發(fā)酵工程技術(shù)的研究進(jìn)展廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物工程系廣西大學(xué)食品與發(fā)酵工程研究所周河治教授發(fā)酵工程技術(shù)的研究進(jìn)展廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物工程系1一、發(fā)酵工程學(xué)科歸屬的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵工程學(xué)科歸屬生物工程技術(shù)領(lǐng)域,生物工程學(xué)科覆蓋的四個學(xué)科，即：基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程發(fā)酵工程是生物工程技術(shù)領(lǐng)域中最基礎(chǔ)而又十分重要的學(xué)科?；蚬こ?、細(xì)胞工程和酶工程的研究成果必需通過發(fā)酵工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。一、發(fā)酵工程學(xué)科歸屬的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵工程學(xué)科歸屬生物工程技術(shù)領(lǐng)2二、發(fā)酵工程技術(shù)涵蓋和涉及的工業(yè)（行業(yè)）

1.抗菌素工業(yè)2.氨基酸工業(yè)3.核酸工業(yè)4.調(diào)味品工業(yè)5.有機(jī)酸工業(yè)6.飲料工業(yè)――啤酒、乳酸飲料7.面包工業(yè)8.乳制品工業(yè)――酸奶、干酪二、發(fā)酵工程技術(shù)涵蓋和涉及的工業(yè)（行業(yè)）1.抗菌素工業(yè)39.蛋品加工業(yè)――蛋粉脫腥10.制糖工業(yè)――凝膠多糖、蔗果寡糖、異麥芽酮糖11.酒精工業(yè)12.酶制劑工業(yè)13.淀粉加工業(yè)――葡萄糖、果葡糖漿、普魯蘭異麥芽寡糖、靈芝多糖、黃原膠、潔冷膠、海藻糖、14.皮革工業(yè)15.造紙工業(yè)――木質(zhì)纖維素、紙張漂白、紙張吸墨、造紙廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精16.飼料工業(yè)9.蛋品加工業(yè)――蛋粉脫腥417.化妝品工業(yè)18.冶金行業(yè)19.環(huán)保行業(yè)20.精細(xì)化工工業(yè)――發(fā)酵法生產(chǎn)香精、香料、甾體化合物的生物合成21.有機(jī)化工工業(yè)――可降解塑料、聚乳酸塑料、各類酮醇的生產(chǎn)22.建筑行業(yè)――凝膠多糖23.維生素、激素工業(yè)――VitB2、B12、D2、D3及胰島素等24.石油工業(yè)17.化妝品工業(yè)5三、發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的回顧三、發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的回顧61、近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破簡表1、近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破近代工業(yè)微生物發(fā)展7年份

