1、 歡迎大家與我一起研討生物工藝學！ 也許我們會走些彎路甚至犯些錯誤，在追求真理的道路上，我們無疑將留下真知！一 些 觀 點教學（ 教育 educe , education ）要靠師生合作, 教師率眾達標。2. 本領靠自己學會，不是靠教會的。3. 教學相長。（禮記學記：學，然后知不足；教，然后知困。 知不足，然后能自反也；知困；然后能自強也。）4. 端正教與學的態度，放下包袱，輕裝前進。（孔子：三人行，必有我師。）（韓愈：弟子不必不如師，師不必賢于弟子，聞道有先后，術業有專攻，如是而已。）5. 不怕難（勇敢），難不怕（沉著），怕不難（老練）。6. 追求真理，必須有寬廣的胸懷。（民謠：這獎那獎，不

2、如群眾的夸獎；這杯那杯，不如群眾的口碑。）7. 教師的人格力量，學生的堅強意志，是青出于藍而勝于藍的保證。（陶行知：千教萬教，叫人求真；千學萬學，學做真人。） 希望你們今后能成為有科學素養的人，能成為具有解決即將面臨的種種難題的能力的新一代。科學研究和科學方法生物工藝學課前講座 科學方法是用來解決難題的程序，或者說是用來逐步理解某些自然現象（包括用來檢驗難題的可能答案的自然現象）的程序。 科學方法是獲得關于大自然信息（知識）的這樣一類方法：首先提出可能解決問題的方案，然后通過嚴格的試驗確定這些解決方案是否有效（有意義、令人信服、可靠、滿意、得到公眾認可）。科學方法的使用，以如下假定為前提： 在

3、自然界觀察到的事件都有其發生的原因； 事件的原因是可以找到的； 自然界發生的事件可以用一般規律或模式來描述；重復發生的事件可能有同樣的原因；一個人能做到的實驗結果，別人也能重復； 基本的自然規律的應用與事件發生的地點、時間無關。 例如：閃電打雷事件。我們大家都觀察到閃電必有雷聲伴隨，根據以上假定，應該有一種解釋可以說明所有的閃電打雷事件，不論它們發生在何時何地，并且所有的人對這種事件都可以得到同樣的觀察結果。我們從科學的觀察和試驗知道，閃電起因于云塊之間的電荷差，閃電同樣遵循靜電試驗觀察到的一般規律；并且，已經測試過的所有的閃電，不論是何時何地發生的，都是由同樣的原因引起的。 要區分僅僅是，是

4、相關（一起發生）的情況，還是相關而且表現因果關系的情況。如果一個事件的發生是前一個事件的直接結果，這兩個事件之間就存在因果關系。許多事件是相關的，但并不是所有的相關都表現因果關系。例如，閃電和雷聲相關而且具有因果關系。然而，要確定秋季和樹木落葉之間的關系就比較困難。 因為秋天帶來了低溫，許多人就以為低溫是樹葉變色和下落的原因。事實上，這兩個事件只是相關，并不存在因果關系。樹木發生變化的原因是秋天日照時間的縮短。在溫室里進行的試驗顯示，人為地縮短日長，將引起樹木落葉，盡管溫度并沒有變化。知道了因果關系的存在，就有可能預言，如果存在同樣的一套環境條件，將會有什么的事件發生。 科學方法需要系統地搜索

5、和研究信息，并且持續不斷地核對、再核對，看早先的觀點是否仍然得到新信息的支持。如果不能得到新的證據的支持，就應該拋棄或改變早先的觀點，科學的觀點要經受不斷的重新評價，批評和修正。 科學方法涉及幾個重要的、可以識別的組成部分：包括小心的觀察；假說的構建和檢驗；新信息和觀點的公開，即自愿提交自己的觀點，以接受他人的審查。 然而，科學方法并不是一成不變的。下圖顯示科學方法的步驟，用來說明科學研究怎樣完成從最初的問題到理論和定律的導出。觀察設問提出假說檢驗假說修改假說導出新的科學理論或者定律與當今理論或定律相符交流觀察設問（提出問題） 多方求索 假說的構建對假說的檢驗理論和定律的導出交流 小結 觀察

6、科學的質詢常常始于對于重復發生的事件的觀察。觀察就是用我們的感覺（看、聽、聞、辨味、觸摸）或感覺的延伸（顯微鏡、望遠鏡、攝像機、錄音機、X-光、溫度計等等）來紀錄事件。觀察要比不經意的感知更深入一些。 你可能聽到一種聲音或者看到一個物象，然而并沒有真正地進行觀察。你聽到商業街播放音樂嗎？你當然聽到了，但是如果你不知道播放的是什么樂曲，那么你并沒有進行觀察。如果你留心去觀察所播放的音樂，你就能識別它。我們談到觀察，指的是對事件的小心的、動腦筋的認辨，并不僅僅是不經意的注意到。我們要自我訓練以改進觀察技能，因為在科學方法的每一部分，小心的觀察都是重要的。 通過對事件的直接觀察獲得的信息叫做經驗的證

