发 酵 原 理
绪 论
2010-5-16 张星元：发酵原理 2
请带着以下问题听课：
1.发酵原理课程的沿革 。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
3.研究大千世界从何入手？
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
5.怎样认识微生物生物机器？
6.知己知彼是主动合作的基础。
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 3
绪 论
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
科的发展，以及分析、检测技术的成熟，
工业发酵正在从技艺走向科学，我国大
学的发酵工程专业正在融入生物工程专
业。 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
技术界的广泛重视。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 4
我校 发酵工程学科 是我国最早设
立发酵工程学科，至今已有 50年历史。
该发酵工程学科为全国发酵工程专业
中唯一的国家重点学科点，国内首批
硕士学位授予点，国内最早建立的两
个发酵工程博士点之一，是国内首批
轻工博士后流动站的主要成员单位；
是教育部批准建设的 36个, 国家生命
科学与技术人才培养基地, 之一。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 5
《发酵原理》课程 经过三十多年
的酝酿，将近八年的建设（从理论建
设到课程建设到教材建设到师资队伍
建设），已成为我校生物工程学院创
建的生物工程专业 特色课程 。 随着对
工业发酵的生物学属性的认识的深入，
《发酵原理》课程在 生物工程专业课
程体系中的核心地位 越来越明显了。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 6
发酵原理课程既不同于细胞
学，又不同于工艺学，它从发酵
工业的现状出发，从生物学的视
角,自成体系地 展开工业发酵的
科学道理,自然而然 地在基础课、
专业基础课和专业课之间 架起桥
梁,从而为专业知识的学习提供
一个 较高的起点 。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 7
发酵原理课程旨在提高相
关专业本科学生的 科学素养,
特别是生物科学和工程学的素
养，为我国生物工业的腾飞培
养能与国际先进水平接轨的、
有超越潜力 的人才。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 8
发酵原理课程将在科
学的水平上 重新审视 发酵
工程，从生物科学和工程
学的角度 系统地讨论发酵
工程的核心理论。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 9
微生物是工业发酵的
,灵魂, 。 这句话强调微
生物在工业发酵中的 关键作
用,以及工业发酵与工业化
学过程、工业生物化学过程
的不同属性。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 10
在 工业化学 过程中 没有生
物活性物质 参与催化,所用催
化剂也是无机物。 工业生化 过
程属于由 酶催化的体外酶反应
过程,酶具有生物活性。当酶
失活、辅酶耗尽，过程就停止
了。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 11
工业发酵过程是由活细胞参与的
生命活动过程，没有微生物活细胞就
没有工业发酵。 微生物活细胞具有生
物能转换、辅酶再生,代谢的自动调
节等机制，这个过程原则上可以进行
到基质原料耗尽或因代谢产物在细胞
外累积造成环境极度恶化而影响微生
物生存之时。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 12
生命体，包括非细胞生物（ 譬
如病毒）和细胞生物（微生物、植物、
动物）都处于高度有序的状态，而这
种 高度有序的状态的建立和维持需要
生物可以直接利用的能量 —— 代谢能。
代谢能从哪里来？只能从其他形式的
能量转化而来，不同的细胞生物有不
同的转化方法，这取决于它们各自的
生存方式。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 13
工业发酵要依靠 微生物 的
生命活动。 我们该怎样认识 微
生物细胞 呢？微生物细胞与其
他生物细胞有什么不同的地方
呢？在工业发酵过程中，人类
与微生物细胞发生什么样的关
系呢？
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 14
真核细胞
原核细胞
电镜
微 生 物 的 相 对 大 小
肉眼
光学显微镜
病毒
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 15
1,体积小；
2,种类多；
3,分布广；
4,繁殖快；
5,便于培养；
6,容易发生变异；
7,人工培养不受季节、地域的限制
独
立
存
在
自
主
生
存
微 生 物 的 特 点
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 16
细胞
单细胞蛋
白（白色
食品，蓝
色食品）
生物转化
结构复杂的有
机产品（譬如
甾醇的生物转
化 )
细胞的产物
酶（如
葡萄糖
异构酶
等）
次级代
谢产物
（如抗
生素） 初级代
谢产物
（如氨
基酸）
能量代
谢副产
物（如
乙醇）
中心代
谢产物
（如柠
檬酸）
直接面向环境
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 17
工业发酵过程是 微生物群体 生
命活动的动态过程，这个过程是五
花八门、千变万化的。具体表现为
种种多样性，譬如微生物种群的多
样性、微生物营养类型的多样性、
微生物培养条件的多样性、目的产
