張星元:發酵原理電子講義附錄1 13 industrial fermentation should be predicted. The theory of industrial fermentation put forward in this paper consists of the three descriptive hypotheses and three predictions Key words: the hypothesis of bioenergy support; the hypothesis of metabolic network the hypothesis of cell economy biola principles of Industrial fermentation metabolic engineering microbial biotechnology 0引言 隨著生物化學丶細胞生物學丶應用分子生物學丶遺傳工程和 代謝工程的發展’工業發酵正在發生一個從技藝到科學的重大變 化’正在向微生物生物工程過渡。在生物工程受到廣泛重視的今 天,有必要把微生物(菌種選育)丶工業微生物學過程(發酵工 藝)和工業微生物學體系(生物反應器)作爲一個整體’在科學 的水平上對工業發酵進行重新審視。 1工業發酵的基本模式 1·1工業發酵理論研究的起點 認真觀察當今發酵工業的現狀’可知∶①大多數的發酵法工 業生產的生產菌種一般均屬於化能異養型微生物叫,工業發酵 產品大多數是從發酵液中提取的微生物細胞的胞外產物,③工業 發酵的目的產物和主要原料一般是有機仁合物。工業發酵原理的 硏究是從這個基礎水平上開始的。 1·2工業發酵的基本模式 爲了研究的方便,必須對 複雜而多樣的工業發酵進行合 工业发酵的基本模式 理的簡化。假定工業發酵依靠 仁能異養型微生物的代謝來獲 得微生物代謝的胞外產物,把 研究的重點放在含碳架的化合 Basic pattern af industrial fermentation 物的代謝(碳代謝)上’經抽 象思維,則可爲工業發酵建立 以微生物活細胞爲中心的基本 圖1工業發酵的基本模式 模式∶⑩培養基中的有機營養物質跨膜進λ微生物活細胞’◎微 生物紐胞的代謝促成工業發酵的目的產物在細胞內生成’③在細 胞內生成的目的產物跨膜排放到培養介質中也就是說’能源化 合物進入細胞’經過代謝轉換·以一種變仳了的形式輸岀。細胞 結構與維持行使細胞功能的有序狀態則是靠消耗能量來保證的張星元：發酵原理電子講義 附錄 1-3 13 industrial fermentation should be predicted. The theory of industrial fermentation put forward in this paper consists of the three descriptive hypotheses and three predictions. Key words: the hypothesis of bioenergy support； the hypothesis of metabolic network；the hypothesis of cell economy； biological principles of Industrial fermentation ； metabolic engineering ； microbial biotechnology 0 引言： 隨著生物化學、細胞生物學、應用分子生物學、遺傳工程和 代謝工程的發展，工業發酵正在發生一個從技藝到科學的重大變 化，正在向微生物生物工程過渡。在生物工程受到廣泛重視的今 天，有必要把微生物（菌種選育）、工業微生物學過程（發酵工 藝）和工業微生物學體系（生物反應器）作爲一個整體，在科學 的水平上對工業發酵進行重新審視。 1 工業發酵的基本模式 1．1 工業發酵理論研究的起點 認真觀察當今發酵工業的現狀，可知：○1 大多數的發酵法工 業生産的生産菌種一般均屬於化能異養型微生物 [1]，○2 工業發酵 産品大多數是從發酵液中提取的微生物細胞的胞外産物，○3 工業 發酵的目的産物和主要原料一般是有機化合物。工業發酵原理的 研究是從這個基礎水平上開始的。 1．2 工業發酵的基本模式 爲了研究的方便，必須對 複雜而多樣的工業發酵進行合 理的簡化。假定工業發酵依靠 化能異養型微生物的代謝來獲 得微生物代謝的胞外産物，把 研究的重點放在含碳架的化合 物的代謝（碳代謝）上，經抽 象思維，則可爲工業發酵建立 以微生物活細胞爲中心的基本 模式：○1 培養基中的有機營養物質跨膜進入微生物活細胞，○2 微 生物細胞的代謝促成工業發酵的目的産物在細胞內生成，○3 在細 胞內生成的目的産物跨膜排放到培養介質中。也就是說，能源化 合物進入細胞，經過代謝轉換，以一種變化了的形式輸出。細胞 結構與維持行使細胞功能的有序狀態則是靠消耗能量來保證的。 工业发酵的基本模式 Basic pattern of industrial fermentation 圖 1 工業發酵的基本模式