7、據，經驗的證據能夠被進一步的觀察證實或推翻。如果事件只發生一次，或者說不能夠人為地重復，那么就不可能用科學的方法獲得關于這個事件的進一步的信息，就不可能對這個事件做出科學的解釋。設問 得到更多關于某事件經驗的證據后，應該就該事件開始醞釀并準備提出問題。如，該事件是怎樣發生的？該事件是由什么引發的？ 該事件什么時候再次發生？能控制該事件使它對我們有利嗎? 問題的形成并不如想象那么簡單，因為提出問題的方式將決定你怎樣去回答它們。問題太大太復雜不可能做出回答；因此，要在以正確的方式提出問題上狠下功夫。在某些情況下，這可能是科學方法中最消耗時間的部分；正確的設問對于你期望的答案是關鍵。 打個比方，你觀

8、察到的貓捕捉、咬死和吃老鼠的現象，就可能以幾種不同的方式設問（這兩套問題希望得到相似的信息，即為什么會發生貓捉老鼠的現象 ）：1a是不是貓喜歡吃鮮活的老鼠肉？（實 驗范圍寬而不定）1b如果要在鮮活的老鼠肉和罐頭貓食之 間作選擇，貓會挑選哪一種？（易實 驗）2a是什么因素刺激貓去捉老鼠？（實驗 范圍寬而不定）2b貓只有在感到饑餓的時候才去捉老鼠 嗎？（易實驗） 顯然，通過實驗回答1b和2b比1a和2a容易得多，多方求索 一旦已對設問 （ 提出什么問題）做出決定，就開始搜索其他的知識來源，以獲得更多信息。也許這個問題已被其他人回答，或者幾種可能的回答已經被否定。知道其他人已經做了些什么，可以節約時

9、間和精力。 這個過程（多方追求探索）通常包括閱讀適當的科學文獻，上網搜索信息，或者與對同樣的研究領域感興趣的朋友們的聯系。即使對這個問題沒有現成的答案，科學文獻和其他同行專家或研究伙伴們也能夠提供一些有利于解決問題看法和意見。 經過適當的文獻探索后，就要做出是否繼續探索下去的決定。如果我們仍然對這個問題感興趣，就可以構建一個正式的假說，質詢的過程將在一個新的水平上繼續下去。假說的構建 假說是一種這樣的陳述，它對問題提供一種可能的回答，或者對能夠進行實驗的觀察做出解釋。 一個好的假說必須是：符合邏輯的； 能對當今可以搜集到的所有有關信息做出解釋的； 根據此假說可以預測 （ 與所問的、可以試驗的問

10、題有關的 ）未來事件。 此外， 如果有幾個假說可供選擇， 應該采用假定條件最少的、最簡單的假說。 假說的形成需要進行文字的推敲和理性的深化。 如果假說不能夠對設定條件下觀察到的所有事實做出解釋，就會令人生疑，并且可能最終懷疑你的工作的有效性。 如果假說不是可檢驗的或者沒有得到試驗結果的支持，那么由這樣的假說所做出的解釋是不可靠的，不過是推想或臆測而已。 假說是建立在觀察和其他知識源泉的基礎上的， 并且可以預言在特定的條件下某一事件將怎樣發生。 我們要通過檢驗假說的預測能力，審查該假說是否正確。 如果假說是不正確的，就把它否定掉，并必須構建新的假說。然而，你若不能證明假說不成立，這或許會增強你對

11、該假說的信心，但并沒有證明該假說在任何時候任何場合都是正確的。科學始終容許對某些觀點的懷疑，容許新觀點取代原有的觀點，新的觀點應該能夠更加全面地描述某特定的場合發生的事件。這種吐故納新的情況的出現，也許是因為你還沒有想到的另一個假說能對發生的事件做出更完善的解釋，或者因為你沒有進行適當的觀察而不能覺察你原來的假說是錯誤的或片面的。 假說（hypothesis）指的是對某一類事物提供的可能的解釋，未經實驗證實，或沒有完全地經過實驗證實，但可作為推理的基礎，實驗的指南，或作為從已知事實作進一步研究的出發點；并且在未來的時間很可能上升為理論或定律。對假說的檢驗 假說的檢驗可采用幾種方式: 1. 可以

12、僅僅是從已經存在的各種各樣的信息源搜集有關的信息。 例如，如果你訪問一個墓地，從閱讀墓碑觀察到，異常多的不同年齡的人在同一年去世。你可能會假說那年曾發生傳染病或者天災，造成許多人的死亡。查閱當時的新聞報可能是檢驗這個假說的一種好的方式。 2. 可以單單通過進一步的觀察來檢驗假說。例如，如果你假說一種鳥利用樹的空穴建巢，你就去觀察幾個屬于這個種的鳥，并且紀錄它們建巢的地方和巢的種類。 3.通常用于檢驗假說的方法是設計一個實驗。實驗是指對事件或存在的再創造（recreation）。通過對實驗的分析，確定堅持、修正或拋棄假說。 進行實驗會遇到困難，因為一個具體的事件可能包含大量的獨立事件（叫做變量）

13、。 例如鳥鳴的發生，就可能涉及鳥的神經系統和肌肉系統的許多活動，可能因為鳥受到多種環境因子的刺激。要弄清涉及鳥鳴的諸多因素似乎是不可能完成的任務。為了排除這些繁雜的因素，科學家們利用叫做對照試驗（a controlled experiment）的手段。 對照試驗要求我們構建一種只有一個變量的條件試驗。而且這個變量可以操縱或改變。一個典型的對照試驗分兩個（或多個）組進行，只有一個組對指定的變量不按特定的方式操作，另外的一個（或多個）組則按特定的方式操作。對指定變量沒有操縱的試驗組叫做對照組，另外的一個（或多個）組叫做實驗組。正交分析 涉及鳥鳴發生的情況可被分解成許多簡單的問題。諸如，公鳥、母鳥都

