浅谈对发酵工程专业的认识

浅谈对发酵工程专业的认识

当今世界是一个快速发展的时代，众所周知，科学技术的进步是经济发展的重要指标。而生物科技是其中的一个重要组成部分。通过微生物的发酵工程构成了生物科技的核心。所谓发酵工程，是以微生物通过上游（分子改造，代谢工程等）、中游（发酵优化，智能控制等）、下游（分离纯化，清洁生产等）各种生物学操作，以得到人们所需要的一系列产品（细胞，代谢产物）的综合性科学。从生物发酵工程角度来说，这一专业的发展与经济全球化存在着相辅相成的关系。即经济的快速发展，推动了发酵工程专业的交流和创新，提供了发酵工程进一步前进的良好平台。发酵工程的应用领域非常广泛，包括农业、工业、医学、药物学、能源、环保、冶金、化工原料、动植物、净化等。它必将对人类社会的政治、经济、军事和生活等方面产生巨大的影响，为世界面临的资源、环境和人类健康等问题的解决提供美好的前景。

1. 发酵工程简介

发酵工程，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。发酵不仅仅体现在食品领域，还存在于医药品、化妆品、能源、环境等领域。因此，发酵对于我们生活的方方面面都有着重要的影响，有光明的应用前景。

对于发酵工程而言，是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需要的产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术科学的重要组成部分。发酵工程也称微生物工程，该技术体系主要包括菌种选育和保藏、菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化制备。进一步可以分为上游、中游和下游。

现代发酵工程的发展，是生物科学与数学、物理学、化学等科学之间相互交叉、渗透和相互促进的结果。发酵工程与有关科学的高度的双向渗透和综合，也已经成为当代生物科学的一个显著特点和发展趋势。

2. 上游领域(分子改造，代谢工程等)

发酵工程的上游领域是整个发酵过程的基础，随着近年来分子生物学的蓬勃发展，系统代谢工程定向改造目的产品生产菌株已经成为发酵领域的发展趋势。因此，上游领域主要集中在分子改造和代谢工程等相关方面。

通过分子改造和代谢工程的相关操作而高效率得到目的产品生产工程菌。另外，合成生物学也渐渐的成为发酵工程的一个重要分支。合成生物学一方面对于研究生命起源和进化，有重大的意义。另一方面，利用合成生物学的方法和理论，对生命过程或生物体进行有目标的设计、改造乃至重新合成，可能带来新一轮工程技术革命的浪潮，对于解决与国计民生相关的重大生物技术问题有着长远的战略意义和现实的策略意义。它有可能从根本上改变经济发展模式，在带来巨大社会财富的同时，促进社会的稳定、和谐发展。

与我国的发酵上游领域的发展成果而言，发达国家的分子生物学领域更为突出和显著。通过经济全球化趋势的促进，可以使得发达国家与发展中国家的相关领域得到较为明显的进步。可以通过学术人才交流、专业论坛、高等院校的合作等方式提高我国的上游技术水平。

2. 中游领域(发酵优化、智能控制等)

当上游构建的重组菌进行中游的发酵操作时，会出现一系列的问题，如发酵条件的优化和智能控制。

对于现有的发酵过程工艺而言，我们知道需要提高控制水平和条件优化以得到较多产品的目的。由于大多数的发酵过程属于好氧发酵，对于氧气的需求是表征整个发酵体系的一个重要指标，但是目前的自动搅拌式发酵罐是通用型的罐体结构，不能专一的针对某一种菌种进行相关的设计。

由此同时，自动化领域也渐渐的与发酵领域相结合，经济全球化过程中国外的一些自动化先进技术也得到了广泛的学习。将发酵工程的中游控制问题与自动化专业相结合而形成的交叉学科是未来控制问题的新方向。

3. 下游领域(分离纯化、清洁生产等)

经过上游的分子生物学技术讲菌体构建成能够高效表达的宿主，后利用各种优化技术和控制手段而得到较高效价的发酵液，下一步就是如何将发酵液中的产品提取出来，这就引入了下游领域的技术手段。

下游领域是获取目的产物的一个重要环节，也是最后一个关键步骤。没有一个高效准确的分离纯化手段很难得到高附加值的产品。随着经济全球化趋势的日益增强，发达国家的高效检测手段和分离手段已经逐步应用于国内的科研和工业领域。也这是全球化对于发展中国家的好处。如何准确合理的利用这些高新技术推动了我国科研的进步。值

得关注的是：我国也已经在发酵的下游领域获得了极大的成果。一些仪器的性能也基本与国外的性能持平。

然而，现代微生物发酵产业的技术体系存在一个先天性的，共同的技术结构性缺陷，即大量废水产生的环境污染问题。国际范围内还没有出现一个科学的，系统性的解决办法，这一污染困局既危害当前，也是制约21世纪生物工程产业可持续发展的一个大的“技术瓶颈”。

通过各种清洁生产工艺，可以实现污水的循环利用。一方面减轻了环境的压力，使发酵产生的污染降到最低；另一方面，符合当今世界的可持续发展思想，缓解了资源不足的全球性问题，促进了和谐社会的建立。

4. 发酵工程技术创新的影响

随着发酵工程技术给社会发展带来的巨大影响，它对经济的影响也愈加深远。例如：（1）发达国家的生物技术公司旧趋增多。生物技术产业创造的经济价值将对世界经济社会的发展起重要作用，尤其在世界面临人口增长过快、能源、资源、粮食短缺以及环境污染、生态破坏严重的情况下，它将发挥特有的长处。

（2）生物技术商品化的国际竟争异常激烈。发达国家极力实现生物技术商品化，但是许多国家的众多公司同时进行研究与开发热门产品，如世界上进行千扰素研究和生产的公司就有64家，开展单克隆抗体各种制品的研究达到178家。密切了解各国发展生物技术的动向，收集各国新的生物技术，购买技术专利，引进人才等。不难预见，在国际贸易经济战中，发酵工程技术产品将是一个重要焦点。

（3）各国加大对发酵工程技术的投资以求更高经济回报。例如1986年以来，日本便欲想从美国手中夺走领先的地位，精心组织各大学、政府和工业部门的科技队伍，进行为时10年的联合攻关计划；生物技术研究经费每年以20%的速度递增。日本已具备和美国并驾齐驱的技术水平，并在这个领域所取得的专利和论文数量超过美国。

（4）生物技术对发展中国家的经济社会发展的影响尤其重大。由于人口的不断增加，粮食需求量愈来愈大，粮食问题一直是发展中国家前途的隐忧。农业必须尽快取得突破性的进展，这要依靠各科学技术的力量，而生物技术将扮演紧紧追赶，从各国的国情出发，大力研究与开发生物技术。

5. 发酵工程专业前景展望