主要內(nèi)容

主要發(fā)明（現(xiàn)）者或代表人物1689年發(fā)明了顯微鏡，首先觀察到啤酒發(fā)酵液中酵母細(xì)胞Leewenhock1836年－1837年證明酵母是活的生命體Cagninard－Letour，Schwana和Kutzing年份主要內(nèi)容主要發(fā)明（現(xiàn)）者或代表人物1689年發(fā)明了顯81856年－1857年證明酒醋的釀造過程是微生物發(fā)酵過程，并且認(rèn)為不同的微生物引起不同的發(fā)酵；酒變酸是由有害微生物繁殖而引起的，因此，提出了科學(xué)的消毒法――巴斯德消毒法LouisPasteur1870年觀察到微生物的拮抗作用，并預(yù)言其治療作用LouisPasteur1881年發(fā)明了純種培養(yǎng)技術(shù)RobertKoch1897年證明發(fā)酵是酶的作用，從此奠定了酶學(xué)基礎(chǔ)EduardBuchner1856年證明酒醋的釀造過程是微生物發(fā)酵過程，并且認(rèn)為不同的91928年 發(fā)現(xiàn)青霉素能抑制細(xì)菌生長，并證明青霉素的培養(yǎng)液中含有抗菌物質(zhì)Fleming1940年得到青霉素純品，證明其療效，并迅速實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)Florey和Chain1953年提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的模型，和核酸半保留復(fù)制學(xué)說，使分子生物學(xué)得到了迅速發(fā)展Watson－Crick1928年 發(fā)現(xiàn)青霉素能抑制細(xì)菌生長，并證明青霉素的培養(yǎng)10發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段11第一階段（1900年以前）①這個階段僅限于含酒精的飲料和醋的生產(chǎn)②雖然在古埃及早已經(jīng)能釀造啤酒，但一直到17世紀(jì)在45000加侖的木質(zhì)大桶中進(jìn)行第一次真正大規(guī)模的釀造啤酒③1757年在釀造啤酒中已應(yīng)用溫度計(jì)④1801年已有了原始的熱交換器第一階段（1900年以前）①這個階段僅限于含酒精的飲料和醋的12第二階段（1900－1940）①這一階段的主要新產(chǎn)品是酵母、甘油、檸檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。②分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)首先應(yīng)用于面包酵母的生產(chǎn)。③面包酵母的生產(chǎn)是需氧過程，酵母在豐富養(yǎng)料中快速增長而使培養(yǎng)液中的氧耗盡，致使菌體生長速度降低，同時生產(chǎn)酒精。限制營養(yǎng)物的初始濃度使細(xì)胞生長寧可受到碳源的限制而不受到缺氧的影響，然后在培養(yǎng)過程中加入少量營養(yǎng)料。④這種分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)，以防止出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象和高濃度底物調(diào)節(jié)等現(xiàn)象。第二階段（1900－1940）①這一階段的主要新產(chǎn)品是酵母、13第三階段（1940年－1960年）①由于第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生，德國希特勒出兵侵略歐洲各國，后來又是日本發(fā)動侵韓、侵朝及侵華戰(zhàn)爭，戰(zhàn)爭急需抗菌素治理傷員。②在純種培養(yǎng)技術(shù)的指導(dǎo)下，以深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素獲得成功，使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入了一個充滿生氣的蓬勃發(fā)展的年代。第三階段（1940年－1960年）①由于第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生14抗菌素工業(yè)的迅速發(fā)展，形成了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，這個過程解決了兩個技術(shù)問題：第一：發(fā)酵罐液體深層培養(yǎng)的供氧問題。第二：純種培養(yǎng)技術(shù)。這兩個主要技術(shù)問題，其中包括高效通氣供氧技術(shù)；無菌空氣過濾技術(shù)；大型發(fā)酵罐培養(yǎng)基滅菌技術(shù)；發(fā)酵罐防止染菌污染技術(shù)。抗菌素工業(yè)的迅速發(fā)展，形成了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，這個過程解決15抗菌素工業(yè)的崛起，標(biāo)志著發(fā)酵工程的誕生?？咕毓I(yè)的崛起，標(biāo)志著發(fā)酵工程的誕生。16抗菌素工業(yè)的崛起，出現(xiàn)了以谷氨酸和賴氨酸為代表的氨基酸發(fā)酵工業(yè)，和以肌苷酸、鳥苷酸為代表的核酸發(fā)酵工業(yè)。谷氨酸的發(fā)酵，是一個典型的切斷支路代謝，人為地調(diào)控微生物的生物合成途徑，沿著人們意志，生成并累積人類所需要的目的產(chǎn)品――谷氨酸?？咕毓I(yè)的崛起，出現(xiàn)了以谷氨酸和賴氨酸為代表的氨基酸發(fā)酵工17

淀粉葡萄糖

6－磷酸葡萄糖

…

丙酮酸CO2 CO2草酰乙酸乙酰COA

琥珀酸檸檬酸

×異檸檬酸α－酮戊二酸NH3谷氨酸淀粉18第四階段（1960年－1980年）①眾多跨國公司投資研究生產(chǎn)微生物細(xì)胞作為飼料蛋白的來源，推動了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。②細(xì)胞融合技術(shù)和DNA重組技術(shù)的發(fā)展打破了物種間的障礙，使人類能定向的制造出來新的有用的微生物，這意味著人類可以直接操縱細(xì)胞的遺傳物質(zhì)。第四階段（1960年－1980年）①眾多跨國公司投資研究生產(chǎn)19第五階段（1980年至今）隨著基因重組技術(shù)進(jìn)一步成熟，生物技術(shù)走上了真正為人類服務(wù)造福的產(chǎn)業(yè)化道路，使之為人類需要服務(wù)，其具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第五階段（1980年至今）隨著基因重組技術(shù)20①人們可以通過增加微生物控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)大幅度的提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量。②可以采用編碼生物合成途徑中關(guān)鍵酶基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移或改造來改良生物菌種。③可以將動植物或微生物特有產(chǎn)物的控制基因植入細(xì)胞中，快速、經(jīng)濟(jì)的大量生產(chǎn)這些產(chǎn)物。①人們可以通過增加微生物控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)大幅度的21④也可以將具有不同性能的多種質(zhì)粒植入，使新菌株在清除污染或以非糧食物質(zhì)為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)或進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。⑤近年來提出了組合生物合成的概念，即根據(jù)微生物的多樣性和次級代謝的多樣性，以及從天然資源中獲得的有意義的基因，通過重組、組合或互補(bǔ)形成高生產(chǎn)水平或新構(gòu)建化合物的多酶體系來生產(chǎn)人們所需要的物質(zhì)。④也可以將具有不同性能的多種質(zhì)粒植入，使新菌株在清除污染或以22