14、會鳴叫嗎？鳥兒一年四季都會鳴叫嗎？鳥兒的鳴叫聲在任何情況下的都是一樣的嗎？是不是有的鳥兒比其他的鳥兒叫得更多？鳥兒在什么情況下開始鳴叫，在什么情況下停止鳴叫？每一個問題都將為假說的構建提供能被實驗檢驗的基礎；每一個試驗將為鳥鳴產生的全過程的某一部分提供信息。 例如，為了檢驗 “ 睪丸產生的雄性激素參與刺激公鳥鳴叫 ” 的假說，就可以這樣進行實驗：把用于實驗的公鳥分成兩組，其中一組鳥除去睪丸，為實驗組；另一組鳥保留睪丸（正常發育），為對照組。 實驗中，由我們操縱的 “ 有或沒有睪丸 ” 這個變量，叫做自變量。公鳥的鳴叫行為叫做應變量，因為如果性激素是重要的，觀察到的鳴叫行為的變化將取決于公鳥有或

15、沒有睪丸（對應的自變量）。 在實驗中，只能有一個自變量，并且期望應變量作為自變量操縱的直接結果而發生變化。 實驗以后，對獲得的數據（事實）進行分析。 如果這兩個組的鳥在鳴叫方面沒有什么差別，我們就能推斷自變量與應變量（鳴叫）之間沒有明顯的因果關系。然而，如果存在差別，自變量的變化很可能是對照組和實驗組間發生差別的原因，在這個實驗條件下，睪丸的除去確實改變了鳥兒鳴叫的行為。 我們往往不輕易接受單個的實驗結果，因為它可能存在一個或多個與實驗無關的隨機的事件影響了實驗結果，使人們誤認為有一種因果關系存在。 例如，去除睪丸的手術可能引起某些鳥生病或不舒服，鳴叫也就少了。 克服這個困難的一種方法是，給所

16、有的參加實驗的鳥進行同樣的外科手術，但只有一半鳥除去睪丸，而另一半作為對照的鳥仍保留睪丸。 只有當變量數為 1 時， 同樣的實驗能多次重復，而且實驗結果始終如一；實驗結果才被認可。 此外，我們常常對實驗結果應用統計檢驗，以便公平地判定實驗結果，看它們是有效的（有意義的、與其他知識相吻合的）、可靠的（重復地給出同樣的結果的）和顯示因果關系的；還是隨機事件的結果。 在實驗過程中，仍必須了解新的信息，并且提出能導致進一步實驗的新問題。 一個好的問題，能引出上百個新的問題和實驗。 華生（Watson ）和克里克（Crick）對 DNA 分子結構的發現導致成千上萬實驗，并且推動了整個分子生物學領域的發展

17、。同樣，人類基因組測序的成功必將導致成千上萬新的實驗和研究。 還有一個檢驗重大假說的方法是通過檢驗從假說做出的預測來檢驗假說。假說的預測 （ the predictions of a hypothesis ） 要經受進一步的觀察和實驗的檢驗，從預測的結果可以檢驗假說是否正確。在探索真理的過程中，這一步是關鍵性的一步。 科學家往往設計一些能證明假說錯誤的實驗，從另一個方向來分析假說的正確程度。通常不可能證明假說正確，因為從某些可供選擇的假說，可能做出同樣的預測，并且其中某個假說還沒有考慮到的可能性也經常存在。 例如，你已經有了一個關于太陽繞地球轉的假說，根據這個假說可以預測早晨太陽將從地球的一側

18、（ 如，東方地平線）升起，傍晚太陽將從地球的（ 如，西方地平線 ）一側消失。這個預測是正確的，但是這個假說是不正確的。一個可供選擇的假說，即地球繞太陽轉的假說，同樣可以做出這個推測，是正確的假說。 正因為如此，如果發現預測是正確的，只能說明做出這個預測的假說受到支持，但并不能證明它是正確的。與此成對照的是，如果發現預測是不正確的，假說就不可能是正確的。 通過對可供替代的假說（alternative hypotheses）的證偽（disproving），借助于消除的過程來逼近假說的真實性。一個假說只有經受所有的證偽（falsification）的考驗依然沒有被推翻，才被接納為相對的正確。 如果設

19、問和實驗的過程繼續下去，并且原來的假說和其他密切有關的假說連續不斷地始終如一地得到證據的支持，我們將開始考慮怎樣把這些假說和事實組合成一個廣泛適用的模式。完成這一步，理論就形成了。理論和定律的導出 理論是一種能被廣泛接受的、似乎真實的（相對真理）、能解釋事件為什么發生的基本科學觀念的概括和總結。 生物學理論的一個例子是疾病的生源說（the germ theory of disease）。這個理論指出，某些疾病是由能夠從一個個體傳遞到另一個個體的活的微生物引起的，叫做傳染病。當這些微生物在人體內繁殖時，它們的數目上升，引發疾病。 正如你所知，這是一個非常完全的陳述，這個陳述是多年觀察、設問、實驗

