定微生物细胞是生化反应器和生物材料加工器,第三假设从生物信息学的角度认定微生物细胞是生物信息编码器、信息传感器和信息处理器

  ②三个假设相互支持、相互制约,相互补充,成为一个整体。能量代谢需借助代谢网络来实现,代谢网络的运行需要代谢能的支撑,能量代谢和物质代谢相互交叉,并且都受细胞经济规律的规范和制约。代谢网络中代谢物的流动依赖于代谢能支撑,受制于细胞经济规律;而对代谢能支撑和细胞经济的研究,又必须借助于它们的载体——代谢网络。

  ③发酵工程的自然辩证法。工业发酵建立在对代谢能支撑、代谢网络和细胞经济等三个基本假设的深刻研究上。代谢能支撑假设揭示了工业发酵的原动力;代谢网络假设把代谢途径(酶蛋白)和多种蛋白系统的有序组合作为一个整体,称为代谢网络(物质代谢网络),以有利于从宏观上把握微生物的代谢和生理,为工业发酵中原料的利用和产物的合成,提供分析的依据和实际操作的位点;细胞经济的概念的提出为正确处理工业发酵中人的主观愿望与微生物生命活动的客观规律之间的对立统一关系提供了理论依据。

  ④学科的交叉渗透。认定现代发酵工程属于新兴的交叉学科,将化学、生物化学、微生物学、分子生物学、细胞学等学科的知识与物理学、物理化学、化工原理、电工学、生物学、经济学、哲学和自然辩证法等学科的知识渗透、交叉、交融起来,互相支撑,融会贯通,建立发酵工程学科的生物学理论,是发酵工程汇入生物工程领域的理论基础。

  《发酵原理(第2版)》分别从能量流、物质流和信息流三个方面揭示了微生物代谢的运动本质,首次提出了发酵学关于微生物生命活动的“三个基本假说”。并把微生物育种和微生物培养的工艺视为一个整体,以“三个基本假说”为依据,提出了关于现代工业发酵的一系列应刚性推理,将工业发酵提升到现代生物技术及生物工程的高度。《发酵原理》认定微生物是工业发酵的行为发生主体,是发酵生产线上必不可少的细胞机器,并且为典型的工业发酵的细胞机器建立了工作模型,在这个模型的基础上提出了工业微生物代谢的“五段式”和工业发酵的“五字策略”。《发酵原理(第2版)》示范了与微生物平等友好、合作共赢的思维方式,希望能有益于读者在生物技术及其应用方面的开创性工作。

  《发酵原理(第2版)》适合于生物工程、生物技术专业的高年级本科生使用,并可供生物工程、生物技术领域的教师、研究生和科研人员参考。

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