物的多样性、微生物生长与目的产
物生成的偶联方式的多样性等等。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 18
世界真奇妙，生物世界真奇妙，微
生物世界真奇妙，工业发酵真奇妙！奇
妙是客观存在的,面对如此奇妙是客观
存在，必须找到研究的出发点,才有可
能发现世界某一局部运行的规律，然后
再一步步地把研究推向深处。 发酵原理
的研究要落到实处就必须确定研究的出
发点（发酵的类群）,以及研究的具体
载体（微生物菌种和对应的产物）。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 19
研究的定位：
1.对现状的感性认识，
2.对现状的理性认识，
3.研究出发点的确定；
4.研究的逐步深入，
5.事物本质的揭示；
6.研究的范围的扩展 ……
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 20
最常见的工业发酵一般符合以下条件：
1.生产菌种属于化能异养型微生物，
2.目的产物属于初级代谢产物，
3.单一的目的产物在细胞内生成后被
分泌到细胞外。
在这门课程里，我们把符合以上
条件的工业发酵类群叫做 典型的工业
发酵 。对工业发酵的研究就从它开始。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 21
这主要是因为 化能异养型微生
物的代谢 与高等生物细胞的代谢有
较多的相似之处，特别是 从碳元素
的代谢入手 有较好研究基础； 从排
出细胞的单一的初级代谢产物的生
产 入手，不但可以简化代谢网络的
层次性，而且有利于建立从主要碳
源到目的产物的计量关系。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 22
工业发酵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
以上认识的基础上，我们提出了 微生
物（化能异养型微生物）细胞生命活
动的三个基本假说，并要把它们作为
本课程的核心内容来讨论。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 23
微生物生命活动的三个基本假说：
① 代谢能支撑假说,微生物细胞
生命活动的驱动原理（微生物能学）
② 代谢网络假说,代谢网络与代
谢物流图（微生物第二解剖学）
③ 细胞经济假说,细胞经济运行
与生存保障原理（细胞经济学）。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 24
代谢能支撑假设挑明了微生物
生命活动的前提，即微生物细胞 代
谢能的持续供应问题 ；代谢网络假
设梳理了微生物生命活动的内容，
具体化了微生物细胞的能量、物质
的转化关系 ；细胞经济假设揭示微
生物生命活动的经济管理原则，这
些原则是 人和微生物合作成功的基
础。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 25
ATP
ATP酶
呼吸链
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 26
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 27
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 28
分泌能量代谢的副产
物 （乙醇、乳酸等）
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
分泌生物大分子的前体
（氨基酸、核酸等）
分泌生物大分子（酶
、微生物多糖等）
碳架 ATP
结构单位
4.怎样对抽象的
问题进行形象思
维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 29
从对工业发酵的现状的分析和
梳理，到典型的工业发酵的界定，
是一个从一般到特殊的认识过程。
我们以典型的工业发酵为研究
的出发点，研究工业发酵，并期望
建立一个从特殊到一般的认识，找
到工业发酵的普遍规律。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 30
运用这三个基本假设来分析
典型的工业发酵，提出了：
1,为工业生产服务的 若干推理
2,工业发酵的 微生物细胞机器的
工作模式
3,工业微生物代谢的,五段式”
4,工业发酵的,五字策略” 。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 31
微生物细胞是发酵工厂最重要的机器
2010-5-16 张星元：发酵原理 32
微生物细胞机器的工作模式
Working pattern of cell-machine
in Industrial Fermentation
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 33
N PP
进 出通 节 堵
菌种选育和工艺控制的“五字策略”
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 34
现代发酵工程依靠微生物来完成发
酵工厂生产线上的必不可少的加工（或
转化）步骤，在这个意义上，微生物细
胞就是工业发酵生产线上特殊机器 ——
细胞机器 。细胞机器与普通意义上的机
器不同,细胞机器必须 由代谢能直接驱
动。 在发酵工厂的生产线上，微生物细
胞机器必须完成, 在线制造, 和,生
产运行”的双重任务。
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 35
“微生物细胞”是生物学的概
念；“微生物细胞机器”是工程学
的概念。 菌种微生物细胞是对应的
发酵产物的细胞机器，因此是 有工
业生产个性 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，因此天然的微生物具有成
为微生物细胞机器的 潜在能力 。