20、和資料分析的結果。這個疾病的生源說（理論）為傳染病的性質和對它們的控制方法提供了一個明朗的概觀。 因為我們也確信，這理論關于某種疾病為什么能從一個人散布到另一個人的解釋；所以我們采取極端的保護措施，如處理飲用水，外科手術時維持環境的無菌狀態等措施來防止微生物對人的感染，保護免疫系統減弱的人免受感染。 理論（theory）是已經實驗證實的、可以用來解釋有關事實、偶然事件或自然現象的原則，是根據客觀存在的普遍原理對事物做出解釋的思想體系。理論是一種廣泛的接受的觀念，理論為我們怎樣看世界和怎樣建立新的假說指出正確的方向。 一種理論的存在并不意味著檢驗的停止，我們繼續不斷地獲得新的信息，可能會發現對理

21、論來說是例外的信息，甚至偶爾會有能證明理論不正確的信息。 定律（law of nature）描述 “ 自然界發生什么” 的始終如一的、恒定的大自然運行的實際情況，是對于某種情況下經常發生的事件的真實的陳述，或者說，是指給定條件與對應的現象之間的不可變動的順序，也就是自然規律。 生物發生律（ biogenetic law ）就是生物學定律的一個例子，該定律指出所有生物（living thing）來自先前存在的生物。 定律描述發生什么事件，而理論解釋事件為什么發生，定律和理論在某種意義上相似。它們都要經受反復的檢驗，并且都被認為能夠預報大自然怎樣運行。 在整理大自然運行方式的過程中，我們借助于概括

22、（generalization）來組織信息。然而，概括必須得到事實的支持。概括與事實之間的關系如同一條雙向道。通常觀察完成了，假說檢驗了，導致一般結論、原理或理論的模式也就形成了。這種從分析許多組特殊的事實出發導出一般原理的過程，叫做歸納（induction）或歸納推理（inductive reasoning）。 例如，人們考察了成千上萬種鳥，觀察到所有這些種類的鳥都生蛋。根據這些觀察，他們可能導出生蛋是鳥的一個基本特征的原理（principle），而并沒有（不可能，也沒有必要）觀察每一種鳥。 定律、原理或理論一旦建立，就能用來預測自然界更多的觀察結果。一般原理用來預測某種情況下的特定事實的過

23、程叫做演繹（ deduction ）或演繹推理（deductive reasoning ）。 例如，鳥生蛋的一般原理建立起來以后，就可以演繹出新發現的一種鳥也能夠生蛋。在科學的程序中，歸納和演繹都是重要的思考程序，都可以用來增強我們對大自然和世界的理解。交流 科學方法把交流放在十分重要的中心位置上。因為大多數科學是在對同一類難題感興趣的其他人的批評的眼光下的、公開的情況下導出的。 交流過程的一個重要的部分包括在科學雜志上發表反映研究、思考和意見的文章。交流還可能發生在科學發現的過程的任何環節。 對于異常的觀察結果，有人可能會提出問題。他們可能發表不完全的初步的實驗結果。他們可能會發表概括大量材

24、料的報告。而且，他們常常發表并不會得到當前資料支持的強烈的保留意見。這就為其他科學家批評、建議或贊同提供機會。我們出席（學術）討論會與同行直接對話，也可以以諸如電話、電子郵件、互聯網等非正式的方式相互影響。 其結果是大多數的科學，在它被發現、討論和修改的過程中，都已接受許多頭腦的審查。 小結 假說（hypothesis）指的是對某一類事物提供的可能的解釋，未經實驗證實，或沒有完全地經過實驗證實，但可作為推理的基礎，實驗的指南，或作為從已知事實作進一步研究的出發點；并且在未來的時間很可能上升為理論或定律。 理論（ theory）是已經實驗證實的、可以用來解釋有關事實、偶然事件或自然現象的原則，是

25、根據客觀存在的普遍原理對事物做出解釋的思想體系。理論是一種廣泛的接受的觀念，理論為我們怎樣看世界和怎樣建立新的假說指出正確的方向。 定律（law of nature）描述“自然界發生什么”的始終如一的、恒定的大自然運行的實際情況，是對于某種情況下經常發生的事件的真實的陳述，或者說，是指給定條件與對應的現象之間的不可變動的順序，也就是自然規律。 推理（reasoning）：由一個或幾個已知判斷（前提）推出未知判斷（結論）思維形式。推理是客觀事物的聯系通過人的實踐在意識中的反映。 由推理得到的知識是間接的、推出的知識。正確推理基本條件是前提真實，推理形式正確。推理有演繹推理、歸納推理、類比推理等不

26、同形式。 預測 （ predications ）：一般以條件陳述句的形式出現。定律、原理或理論一旦建立，就能作為推理的前提，通過演繹推理來預測自然界更多的觀察結果。如果這些定律、原理或理論是正確的，預測必定是正確的，因為預測的結果是通過演繹邏輯推出的結果，不包含任何創造和臆測。因此，從預測的結果可以檢驗假說是否正確，是否得到支持。 人類活在世上并不自由。科學是人類解放自己最有效、最理想的的途徑。盡管金錢可以增大人類活動的自由度，但金錢買不到的，通過科學的途徑總有一天可以得到。生物工藝學- 現代食品發酵技術上海大學生命科學學院華子義E:527,410參考書目使用教材： 現代食品發酵技術 主編 王

27、復源 中國輕工業出版社參考書目： 生物工藝學 作者: 俞俊裳、唐孝萱, 華東理工大學出版社，2004-11-02 Fundamentals of Food Biotechnology （食品生物工藝學基礎） Byond H.Lee，1996，VCH Publishers,Inc. （美國）出版 微生物工程工藝原理，姚淑華：華南理工大學出版社 微生物工程概論，劉如林：南開大學出版社 氨基酸工藝學，張克旭：輕工業出版社 代謝控制發酵，陳寧:輕工業出版社 參考雜志： 工業微生物 食品與發酵本課程從1983年開始，作為我校生物工程專業的主干課程開設。現在本課程一直是生物工程專業方向本科生必修的專業主干

