發(fā)酵學(xué)基本理論框架(編輯修改稿)
2025-08-14 10:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 和假說 3 成立，那么，進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)中的一部分將以胞外產(chǎn)物（包括物質(zhì)代謝中間產(chǎn)物和能量代謝副產(chǎn)物）和熱能的形式從細(xì)胞流失。 發(fā)酵原理 44 說明： 代謝中間產(chǎn)物是細(xì)胞的分子模塊，如果作為工業(yè)發(fā)酵的目的產(chǎn)物而從細(xì)胞抽出，將影響細(xì)胞的生長速度。能量代謝副產(chǎn)物不參與細(xì)胞組成，及時(shí)排出細(xì)胞有利于能量代謝的持續(xù)進(jìn)行。在細(xì)胞機(jī)器運(yùn)行的過程中，胞外產(chǎn)物（包括物質(zhì)代謝中間產(chǎn)物和能量代謝副產(chǎn)物）和熱能都要從總收入（進(jìn)入細(xì)胞的有機(jī)化合物）開支，從微生物細(xì)胞的角度來看是細(xì)胞資產(chǎn)的流失。 發(fā)酵原理 45 【預(yù)測 3】原料與產(chǎn)物的預(yù)測 如果預(yù)測 2和假說 2 成立，那么代謝網(wǎng)絡(luò)中任何一種中間產(chǎn)物，包括借助生物學(xué)、化學(xué)方法可與代謝網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)的任何一種有機(jī)化合物，都有可能被開發(fā)成為工業(yè)發(fā)酵的原料或目的產(chǎn)物。 發(fā)酵原理 46 說明： 物質(zhì)代謝和能量代謝是同一過程（代謝過程）的兩個方面：生物體賴以生存的代謝能的轉(zhuǎn)化寓于物質(zhì)轉(zhuǎn)化（微生物細(xì)胞自主解決代謝能問題）之中；代謝網(wǎng)絡(luò)假設(shè)把代謝形象化為一個虛擬的網(wǎng)絡(luò) —— 新原料、新產(chǎn)品開發(fā)的藍(lán)圖。 發(fā)酵原理 47 代謝網(wǎng)絡(luò)中任何一種中間產(chǎn)物原則上都可能開發(fā)成工業(yè)發(fā)酵的新原料或新產(chǎn)品；如果希望使用的有機(jī)原料或希望生產(chǎn)的產(chǎn)品（有機(jī)化合物）不能在代謝網(wǎng)絡(luò)上找到，按計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)的思路，借助生物學(xué)（代謝途徑聯(lián)網(wǎng)）、化學(xué)方法（化學(xué)反應(yīng)聯(lián)網(wǎng)）使目標(biāo)化合物（原料或產(chǎn)品）與微生物的代謝網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)，最終可能被開發(fā)成為工業(yè)發(fā)酵的原料或目的產(chǎn)物。這就是由聯(lián)網(wǎng)引起的代謝網(wǎng)絡(luò)的延伸。 發(fā)酵原理 48 【預(yù)測 4】新的過程參數(shù)的預(yù)測 如果假說 1 成立，那么微生物生成和分泌的能量代謝副產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量的變化，所放出的熱量也將成為工業(yè)發(fā)酵過程的工藝控制的重要數(shù)量依據(jù)。 發(fā)酵原理 49 說明： 在供氧條件或營養(yǎng)條件發(fā)生變化的情況下，兼性厭氧微生物細(xì)胞內(nèi)脫氫酶的輔酶把它在脫氫反應(yīng)中接受的電子轉(zhuǎn)交給內(nèi)源的電子受體，生成能量代謝副產(chǎn)物排出細(xì)胞，同時(shí)輔酶自身得到再生，再生后又可回用于下一輪的脫氫反應(yīng)，從而使用能量代謝繼續(xù)進(jìn)行下去。因此，胞外能量代謝副產(chǎn)物的種類和濃度的變化，以及群體細(xì)胞所放出熱量的變化能夠反應(yīng)細(xì)胞代謝狀況的變化。 發(fā)酵原理 50 以往，因?yàn)榇x方面的知識的不足，也因?yàn)槭軝z測儀器和方法的限制，對有關(guān)的能量代謝副產(chǎn)物在線檢測和記錄工作沒有跟上。預(yù)測在不遠(yuǎn)的將來，這種情況會的到改善。乳酸、乙酸、 TCA環(huán)的某些羧酸的濃度，以及所放出熱量的變化可能成為新的發(fā)酵過程參數(shù)。 