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 36
微生物细胞在发酵工业上
以细胞机器的身份出现时，必
须体现 人的意志 。然而，
,微生物细胞机器, 的微生
物属性决定了它必须按 微生物
细胞固有的经济管理原则 运行 。
如果两者 不一致怎么办？
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 37
人和微生物同是地球
上的居民，在理论上处于
平等的地位，微生物没有
为人类服务的义务。人贵
有自知之明，因为人有思
想。
6.知己知彼是主动合作的基础。
2010-5-16 张星元：发酵原理 38
千千万万年的物竞天择早已决定
了微生物的价值取向；在工业发酵中，
人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,为了引
导微生物为我们服务，人必须 发挥主
观能动作用,遵循并灵活应用这些原
则,正确处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。
6.知己知彼是主动合作的基础。
2010-5-16 张星元：发酵原理 39
发酵原理是工业发酵的生物学原理
的简称。 它研究工业微生物在生长、繁
殖与发酵过程中的 正常代谢与异常代谢
规律，探索关于提高发酵法工业生产能
力的应用原理，探索关于开发工业发酵
新原料、新产品、新工艺的理论根据，
是生物工程领域生物学理论的重要组成
部分。它在生物工程领域的作用将随着
它自身的不断完善而发挥不可替代的愈
来愈重要的作用。
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 40
发酵原理的研究刚刚开
始，以全新的思路研究发酵
科学和发酵工程，前程远大。
发酵原理的研究有待于深入、
完善和扩展。需扩展的领域
是显而易见的，主要是以下
几方面：
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 41
1.微生物 营养类型 的扩展
2.不同 元素 的代谢的扩展
3.不同 代谢层面 的扩展
4.原料 与目的 产物 的扩展
5.原料群 和 产物群 的扩展
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 42
确立中国发酵学科的自尊，
加速我国发酵学科的系统升级
的进程。民族的尊严要靠对人
类文明的贡献来支撑。从长远
的观点看问题，机遇往往垂青
于勤奋而有准备的人们。
2010-5-16 张星元：发酵原理 43
复 习 题
1.试述生命的含义。
2.与其他细胞生物相比较微生物的生命
活动有何特点？
3.试述工业发酵的范畴。
4.本课程将着重讨论那三个基本假说？
5.天然的微生物细胞与发酵工厂的微生
物生物机器在价值取向上是否一致？
6.怎样理解人类与微生物的合作？
7.如何认识研究发酵原理任重而道远？
绪 论
2010-5-16 张星元：发酵原理 2
请带着以下问题听课：
1.发酵原理课程的沿革 。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
3.研究大千世界从何入手？
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
5.怎样认识微生物生物机器？
6.知己知彼是主动合作的基础。
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 3
绪 论
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
科的发展，以及分析、检测技术的成熟，
工业发酵正在从技艺走向科学，我国大
学的发酵工程专业正在融入生物工程专
业。 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
技术界的广泛重视。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 4
我校 发酵工程学科 是我国最早设
立发酵工程学科，至今已有 50年历史。
该发酵工程学科为全国发酵工程专业
中唯一的国家重点学科点，国内首批
硕士学位授予点，国内最早建立的两
个发酵工程博士点之一，是国内首批
轻工博士后流动站的主要成员单位；
是教育部批准建设的 36个, 国家生命
科学与技术人才培养基地, 之一。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 5
《发酵原理》课程 经过三十多年
的酝酿，将近八年的建设（从理论建
设到课程建设到教材建设到师资队伍
建设），已成为我校生物工程学院创
建的生物工程专业 特色课程 。 随着对
工业发酵的生物学属性的认识的深入，
《发酵原理》课程在 生物工程专业课
程体系中的核心地位 越来越明显了。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 6
发酵原理课程既不同于细胞
学，又不同于工艺学，它从发酵
工业的现状出发，从生物学的视
角,自成体系地 展开工业发酵的
科学道理,自然而然 地在基础课、
专业基础课和专业课之间 架起桥
梁,从而为专业知识的学习提供
一个 较高的起点 。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 7
发酵原理课程旨在提高相
关专业本科学生的 科学素养,
特别是生物科学和工程学的素
养，为我国生物工业的腾飞培
养能与国际先进水平接轨的、
有超越潜力 的人才。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 8
发酵原理课程将在科
学的水平上 重新审视 发酵
工程，从生物科学和工程
学的角度 系统地讨论发酵
工程的核心理论。
1.发酵原理课程的沿革
2010-5-16 张星元：发酵原理 9
微生物是工业发酵的
,灵魂, 。 这句话强调微
生物在工业发酵中的 关键作
用,以及工业发酵与工业化
学过程、工业生物化学过程