28、課程。近年來隨著本科生教學的改革，發酵技術的不斷發展，課程也在不斷地進行相應改革，如調整課程內容體系，采用先進的教學手段，從而使教學更有效。課程內容包括兩個方面，一個是課堂教學部分，另一個是實踐教學部分。課堂教學部分主要講授：（1）初級和次級代謝產物的生物合成機理與工業微生物菌種選育；（2）工業發酵過程中的基本原理和參數控制；（3）具體介紹一些發酵產品的生產工藝。實踐教學部分包括：（1）參觀實習或借助一些工廠實際生產流程的資料（由于客觀條件限制）使學生對發酵工藝流程、設備有一個感性認識；（2）生物工藝學實驗；教學內容組織方式與目的：在課堂教學內容上強調了工業微生物菌種選育和發酵過程中各類參數的

29、控制等一些共性技術的部分，同時輔之以有代表性的產品的發酵工藝和方法的介紹，通過點面結合促進學生理解；另外課程進一步強化實踐教學，借助一些工廠實際生產流程的資料（由于客觀條件限制）結合實驗室條件開展一些實驗，進一步促進學生對于課程的理解和掌握。通過課堂教學與實踐教學有機結合，促使學生掌握發酵工藝的基本原理、技術和方法，為學生將來進入研究生階段的課題研究、進入發酵及相關行業工作以及新產品開發打下基礎。實踐性教學的設計思想與效果實踐性教學的設計主要圍繞課程的核心即發酵過程中的基本原理和參數控制展開，課堂教學與發酵工藝學實驗穿插進行，加深學生對課堂知識的掌握；訓練學生從原料到產品的完整發酵過程，對于質

30、量和經濟技術指標的控制等，培養學生利用已學的基本原理來解決實際問題的能力。通過實踐性環節的實施，學生能夠良好地掌握書本上的理論知識，同時將這些理論進行應用。1.注重課程內容知識性與實踐性相結合，使學生在對基本理論知識掌握的基礎上提高實踐動手能力和解決實際問題的能力。2.在介紹了一般微生物發酵工藝的基礎上，還具體介紹一些產品的發酵。 二十一世紀是生命科學的時代，生物技術是一顆最耀眼的明珠。在生物技術的幾大工程中，無論是基因工程，還是細胞工程、酶工程等，最終要實現產品的工業化生產，都離不開發酵工程。人們因此說：生物技術中，基因工程是熱點，發酵工程是根本。 目前國內外的知名院校如上海華東理工大學、清

31、華大學、沈陽藥科大學等學校的相關專業均把發酵工藝學這門課程設置為專業的必修課程，本課程在同類課程中占據相當重要的地位。我國的發酵技術有著非常悠久的歷史。近年來，在發酵生產中除采用傳統的工藝外，又引進了很多新的生物技術。介紹發酵飲料（酸奶、酸豆奶等）、酒（黃酒、葡萄酒、啤酒）、調味劑（味精、醬油、食醋、檸檬酸、蘋果酸）和黃原膠的發酵技術，以及目的產物的提取分離技術。 緒論Introduction工 藝? / 工 藝 學?工藝是將原材料或半成品加工成產品的方法、技術等。技術是在勞動生產方面的經驗、知識和技巧，也泛指其他操作方面的技巧，方法是現指為達到某種目的而采取的途徑、步驟、手段等。工藝是生產過

32、程中的程序、方法和技巧，它體現了生產活動中的技術等；是生產的藝術。 最古老的工藝:原始的石器制作工藝。 通常工藝定義如下：勞動者利用生產工具對各種原材料、半成品進行加工和處理，改變它們的幾何形狀、外形尺寸、表面狀態、內部組織、物理和化學性能以及相互關系，最后使之成為預期產品的方法及過程。 工藝學 technology是一門工業科學。尤其在采用先進的機器設備代替手工勞動方面發揮作用。工藝學是在解決現實難點及問題過程中，在新產品和新加工工藝的開發研制過程中，在現有技術發生重大轉變過程中所使用的一門實用的科學知識。一、什么是技術？ 對技術的本質和意義進行考察研究，始于古希臘。 亞里士多德把技術看作是

33、制作的智慧。 17世紀，培根（1561-1626）曾提出要把技術作為操作性學問來研究。 18世紀，法國科學家狄德羅（1713-1784）在他主編的百科全書條目中開始列入“技術”條目，他指出“技術是為某一目的共同協作組成的各種工具和規劃體系”。 現代，許多辭書上的“技術”定義，基本上沒有超出狄德羅的概念范疇。狄德羅的“技術”概念： 把技術與科學區別開，技術是“有目的”的。 強調技術的實現是通過廣泛“社會協調”完成的。 指明技術的首要表現是生產“工具”，是設備、硬件。 指出技術的另一重要表現形式“規劃”，即生產使用的工藝、方法、制度等知識，是軟件。 和科學一樣，把定義的落腳點放在“知識體系”上，即