現(xiàn)在我們可以說,在當(dāng)今生物技術(shù)的不斷發(fā)展使大部分有應(yīng)用價值的生物物質(zhì)從理論上來說都可以用細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行制造?，F(xiàn)在我們可以說,在當(dāng)今生物技術(shù)的不斷發(fā)展使23

要真正把選育或基因重組構(gòu)建出的優(yōu)良菌株用于規(guī)?；a(chǎn)，都必須經(jīng)過發(fā)酵過程這一基本單元操作。

然而，篩選到的優(yōu)良菌株或基因工程菌在發(fā)酵過程大規(guī)模培養(yǎng)時，未必能獲得如人們所期望那樣的效果。要真正把選育或基因重組構(gòu)建出的優(yōu)良菌株用于規(guī)?；?4四、發(fā)酵工程技術(shù)最新的進(jìn)展四、發(fā)酵工程技術(shù)最新的進(jìn)展251、發(fā)酵罐的大型化廣東珠海益立味精廠自行設(shè)計(jì)建造亞洲最大的發(fā)酵罐，其體積達(dá)650噸（立方），運(yùn)行正常，味精產(chǎn)率穩(wěn)定。1、發(fā)酵罐的大型化廣東珠海益立味精廠自行設(shè)262、60年用計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵過程因傳感器技術(shù)的限制而無法推廣。80年代后耐高溫pH電極問世后才得到較為廣泛的應(yīng)用。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制，節(jié)省操作時間，提供自動記錄及在降低成本方面起了很大的作用，但作為發(fā)酵生產(chǎn)主要目標(biāo)即發(fā)酵水平卻提高幅度不高，一般只能提高10％左右的生產(chǎn)能力。2、60年用計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵過程因傳感器技術(shù)的限制而無法推廣。273、多尺度微生物過程優(yōu)化理論的提出使發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率大幅度提高，有力的促進(jìn)了我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵水平的提高。3、多尺度微生物過程優(yōu)化理論的提出使發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率大幅度提高28過去，從事菌種選育或基因構(gòu)建的研究人員把發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)率的提高歸結(jié)于分子尺度的遺傳物質(zhì)（DNA、RNA）的變化。而從事細(xì)胞代謝調(diào)控的研究把所有問題歸結(jié)于代謝調(diào)控問題。從事生物反應(yīng)器工程的人員認(rèn)為是化學(xué)工程的三傳（動量、質(zhì)量、熱量）問題。過去，從事菌種選育或基因構(gòu)建的研究人員把發(fā)29

而事實(shí)上以活細(xì)胞為對象的生物反應(yīng)器中的反應(yīng)是多尺度的。基因分子遺傳、細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)和生物反應(yīng)器工程特性三個尺度上的關(guān)聯(lián)分析是發(fā)酵工程優(yōu)化的關(guān)鍵。而事實(shí)上以活細(xì)胞為對象的生物反應(yīng)器中的反30上海華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院院長張嗣良教授提出了多尺度微生物過程優(yōu)化理論，并研究開發(fā)了一套發(fā)酵過程控制的專家軟件系統(tǒng)，運(yùn)用于紅霉素、肌苷、鳥苷的工業(yè)化生產(chǎn)中，取得了驚人的成果。1997年成果名稱：華北制藥廠，青霉素發(fā)酵過程優(yōu)化

獲國家科技進(jìn)步二等獎

青霉素發(fā)酵單位，由4.8萬提高到6.3萬u/mL

上海華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院院長張嗣良教授提出了312002年成果名稱：基于過程參數(shù)相關(guān)的發(fā)酵過程優(yōu)化與放大技術(shù)

獲國家科技進(jìn)步二等獎紅霉素的直接高噸位放大研究，從50L到120m3，再到372m3，實(shí)現(xiàn)了國際上尚未見報(bào)的372m3大噸位高耗氧全自動控制的發(fā)酵過程放大，使企業(yè)化國際市場的占有率從5%提升到30%以上。2002年322004年成果名稱：新型食品添加劑呈味核苷酸二鈉關(guān)鍵生產(chǎn)工藝技術(shù)（在廣東星湖公司推廣核苷酸的工業(yè)化生產(chǎn)水平由16克/升提高到34克/升）獲國家科技進(jìn)步二等獎