的不同属性。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 10
在 工业化学 过程中 没有生
物活性物质 参与催化,所用催
化剂也是无机物。 工业生化 过
程属于由 酶催化的体外酶反应
过程,酶具有生物活性。当酶
失活、辅酶耗尽，过程就停止
了。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 11
工业发酵过程是由活细胞参与的
生命活动过程，没有微生物活细胞就
没有工业发酵。 微生物活细胞具有生
物能转换、辅酶再生,代谢的自动调
节等机制，这个过程原则上可以进行
到基质原料耗尽或因代谢产物在细胞
外累积造成环境极度恶化而影响微生
物生存之时。
2.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2010-5-16 张星元：发酵原理 12
生命体，包括非细胞生物（ 譬
如病毒）和细胞生物（微生物、植物、
动物）都处于高度有序的状态，而这
种 高度有序的状态的建立和维持需要
生物可以直接利用的能量 —— 代谢能。
代谢能从哪里来？只能从其他形式的
能量转化而来，不同的细胞生物有不
同的转化方法，这取决于它们各自的
生存方式。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 13
工业发酵要依靠 微生物 的
生命活动。 我们该怎样认识 微
生物细胞 呢？微生物细胞与其
他生物细胞有什么不同的地方
呢？在工业发酵过程中，人类
与微生物细胞发生什么样的关
系呢？
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 14
真核细胞
原核细胞
电镜
微 生 物 的 相 对 大 小
肉眼
光学显微镜
病毒
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 15
1,体积小；
2,种类多；
3,分布广；
4,繁殖快；
5,便于培养；
6,容易发生变异；
7,人工培养不受季节、地域的限制
独
立
存
在
自
主
生
存
微 生 物 的 特 点
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 16
细胞
单细胞蛋
白（白色
食品，蓝
色食品）
生物转化
结构复杂的有
机产品（譬如
甾醇的生物转
化 )
细胞的产物
酶（如
葡萄糖
异构酶
等）
次级代
谢产物
（如抗
生素） 初级代
谢产物
（如氨
基酸）
能量代
谢副产
物（如
乙醇）
中心代
谢产物
（如柠
檬酸）
直接面向环境
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 17
工业发酵过程是 微生物群体 生
命活动的动态过程，这个过程是五
花八门、千变万化的。具体表现为
种种多样性，譬如微生物种群的多
样性、微生物营养类型的多样性、
微生物培养条件的多样性、目的产
物的多样性、微生物生长与目的产
物生成的偶联方式的多样性等等。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 18
世界真奇妙，生物世界真奇妙，微
生物世界真奇妙，工业发酵真奇妙！奇
妙是客观存在的,面对如此奇妙是客观
存在，必须找到研究的出发点,才有可
能发现世界某一局部运行的规律，然后
再一步步地把研究推向深处。 发酵原理
的研究要落到实处就必须确定研究的出
发点（发酵的类群）,以及研究的具体
载体（微生物菌种和对应的产物）。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 19
研究的定位：
1.对现状的感性认识，
2.对现状的理性认识，
3.研究出发点的确定；
4.研究的逐步深入，
5.事物本质的揭示；
6.研究的范围的扩展 ……
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 20
最常见的工业发酵一般符合以下条件：
1.生产菌种属于化能异养型微生物，
2.目的产物属于初级代谢产物，
3.单一的目的产物在细胞内生成后被
分泌到细胞外。
在这门课程里，我们把符合以上
条件的工业发酵类群叫做 典型的工业
发酵 。对工业发酵的研究就从它开始。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 21
这主要是因为 化能异养型微生
物的代谢 与高等生物细胞的代谢有
较多的相似之处，特别是 从碳元素
的代谢入手 有较好研究基础； 从排
出细胞的单一的初级代谢产物的生
产 入手，不但可以简化代谢网络的
层次性，而且有利于建立从主要碳
源到目的产物的计量关系。
3.研究大千世界从何入手？
2010-5-16 张星元：发酵原理 22
工业发酵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
以上认识的基础上，我们提出了 微生
物（化能异养型微生物）细胞生命活
动的三个基本假说，并要把它们作为
本课程的核心内容来讨论。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 23
微生物生命活动的三个基本假说：
① 代谢能支撑假说,微生物细胞
生命活动的驱动原理（微生物能学）
② 代谢网络假说,代谢网络与代
谢物流图（微生物第二解剖学）
③ 细胞经济假说,细胞经济运行
与生存保障原理（细胞经济学）。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 24
代谢能支撑假设挑明了微生物
生命活动的前提，即微生物细胞 代
谢能的持续供应问题 ；代谢网络假
设梳理了微生物生命活动的内容，
具体化了微生物细胞的能量、物质
的转化关系 ；细胞经济假设揭示微
生物生命活动的经济管理原则，这
些原则是 人和微生物合作成功的基
础。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 25
ATP
ATP酶
呼吸链
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 26