34、技術是成套的知識系統。基本概念科學-探討是什么？發現自然規律、認識自然技術-解決如何做？工程-根據科學原理和有關技術，組合出高效、合理的一定結構的技術系統工程概念理解工程學家的角色 科學-粘合劑 技術-各種材料 工程學家象藝術家一樣 -如何利用好它們雕塑成一副工藝品 工程學家也類似于音樂家一樣 -把七個音符組合出優美的樂曲 工藝品或樂曲-必須具有市場 -產生經濟價值 -要有經濟學家的頭腦 要把科學原理、技術和經濟綜合考慮 -也有哲學家的思維 工程學家-組合藝術 總之-工程學家 -即要具有藝術家的眼光 -又要有哲學家的思維 -還要有經濟學家的頭腦 -同時具有科學家的知識 說明工程學家-重要性 不

35、容易名家的理解 著名的科學家葉渚沛對工程科學的是這樣理解的 “自然科學家主要把興趣集中在自然現象，而工程科學家則把興趣集中于解決實際的問題上”。 “自然科學和工程學的結親產生應用科學乃是邏輯的發展，但工程學家卻常常受到雙重的埋怨，自然科學家認為這是有降低科學水平的趨勢，而職業應用工程師則認為是對一些在長期實踐中積累的經驗和價值有不信任的趨勢。但是，工程學家用新的方式把這些學科結合起來，就能產生足以構成新發明或新發現，這些發現或發明又帶動它本身的發展，而且對科學有很大貢獻。” 科學與工程發展歷程 科學最早由哲學家提出 -進行研究 -得出規律-成為科學。 目前國外科學方面博士仍稱為“哲學博士” 而

36、工程學是慢慢的發展而來的 -獲得工學博士比獲哲學博士更難自然科學家與工程科學家的比較 科學家按學科分類，根據結果分析、嚴格理論推導 -分解的觀點 工程師面對實際問題的綜合性的、多學科 -靠工程技術經驗，半理論、半經驗性的 -系統性、整體性的觀點二、生命科學的研究對象與內容生物學(Biology)是研究生物體的生命現象和生命活動規律的科學，即：研究自然界所有生物的起源、演化、生長發育、遺傳變異等生命活動的規律和生命現象的本質，以及各種生物之間、生物與環境之間的相互聯系。生物學又稱生命科學(Life Science)，它是自然科學的基礎學科之一。廣義的生命科學還包括生物技術、生物與環境、生物學與其

37、他學科交叉的領域。20世紀生命科學發展的概況1866年，孟德爾發表植物雜交實驗，奠定了現代遺傳學基礎。第一階段：19001953實驗生物學階段兩個階段第二階段：19532005分子生物學階段生命現象的本質？生命活動的規律？19世紀：細胞是生命的基本單位細胞學說：細胞是動植物結構和功能的基本單位，一切生命現象都是以細胞為基礎表達的實驗生物學階段遺傳密碼蛋白質三維結構基因轉錄線性多肽鏈（無功能活性）翻譯生命活動的分子基礎以核酸和蛋白質為中心的生物大分子是生命現象的共同物質基礎，細胞和有機體所有生命活動都是以這些生物大分子及其復合物的結構、運動和相互作用來實現的。結構與功能分子生物學：20世紀生物學

38、的主流21世紀是生物技術世紀未來學家說：21世紀是生物技術世紀； 科學家預言： 21世紀世界即將在生物技術上取得重大突破，新世紀之初，科學方面的主要將在生物學、遺傳學和醫學、新型生物材料、能源、環境保護上有所突破； 經濟學家則認為：21世紀20年代，生物經濟將由目前的形成階段進入成長階段，即工業生產與商業開發階段。21世紀生命科學發展的熱點1、基因組計劃2、發育生物學3、腦科學4、生物技術5、環境生物學生物技術作為21世紀高新技術的核心，對人類面臨的食品、資源、健康、環境等重大問題發揮越來越大的作用。大力發展生物技術及其產業已成為世界各國經濟發展的戰略重點。 三、生物技術是以現代生命科學理論為

39、基礎，利用生物體及其細胞的、亞細胞的和分子的組成部分，結合工程學、信息學等手段開展研究及制造產品，或改造動物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品質、特性，從而為社會提供商品和服務的綜合性技術體系。生物科學成為當今世界自然科學的熱點和重點，主要由于兩方面的原因： （1）二十世紀后葉，分子生物學領域一系列突破性成就，使生命科學在自然科學中的地位發生了革命性的變化；（2）建立在實驗室研究基礎上的生物技術的發展為人類帶來了巨大的利益和財富。生物技術將是未來經濟發展的新動力第一次技術革命工業革命解放人的雙手第二次技術革命信息技術擴展人的大腦第三次技術革命生物技術改造生命本身生物技術需要 實驗室大量復雜

40、的基礎研究工作 多學科交叉生物技術的顯著特點 高技術（精細和 密集的復雜技術）高投入（尤其是 前期科研投入高）高利潤 利用生物技術的生產線生物技術又稱生物工藝學，最初是由一位匈牙利工程師Karl.Ereky于1917年提出的。當時他提出的生物技術這一名詞的涵義是指甜菜作為飼料進行大規模養豬，即利用生物將原料轉化為產品。現在的生物技術的定義為：生物技術是應用自然科學及工程學原理依靠生物催化劑的作用將物料進行加工以提供產品或社會服務的技術。因此，生物技術是一門綜合性多學科技術，他涉及的基礎學科有生物學、化學和工程學。生物工藝學的定義和特點生物工藝學(biotechnology)，一般稱為生物技術(