2004年33

2012年成果名稱：太湖水華形成與消亡、CO2反應(yīng)速率及其相關(guān)參數(shù)變化趨勢的研究獲國家科技進(jìn)步二等獎

2007年5月29日“無錫太湖水危機(jī)”事件，引起國家嚴(yán)重關(guān)注。1928年發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段第一階段19課件344、利用基因工程技術(shù)構(gòu)建工程菌我國最大的制藥廠－華北制藥廠利用基因工程技術(shù)構(gòu)建低耗氧量的青霉素工程菌將大幅度的降低生產(chǎn)成本，這一成果在已進(jìn)入中試，預(yù)計(jì)今年內(nèi)將投入工業(yè)化生產(chǎn)。4、利用基因工程技術(shù)構(gòu)建工程菌35

謝謝！1928年發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段第一階段19課件36發(fā)酵工程技術(shù)的研究進(jìn)展廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物工程系廣西大學(xué)食品與發(fā)酵工程研究所周河治教授發(fā)酵工程技術(shù)的研究進(jìn)展廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物工程系37一、發(fā)酵工程學(xué)科歸屬的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵工程學(xué)科歸屬生物工程技術(shù)領(lǐng)域,生物工程學(xué)科覆蓋的四個學(xué)科，即：基因工程細(xì)胞工程酶工程發(fā)酵工程發(fā)酵工程是生物工程技術(shù)領(lǐng)域中最基礎(chǔ)而又十分重要的學(xué)科?；蚬こ獭⒓?xì)胞工程和酶工程的研究成果必需通過發(fā)酵工程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。一、發(fā)酵工程學(xué)科歸屬的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵工程學(xué)科歸屬生物工程技術(shù)領(lǐng)38二、發(fā)酵工程技術(shù)涵蓋和涉及的工業(yè)（行業(yè)）

1.抗菌素工業(yè)2.氨基酸工業(yè)3.核酸工業(yè)4.調(diào)味品工業(yè)5.有機(jī)酸工業(yè)6.飲料工業(yè)――啤酒、乳酸飲料7.面包工業(yè)8.乳制品工業(yè)――酸奶、干酪二、發(fā)酵工程技術(shù)涵蓋和涉及的工業(yè)（行業(yè)）1.抗菌素工業(yè)399.蛋品加工業(yè)――蛋粉脫腥10.制糖工業(yè)――凝膠多糖、蔗果寡糖、異麥芽酮糖11.酒精工業(yè)12.酶制劑工業(yè)13.淀粉加工業(yè)――葡萄糖、果葡糖漿、普魯蘭異麥芽寡糖、靈芝多糖、黃原膠、潔冷膠、海藻糖、14.皮革工業(yè)15.造紙工業(yè)――木質(zhì)纖維素、紙張漂白、紙張吸墨、造紙廢液發(fā)酵生產(chǎn)酒精16.飼料工業(yè)9.蛋品加工業(yè)――蛋粉脫腥4017.化妝品工業(yè)18.冶金行業(yè)19.環(huán)保行業(yè)20.精細(xì)化工工業(yè)――發(fā)酵法生產(chǎn)香精、香料、甾體化合物的生物合成21.有機(jī)化工工業(yè)――可降解塑料、聚乳酸塑料、各類酮醇的生產(chǎn)22.建筑行業(yè)――凝膠多糖23.維生素、激素工業(yè)――VitB2、B12、D2、D3及胰島素等24.石油工業(yè)17.化妝品工業(yè)41三、發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的回顧三、發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的回顧421、近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破簡表1、近代工業(yè)微生物發(fā)展過程中的幾次重大突破近代工業(yè)微生物發(fā)展43年份