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 27
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 28
分泌能量代谢的副产
物 （乙醇、乳酸等）
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
分泌生物大分子的前体
（氨基酸、核酸等）
分泌生物大分子（酶
、微生物多糖等）
碳架 ATP
结构单位
4.怎样对抽象的
问题进行形象思
维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 29
从对工业发酵的现状的分析和
梳理，到典型的工业发酵的界定，
是一个从一般到特殊的认识过程。
我们以典型的工业发酵为研究
的出发点，研究工业发酵，并期望
建立一个从特殊到一般的认识，找
到工业发酵的普遍规律。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 30
运用这三个基本假设来分析
典型的工业发酵，提出了：
1,为工业生产服务的 若干推理
2,工业发酵的 微生物细胞机器的
工作模式
3,工业微生物代谢的,五段式”
4,工业发酵的,五字策略” 。
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
2010-5-16 张星元：发酵原理 31
微生物细胞是发酵工厂最重要的机器
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微生物细胞机器的工作模式
Working pattern of cell-machine
in Industrial Fermentation
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
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N PP
进 出通 节 堵
菌种选育和工艺控制的“五字策略”
4.怎样对抽象的问题进行形象思维？
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现代发酵工程依靠微生物来完成发
酵工厂生产线上的必不可少的加工（或
转化）步骤，在这个意义上，微生物细
胞就是工业发酵生产线上特殊机器 ——
细胞机器 。细胞机器与普通意义上的机
器不同,细胞机器必须 由代谢能直接驱
动。 在发酵工厂的生产线上，微生物细
胞机器必须完成, 在线制造, 和,生
产运行”的双重任务。
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 35
“微生物细胞”是生物学的概
念；“微生物细胞机器”是工程学
的概念。 菌种微生物细胞是对应的
发酵产物的细胞机器，因此是 有工
业生产个性 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，因此天然的微生物具有成
为微生物细胞机器的 潜在能力 。
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 36
微生物细胞在发酵工业上
以细胞机器的身份出现时，必
须体现 人的意志 。然而，
,微生物细胞机器, 的微生
物属性决定了它必须按 微生物
细胞固有的经济管理原则 运行 。
如果两者 不一致怎么办？
5.怎样认识微生物生物机器？
2010-5-16 张星元：发酵原理 37
人和微生物同是地球
上的居民，在理论上处于
平等的地位，微生物没有
为人类服务的义务。人贵
有自知之明，因为人有思
想。
6.知己知彼是主动合作的基础。
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千千万万年的物竞天择早已决定
了微生物的价值取向；在工业发酵中，
人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,为了引
导微生物为我们服务，人必须 发挥主
观能动作用,遵循并灵活应用这些原
则,正确处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。
6.知己知彼是主动合作的基础。
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发酵原理是工业发酵的生物学原理
的简称。 它研究工业微生物在生长、繁
殖与发酵过程中的 正常代谢与异常代谢
规律，探索关于提高发酵法工业生产能
力的应用原理，探索关于开发工业发酵
新原料、新产品、新工艺的理论根据，
是生物工程领域生物学理论的重要组成
部分。它在生物工程领域的作用将随着
它自身的不断完善而发挥不可替代的愈
来愈重要的作用。
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 40
发酵原理的研究刚刚开
始，以全新的思路研究发酵
科学和发酵工程，前程远大。
发酵原理的研究有待于深入、
完善和扩展。需扩展的领域
是显而易见的，主要是以下
几方面：
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 41
1.微生物 营养类型 的扩展
2.不同 元素 的代谢的扩展
3.不同 代谢层面 的扩展
4.原料 与目的 产物 的扩展
5.原料群 和 产物群 的扩展
7.发酵原理的研究方兴未艾。
2010-5-16 张星元：发酵原理 42
确立中国发酵学科的自尊，
加速我国发酵学科的系统升级
的进程。民族的尊严要靠对人
类文明的贡献来支撑。从长远
的观点看问题，机遇往往垂青
于勤奋而有准备的人们。
2010-5-16 张星元：发酵原理 43
复 习 题
1.试述生命的含义。
2.与其他细胞生物相比较微生物的生命
活动有何特点？
3.试述工业发酵的范畴。
4.本课程将着重讨论那三个基本假说？
5.天然的微生物细胞与发酵工厂的微生
物生物机器在价值取向上是否一致？
6.怎样理解人类与微生物的合作？
7.如何认识研究发酵原理任重而道远？