41、以下將兩者視為同義詞可相互通用)，是一門既有悠久歷史又有嶄新內容的科學技術和生產工藝。當然，現代生物技術和傳統生物技術之間既有共同之處，又有很大差異和各自的特點 曾有不少學者或學術組織對生物技術賦以各種定義。目前能廣泛接受的定義是由國際經濟合作及發展組織在1982年提出的。生物技術是“應用自然科學及工程學的原理，依靠生物作用劑(biological agents)的作用將物料進行加工以提供產品或為社會服務”的技術。這里所謂的生物作用劑可以是酶、整體細胞或多細胞生物體,一般也稱為生物催化劑。 國際純粹及應用化學聯合會在1981年對生物技術作了如下定義：生物技術是“將生物化學、生物學、微生物學和化

42、學工程應用于工業生產過程(包括醫藥衛生、能源及農業的產品)及環境保護的技術”。 由Moo-Young主編的綜合生物技術(共四卷，1985出版)一書中提出：生物技術是“對生物作用和生物物料加以評價和應用，并進行工業產品生產”的技術。 由Higgins等編寫的生物技術的原理及應用一書中認為“生物技術是生物系統或生物過程的工業利用，它在很大程度上取決于對生物系統及其催化作用專門知識的認識”。 以上定義及其它各種有關定義的內容基本上是一致的。歸納起來可有三個特點1)生物技術是一門多學科、綜合性的科學技術；2)反應中需有生物催化劑的參與；3)其最后目的是建立工業生產過程或進行社會服務，這一過程可稱為生物

43、反應過程(bioprocess)。美國政府技術顧問委員會(OAT) 的定義是：應用生物或來自生物體的物質制造或改進一種商品的技術，其還包括改良有重要經濟價值的植物與動物和利用微生物改良環境的技術。該定義強調了生物技術的商品屬性。克隆羊“多莉” 生物技術的定義What Is Biotechnology? Biotechnology is a branch of science where living things are used for the creation of products or to perform some tasks for human beings. Plants, an

44、imals and even micro-organisms like bacteria are used to produce some benefit to mankind. In the medicine and agriculture field industry, biotechnology helps in producing foods, test for diseases and to remove waste. Biotechnology can also be used to solve problems and to help in research. Biotechno

45、logy is generally divided into three sub fields - red, white and green biotechnology. Red biotechnology deals with genetically altered microorganisms that are used for producing products like insulin and vaccine for medical use. White biotechnology involves the creation of useful chemicals for the i

46、ndustrial sector through organisms like moulds or yeast. This form of biotechnology is also referred to as grey biotechnology. Green biotechnology, also known as agricultural biotechnology, deals with applications related to agriculture. It is through red biotechnology based research that antibiotic

47、s for different infections have been developed and vaccines for boosting the immune system against disease and to detect and treat any genetic disorders and disease have been produced. Red biotechnology also helps in reproductive technologies like invitro fertilization, DNA profiling, forensics and

48、in technologies of transplantations. It is with the help of white biotechnology that the environment is helped in the control of pest animals and plants. Biotechnology has helped in cleaning up oil spills, protecting endangered species by storing DNA samples to be used for future research and to hel

49、p remove any excess nutrients there may be in the soil and water. Research in biotechnology also aims at leaching metals from the soil to provide for clean mining, in the detection of landmines and in the cleaning of arsenic and other metal contamination. Green biotechnology involves the manipulatio

50、n of plants and animals to produce species that are more environment friendly and productive. Development of varieties of wheat that are disease resistant by cross breeding different types of wheat is an example of green biotechnology./Biotechnology is generally divided into three sub fields - red,

51、white and green biotechnology. Red biotechnology deals with genetically altered microorganisms that are used for producing products like insulin and vaccine for medical use. White biotechnology involves the creation of useful chemicals for the industrial sector through organisms like moulds or yeast

52、. This form of biotechnology is also referred to as grey biotechnology. Green biotechnology, also known as agricultural biotechnology, deals with applications related to agriculture.現代生物技術 生物技術又稱生物工程，是利用生物有機體（從微生物到高等動物）或其組成部分（包含器官、組織、細胞和細胞器等）開發新產品或新工藝的一種技術體系。 生物技術主要包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程和生化工程五大組成部分。生物

53、工程基因工程酶工程細胞工程發酵工程產物產品產品生化工程生物工程商品生產改造物種常規菌(或常規細胞株) 遺傳工程 細胞工程“工程菌”（或“工程細胞株”） 微生物工程 酶工程 生物反應器工程 經濟效益 大量產品 社會效益 生態效益四、微生物工程（發酵工程）現代發酵工程主要指利用微生物、包括利用DNA重組技術改造的微生物在全自動發酵罐或生物反應器中生產某種商品的技術。現代發酵工程是生物代謝、微生物生長動力學、大型發酵罐或生物反應器研制、化工原理等密切結合和應用的結果。一般發酵工程包括以下基本步驟：（1）菌種選育；（通過細胞誘變或基因工程技術改造等）（2）細胞大規模培養即發酵過程；（3）生產活性的誘導

