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微生物生理学严格定义的“发酵”:
有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程统称为生物氧化。
微生物生理学把生物氧化区分为呼吸和发酵,呼吸又可进一步区分为有氧呼吸和无氧呼吸。因此,发酵是生物氧化的一种方式。
发酵是这样一种生物氧化方式:在没有外源终电子受体的条件下,化能异养型微生物细胞对能源有机化合物的氧化与内源的已经经过该细胞代谢的有机化合物的还原相耦合,一般并不发生经包含细胞色素等的电子传递链上的电子传递和电子传递磷酸化,而是通过底物激酶的底物水平磷酸化来获得代谢能atp;能源有机化合物释放的电子的一级电子载体nad,以nadh的形式直接将电子交给内源的有机电子受体而再生成nad,同时将后者还原成发酵产物不完全氧化的产物。
细胞中的nad是有限的,如果作为一级电子载体的辅酶nad不能得到再生,就不能被回用,有效的电子载体就会愈来愈少,脱氢反应就不能持续进行下去了。因此辅酶nad的再生是生物氧化包括发酵继续进行下去的---条件。
(2)工业生产上定义的发酵——“工业发酵”
工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业
利用秸秆发酵制成沼气
利用秸秆发酵制成沼气
生产均称为“发酵”。这样定义的发酵就是“工业发酵”。工业发酵要依靠微生物的生命活动,生命活动依靠生物氧化提供的代谢能来支撑,因此工业发酵应该覆盖微生物生理学中生物氧化的所有方式:有氧呼吸、无氧呼吸和发酵。
近百年来,随着科学技术的进步,发酵技术发生了划时代的变革,已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到,按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的新阶段。
(3) 词汇“发酵fermentation”
“发酵”这个词汇在生活中往往是人联想到发面制作大饼、油条、馒头、包子,或者联想到食品酸败物品霉烂。
“发酵”作为词汇其含义不但覆盖发面制作大饼、油条、馒头、包子,更重要的是指用发酵的手段工业化生产酒及酒精饮料、食品及食品添加剂、饲料及饲料添加剂、---、化工材料等等。
特点
发酵和其他化学工业的区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下:
,发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应安全,要求条件也比较简单。
2,发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主,只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—特性,可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
3,发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为单—的代谢产物。
4,由于生物体本身所具有的反应机制,能够专一性地和高度选
通风发酵池示意图
通风发酵池示意图
择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物。
5,一般情况下,发酵过程中需要---控制杂菌的产生。通常控制杂菌的方法是对设备进行严格消毒处理,对空气加热---操作以及尽可能的采用自动化的方式进行发酵。通常,如果发酵过程中污染了杂菌或者噬菌体,会影响发酵过程的进行,导致发酵产品的产量减少,---的,甚至会导致整个发酵过程失败,发酵产品被要求全部倒掉。
6,微生物菌种是进行发酵的---因素,通过变异和菌种筛选,可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用,甚至可以获得按常规方法难以生产的产品。
7,工业发酵与普通发酵相比,对于发酵过程的控制更为严格,对发酵技术要求更为成熟,并且能够实现-量产
基于以上特点,工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比,现---酵工程除了上述的发酵特征之外更有其---性。除了使用微生物外,还可以用动植物细胞和酶,也可以用人工构建的“工程菌来进行反应;反应设备也不只是常规的发酵罐,而是以各种各样的生物反应器而代之,自动化连续化程度高,使发酵水平在原有基础上有所提高和和---。
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