发酵工程研究发展现状

发酵工程研究发展现状

摘要发酵工程是现代生物技术的重要组成部分，本文从现代发酵工程的内

容，发酵技术的应用等方面介绍了发酵工程。并介绍了以发酵工程为基础的发酵工业的发展现状。

关键词发酵工程发酵工业现状

微生物发酵工程是利用微生物的某些生物功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接利用微生物参与和控制某些工业生产过程的一种技术。随着有关学科的发展和生产工艺的改进，以微生物为原料进行生产的新产品层出不穷。现今的微生物发酵工程已逐渐趋于成熟，并在工业生产中创造出了巨大的经济效益，创立了发酵工业。现代微生物发酵工艺与传统的发酵技术有着很大的不同，主要表现在：所使用的微生物是经过选育的优良菌种并经过纯化，具有更强的生产能力；发酵条件的选用更加合理，并加以自动控制等条件，生产效率更高；生产规模大，产品种类繁多。发酵及其产品的获得，是一个包含生物化学反应的工业过程，主角有两个，一个是微生物，一个是发酵底物，即微生物赖以生存的营养条件。

现代微生物发酵工程主要包括以下一些内容：

（1）利用现代化的手段对微生物加以筛选和改造，以形成更符合工业生产需要的新菌种的工业微生物育种技术、其中渗透了基因工程、细胞工程的一些内容，经过改造的、满足人们需要的微生物菌种通常被称之为工程菌；（2）微生物菌体的生产，即利用先进的生产工艺高速地对某种微生物进行大量的纯培养，即工程菌的克隆；

（3）从微生物中分离有用物质，如利用微生物以一些廉价的废弃物做底物生产单细胞蛋白质等；

（4）微生物初级和次级代谢产物的发酵生产，如生产氨基酸，抗生素等生理活性物质；

（5）发酵产物的分离纯化和加工后处理；

（6）利用微生物控制或参与工业生产，如采矿、冶金等；

（7）微生物生物反应器的研究开发，新型发酵装置、生物传感器和使用电子计算机控制的自动化连续发酵的技术等等。

从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。中游工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物；连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要

求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术：包括固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等），蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冰冻干事燥等）。

发酵工业是一个既古老又年轻的工业，我国古代应用微生物发酵的历史是最早的。今天，现代生物技术又赋予了它崭新的内涵和旺盛的生命力，它也成为了高科技生物技术产业化的重要基础。改革开放以后，我国新型发酵工业发展非常迅速，特别是过去的十年间，更加发展壮大起来。10年来，全行业的广大干部职工艰苦努力，勇于进取，积极开拓，取得了令世界瞩目的成绩。行业紧紧依靠科技创新，内引外联，逐步调整产业结构和产品结构，发展到今天在食品工业乃至整个国民经济中都占有着越来越重要的地位。目前我国味精产量居世界第一位，柠檬酸的产量和出口量都居世界首位，淀粉糖的产量也居世界前列，还有酶制剂、酵母以及其他发酵制品也都有非常大的发展，我国已经是发酵工业大国。

新型发酵工业是利用生物技术对农产品进行精深加工的高科技产业，主要产品包括氨基酸、有机酸、酶制剂、酵母、淀粉糖、多元醇和特种功能生物制品等。在国家产业政策的指导下，2008年发酵工业产品产量达1300多万吨，产值1400多亿元，同比分别增长15%和11%。其中大宗发酵产品中的味精、柠檬酸、赖氨酸等产品的产量和贸易量位居世界前列。

近年来，发酵工业在清洁生产方面做了大量工作，行业内大型企业积极采用先进的清洁生产技术，特别是柠檬酸行业和味精行业取得了长足的进步。但整个发酵行业要实现既有环境效益又有较好的经济效益，特别是要做环境友好型企业，仍是今后的努力方向。