主要內(nèi)容

主要發(fā)明（現(xiàn)）者或代表人物1689年發(fā)明了顯微鏡，首先觀察到啤酒發(fā)酵液中酵母細(xì)胞Leewenhock1836年－1837年證明酵母是活的生命體Cagninard－Letour，Schwana和Kutzing年份主要內(nèi)容主要發(fā)明（現(xiàn)）者或代表人物1689年發(fā)明了顯441856年－1857年證明酒醋的釀造過程是微生物發(fā)酵過程，并且認(rèn)為不同的微生物引起不同的發(fā)酵；酒變酸是由有害微生物繁殖而引起的，因此，提出了科學(xué)的消毒法――巴斯德消毒法LouisPasteur1870年觀察到微生物的拮抗作用，并預(yù)言其治療作用LouisPasteur1881年發(fā)明了純種培養(yǎng)技術(shù)RobertKoch1897年證明發(fā)酵是酶的作用，從此奠定了酶學(xué)基礎(chǔ)EduardBuchner1856年證明酒醋的釀造過程是微生物發(fā)酵過程，并且認(rèn)為不同的451928年 發(fā)現(xiàn)青霉素能抑制細(xì)菌生長，并證明青霉素的培養(yǎng)液中含有抗菌物質(zhì)Fleming1940年得到青霉素純品，證明其療效，并迅速實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)Florey和Chain1953年提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)的模型，和核酸半保留復(fù)制學(xué)說，使分子生物學(xué)得到了迅速發(fā)展Watson－Crick1928年 發(fā)現(xiàn)青霉素能抑制細(xì)菌生長，并證明青霉素的培養(yǎng)46發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段發(fā)酵工業(yè)發(fā)展歷史的五個階段47第一階段（1900年以前）①這個階段僅限于含酒精的飲料和醋的生產(chǎn)②雖然在古埃及早已經(jīng)能釀造啤酒，但一直到17世紀(jì)在45000加侖的木質(zhì)大桶中進(jìn)行第一次真正大規(guī)模的釀造啤酒③1757年在釀造啤酒中已應(yīng)用溫度計(jì)④1801年已有了原始的熱交換器第一階段（1900年以前）①這個階段僅限于含酒精的飲料和醋的48第二階段（1900－1940）①這一階段的主要新產(chǎn)品是酵母、甘油、檸檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。②分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)首先應(yīng)用于面包酵母的生產(chǎn)。③面包酵母的生產(chǎn)是需氧過程，酵母在豐富養(yǎng)料中快速增長而使培養(yǎng)液中的氧耗盡，致使菌體生長速度降低，同時生產(chǎn)酒精。限制營養(yǎng)物的初始濃度使細(xì)胞生長寧可受到碳源的限制而不受到缺氧的影響，然后在培養(yǎng)過程中加入少量營養(yǎng)料。④這種分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)，以防止出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象和高濃度底物調(diào)節(jié)等現(xiàn)象。第二階段（1900－1940）①這一階段的主要新產(chǎn)品是酵母、49第三階段（1940年－1960年）①由于第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生，德國希特勒出兵侵略歐洲各國，后來又是日本發(fā)動侵韓、侵朝及侵華戰(zhàn)爭，戰(zhàn)爭急需抗菌素治理傷員。②在純種培養(yǎng)技術(shù)的指導(dǎo)下，以深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素獲得成功，使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入了一個充滿生氣的蓬勃發(fā)展的年代。第三階段（1940年－1960年）①由于第二次世界大戰(zhàn)的發(fā)生50抗菌素工業(yè)的迅速發(fā)展，形成了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，這個過程解決了兩個技術(shù)問題：第一：發(fā)酵罐液體深層培養(yǎng)的供氧問題。第二：純種培養(yǎng)技術(shù)。這兩個主要技術(shù)問題，其中包括高效通氣供氧技術(shù)；無菌空氣過濾技術(shù)；大型發(fā)酵罐培養(yǎng)基滅菌技術(shù)；發(fā)酵罐防止染菌污染技術(shù)?？咕毓I(yè)的迅速發(fā)展，形成了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，這個過程解決51抗菌素工業(yè)的崛起，標(biāo)志著發(fā)酵工程的誕生?？咕毓I(yè)的崛起，標(biāo)志著發(fā)酵工程的誕生。52抗菌素工業(yè)的崛起，出現(xiàn)了以谷氨酸和賴氨酸為代表的氨基酸發(fā)酵工業(yè)，和以肌苷酸、鳥苷酸為代表的核酸發(fā)酵工業(yè)。谷氨酸的發(fā)酵，是一個典型的切斷支路代謝，人為地調(diào)控微生物的生物合成途徑，沿著人們意志，生成并累積人類所需要的目的產(chǎn)品――谷氨酸?？咕毓I(yè)的崛起，出現(xiàn)了以谷氨酸和賴氨酸為代表的氨基酸發(fā)酵工53

