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现代生物技术导论
结课论文
微生物发酵工程的原理及其应用
摘要：本文着重讨论了现代生物技术中的微生物发酵技术的原理以及在医药行业和食品行业中的广泛应用，利用一些实例深入浅出的讨论微生物发酵原理及应用等相关内容，使我们对发酵技术在中药领域和饲料工业的应用有更深入的认识。
关键词：发酵工程；中药；饲料；应用
正文：微生物是生物的一大类，包括细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、螺旋体、立克次体、支原体、衣原体、病毒、类病毒、原生动物及单细胞藻类等。它们是一群形体微小、构造简单的生物，遍布于土壤、水、空气、各种有机物及生物体内外，其特点是繁殖快，具有多种多样的生命活动类型。而微生物可以产生丰富的酶系， 在温和的条件下有非常强大的分解转化物质的能力，并能产生丰富的次生代谢产物，因此利用微生物的特性我们逐渐开展起来了微生物工程又称微生物发酵工程，它是指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术生产有用物质，或直接应用于工业化生产的一种技术体系。它主要包括菌体的生产和应用，微生物代谢产物的生产，微生物机能的利用以及菌种的选育和保藏等技术。20 世纪70 年代以来，它已与基因重组、细胞融合、蛋白质工程等新技术相结合，开展成为现代微生物发酵工程， 并形成了抗生素、酶制剂、维生素及氨基酸等新产业。
一、微生物发酵工程原理
微生物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。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。从生物科学的角度重新审视发酵工程， 发现发酵工程最根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根底上。因此， 发酵工程的生物学原理是发酵工程最根本的原理，并且可以把它简称为
“发酵原理〞。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根本假说〕。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。这个假说表达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。这个假说表达了生命活动的整体性、流动性、层次性。细胞经济假说〔生命活动的法那么，控制〕揭示细胞经济的运行原理，它们表达了细胞代谢活动的自主性。
以面包制作过程中的发酵过程为例谈谈发酵原理。面包在制作的过程中首先需要面团的发酵，而面团发酵主要是依靠酵母的大量繁殖， 产生大量的二氧化碳气体，促进面团体积的膨胀。面团发酵的过程是一系列物理、化学变化的过程， 它使面团变得柔软、延展性好， 发酵所产生的气体均匀分布在面团中， 使面包的组织结构疏松多孔； 面包发酵的过程中，产生各种生成物，使面包具有诱人的芳香风味。在各种生物酶的作用下， 面团中的双糖和多糖转化成糖