54、；（在發酵特定階段，用化學或物理法）（4）菌體及產物的收獲（利用濃縮、吸附、過濾、離心、 萃取、干燥、重結晶等手段）發酵工程發酵工程的產品范圍非常廣泛。從食品、藥品、精細化工產品到許多工業用原料等等，還有生物可降解塑料PHB（即聚羥基丁酸脂Biopol)等 發 酵 工 程 利用微生物進行產品生產抗生素、生物制藥、氨基酸、核苷酸、有機酸、飼料添加劑、微生態制劑、生物農藥、生物肥料等醫藥、輕工、食品、農業、環保、能源等行業基因工程藥物、疫苗及抗體產品 化學工程 生物化工 生物加工行業傳統生物技術現代生物技術基因工程菌發酵 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等學科的發展，以

55、及分析、檢測技術的成熟，工業發酵正在從技藝走向科學，我國大學的發酵工程專業正在融入生物工程專業。發酵工程作為生物工程的最貼近生產的組成部分愈來愈受到科學界和工程技術界的廣泛重視。百思不解：1.為什么同樣的設備可以生 產不同的產品？2.為什么有些發酵食品也可 在家里制作？五、細胞機器走進現代發酵工廠，最引人注意的是，在排列整齊、縱橫交叉的彩色管道的映襯下，一排排的銀灰色的龐然大物，它們的名字叫發酵罐。在莊重而祥和的發酵罐里億萬微生物小兄弟正在為人類，也為自己的生存歡快地忙碌著。面對此情此景人們不禁要問，工業發酵生產線上關鍵的生產機器是發酵罐，還是微生物？“機器”最初定義為由電或蒸汽甚至人力推動的

56、、由各具一定功能的幾個部分組成的用于生產的裝置，如紡紗機、織布機、縫紉機等。因此“機器”應該是屬于工程學的概念。 “動物、植物、微生物”應該是屬于生物學的概念，它們的生命活動是由代謝能來驅動的。在人的組織下，如果動物、植物、微生物作為生產的“裝置”使用，就可納入“機器”的范疇，這就是生物機器。生物機器是從機器衍生的新概念，生物機器是指由代謝能驅動的機器。在這個意義上牛奶工廠的奶牛，水果原料基地的果樹，發酵工廠的菌種微生物分別稱作為動物生物機器 、 植物生物機器和微生物生物機器。微生物細胞能自主生活和獨立存在，因此微生物生物機器也就是微生物細胞機器，簡稱細胞機器。 現代發酵工程依靠微生物活細胞來

57、完成發酵工廠生產線上不可缺少的加工（或轉化）步驟，在這個意義上，微生物活細胞就是工業發酵生產線上不可缺少的微生物生物機器（或稱細胞機器），是發酵工廠里關鍵的生產機器。微生物細胞是發酵工廠最重要的機器 現代發酵工程依靠微生物來完成發酵工廠生產線上的必不可少的加工（或轉化）步驟，在這個意義上，微生物細胞就是工業發酵生產線上特殊機器細胞機器。細胞機器與普通意義上的機器不同，細胞機器必須由代謝能直接驅動。在發酵工廠的生產線上，微生物細胞機器必須完成“ 在線制造 ”和“生產運行”的雙重任務。 “微生物細胞”是生物學的概念；“微生物細胞機器”是工程學的概念。菌種微生物細胞是對應的發酵產物的細胞機器，因此是

58、有工業生產個性的微生物細胞。微生物細胞機器是從天然的微生物細胞改造成的，因此天然的微生物具有成為微生物細胞機器的潛在能力。 微生物細胞在發酵工業上以細胞機器的身份出現時，必須體現人的意志。然而，“ 微生物細胞機器 ” 的微生物屬性決定了它必須按微生物細胞固有的經濟管理原則運行。如果兩者不一致怎么辦？ 人和微生物同是地球上的居民，在理論上處于平等的地位，微生物沒有為人類服務的義務。人貴有自知之明，因為人有思想。 千千萬萬年的物競天擇早已決定了微生物的價值取向；在工業發酵中，人控制下的微生物細胞機器與微生物自身的價值取向不一定一致，為了引導微生物為我們服務，人必須發揮主觀能動作用，遵循并靈活應用這

59、些原則，正確處理工業發酵生產中人與微生物的對立統一關系，促成微生物與人的合作。百思不解：1.為什么同樣的設備可以生 產不同的產品？2.為什么有些發酵食品也可 在家里制作？微生物的發酵途徑，因不同的微生物物種、不同的能源化合物、不同的環境條件而五花八門，體現了微生物生命活動的多樣性。六、微生物的營養類型按同化作用（生物合成）方式的不同，可以把微生物分為自養型和異養型；按異化作用（生物氧化）方式的不同，可把微生物分為需氧型和厭氧型。微生物的營養類型，是按微生物對其從環境中吸收的營養進行不同方式的代謝而劃分的代謝類型。根據微生物代謝中使用的能源和碳源可將微生物原則地劃為 4 個營養類型。微生物按能源

60、分化學能源光能源化能營養型光能營養型化能有機異養型化能無機自養型光能無機自養型光能有機異養型按主要碳源分按主要碳源分有機物有機物CO2CO2微生物的營養類型根據生長所需要的營養物質的性質（碳源），可將生物分成兩種基本的營養類型異養型生物：在生長時需要以復雜的有機物質作為營養物質自養型生物：在生長時能以簡單的無機物質作為營養物質 動物屬于異養型生物，植物屬于自養型，而微生物既有異養型的也有自養型的，大多數微生物屬于異養型生物，少數微生物屬于自養型生物。 根據生長時能量的來源不同，又可將生物分成兩種類型化能營養型生物：依靠化合物氧化釋放的能量進行生長光能營養型生物：依靠光能進行生長 動物和大部分微