淀粉葡萄糖

6－磷酸葡萄糖

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丙酮酸CO2 CO2草酰乙酸乙酰COA

琥珀酸檸檬酸

×異檸檬酸α－酮戊二酸NH3谷氨酸淀粉54第四階段（1960年－1980年）①眾多跨國公司投資研究生產(chǎn)微生物細(xì)胞作為飼料蛋白的來源，推動了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展。②細(xì)胞融合技術(shù)和DNA重組技術(shù)的發(fā)展打破了物種間的障礙，使人類能定向的制造出來新的有用的微生物，這意味著人類可以直接操縱細(xì)胞的遺傳物質(zhì)。第四階段（1960年－1980年）①眾多跨國公司投資研究生產(chǎn)55第五階段（1980年至今）隨著基因重組技術(shù)進(jìn)一步成熟，生物技術(shù)走上了真正為人類服務(wù)造福的產(chǎn)業(yè)化道路，使之為人類需要服務(wù)，其具體表現(xiàn)在以下幾個方面：第五階段（1980年至今）隨著基因重組技術(shù)56①人們可以通過增加微生物控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)大幅度的提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量。②可以采用編碼生物合成途徑中關(guān)鍵酶基因的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移或改造來改良生物菌種。③可以將動植物或微生物特有產(chǎn)物的控制基因植入細(xì)胞中，快速、經(jīng)濟(jì)的大量生產(chǎn)這些產(chǎn)物。①人們可以通過增加微生物控制代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的基因拷貝數(shù)大幅度的57④也可以將具有不同性能的多種質(zhì)粒植入，使新菌株在清除污染或以非糧食物質(zhì)為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)或進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。⑤近年來提出了組合生物合成的概念，即根據(jù)微生物的多樣性和次級代謝的多樣性，以及從天然資源中獲得的有意義的基因，通過重組、組合或互補(bǔ)形成高生產(chǎn)水平或新構(gòu)建化合物的多酶體系來生產(chǎn)人們所需要的物質(zhì)。④也可以將具有不同性能的多種質(zhì)粒植入，使新菌株在清除污染或以58

現(xiàn)在我們可以說,在當(dāng)今生物技術(shù)的不斷發(fā)展使大部分有應(yīng)用價值的生物物質(zhì)從理論上來說都可以用細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行制造。現(xiàn)在我們可以說,在當(dāng)今生物技術(shù)的不斷發(fā)展使59

要真正把選育或基因重組構(gòu)建出的優(yōu)良菌株用于規(guī)?；a(chǎn)，都必須經(jīng)過發(fā)酵過程這一基本單元操作。

然而，篩選到的優(yōu)良菌株或基因工程菌在發(fā)酵過程大規(guī)模培養(yǎng)時，未必能獲得如人們所期望那樣的效果。要真正把選育或基因重組構(gòu)建出的優(yōu)良菌株用于規(guī)模化60四、發(fā)酵工程技術(shù)最新的進(jìn)展四、發(fā)酵工程技術(shù)最新的進(jìn)展611、發(fā)酵罐的大型化廣東珠海益立味精廠自行設(shè)計(jì)建造亞洲最大的發(fā)酵罐，其體積達(dá)650噸（立方），運(yùn)行正常，味精產(chǎn)率穩(wěn)定。1、發(fā)酵罐的大型化廣東珠海益立味精廠自行設(shè)622、60年用計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵過程因傳感器技術(shù)的限制而無法推廣。80年代后耐高溫pH電極問世后才得到較為廣泛的應(yīng)用。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制，節(jié)省操作時間，提供自動記錄及在降低成本方面起了很大的作用，但作為發(fā)酵生產(chǎn)主要目標(biāo)即發(fā)酵水平卻提高幅度不高，一般只能提高10％左右的生產(chǎn)能力。2、60年用計(jì)算機(jī)控制發(fā)酵過程因傳感器技術(shù)的限制而無法推廣。633、多尺度微生物過程優(yōu)化理論的提出使發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率大幅度提高，有力的促進(jìn)了我國發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵水平的提高。3、多尺度微生物過程優(yōu)化理論的提出使發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)率大幅度提高64過去，從事菌種選育或基因構(gòu)建的研究人員把發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)率的提高歸結(jié)于分子尺度的遺傳物質(zhì)（DNA、RNA）的變化。而從事細(xì)胞代謝調(diào)控的研究把所有問題歸結(jié)于代謝調(diào)控問題。從事生物反應(yīng)器工程的人員認(rèn)為是化學(xué)工程的三傳（動量、質(zhì)量、熱量）問題。過去，從事菌種選育或基因構(gòu)建的研究人員把發(fā)