發(fā)酵原理 51 【預(yù)測 5】細(xì)胞機(jī)器的預(yù)測之一 （ 細(xì)胞機(jī)器 的推出 ） 如果預(yù)測 2和假說 3 成立，那么根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)對目的產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量分布的要求，借助菌種改良和發(fā)酵工藝控制，可以對微生物細(xì)胞的代謝進(jìn)行有目的的導(dǎo)向，調(diào)整微生物細(xì)胞合成和分泌目的產(chǎn)物的種類和產(chǎn)量分布，從而使微生物細(xì)胞成為工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)線上的生物機(jī)器 —— 細(xì)胞機(jī)器。 發(fā)酵原理 52 說明：關(guān)于細(xì)胞機(jī)器 詳細(xì)介紹。 發(fā)酵原理 53 【預(yù)測 6】細(xì)胞機(jī)器的預(yù)測之二（細(xì)胞 機(jī)器的監(jiān)測） 如果預(yù)測 5 和假說 3成立，微生物細(xì)胞作為發(fā)酵工廠生產(chǎn)線上不可缺少的細(xì)胞機(jī)器，其數(shù)量和質(zhì)量對于工業(yè)生產(chǎn)的效率至關(guān)重要。因此，不論是液體發(fā)酵法生產(chǎn)還是固體發(fā)酵法生產(chǎn)，都有必要監(jiān)測細(xì)胞數(shù)（或菌絲體的量）和細(xì)胞生理狀態(tài)。 發(fā)酵原理 54 說明： 工業(yè)發(fā)酵依靠微生物細(xì)胞群體的代謝活動。工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)率是細(xì)胞機(jī)器群體的共同貢獻(xiàn)。細(xì)胞機(jī)器的數(shù)量和質(zhì)量（生產(chǎn)效率）不應(yīng)該混為一談，應(yīng)該分別監(jiān)測。因此就有必要建立相應(yīng)的監(jiān)測方法和生產(chǎn)效率考核方法，而生產(chǎn)效率的考核必須與細(xì)胞數(shù)量掛鉤。 發(fā)酵原理 55 【預(yù)測 7】細(xì)胞機(jī)器的預(yù)測之三（ 細(xì)胞機(jī)器 的控制 ） 如果預(yù)測 5 和假說 3 成立，除了與生長高度偶聯(lián)的工業(yè)發(fā)酵外，應(yīng)區(qū)別對待工業(yè)發(fā)酵過程中細(xì)胞增殖（細(xì)胞機(jī)器制造）階段和目的產(chǎn)物合成（細(xì)胞機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)）階段，建立與不同階段相應(yīng)的工藝規(guī)程，并提供可執(zhí)行此規(guī)程的設(shè)備條件，為兩個階段之間的代謝的平穩(wěn)過渡和生產(chǎn)任務(wù)的完成提供保證。 發(fā)酵原理 56 說明： 工業(yè)發(fā)酵中細(xì)胞機(jī)器的控制是個很復(fù)雜的問題。要根據(jù)微生物細(xì)胞的代謝來制訂發(fā)酵生產(chǎn)的工藝規(guī)程，執(zhí)行工藝規(guī)程還需有配套的設(shè)備。這里涉及到細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究、代謝工程的研究和發(fā)酵新設(shè)備的研究。工業(yè)發(fā)酵生物學(xué)屬性的發(fā)現(xiàn)和肯定，將會使 21世紀(jì)的工業(yè)發(fā)酵向生物學(xué)靠攏，在化學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)的共同支撐下，成為生物工業(yè)名副其實(shí)的開路先鋒。 發(fā)酵原理 57 【預(yù)測 8】擴(kuò)大能量流失的預(yù)測 如果預(yù)測 2 和假說 3 成立，那么，就有可能借助于菌種改良和培養(yǎng)條件的控制，對細(xì)胞的代謝進(jìn)行有限的導(dǎo)向，擴(kuò)大代謝過程中能量的流失，實(shí)現(xiàn)生物降解與細(xì)胞增長的 “ 脫鉤 ” ，從而限制有機(jī)廢水凈化的過程中微生物細(xì)胞的增殖。 發(fā)酵原理 58 說明： 如果在物競天擇的基礎(chǔ)上建立的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系是微生物細(xì)胞生存的保障體系的話，反其意而用之，就有可能借助于菌種改良和培養(yǎng)條件的控制，通過對細(xì)胞的代謝的有限的導(dǎo)向，譬如，擴(kuò)大代謝過程中能量的流失，以求生物降解過程與細(xì)胞群體增
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