生物技术发酵工程

发酵是微生物特有的作用，几千年前就已被人类认识并且用来制造酒、面包等食品。20世纪20年代主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为主。20世纪40年代中期美国抗菌素工业兴起，大规模生产青霉素以及日本谷氨酸盐（味精）发酵成功，大大推动了发酵工业的发展。

20世纪70年代，基因重组技术、细胞融合等生物工程技术的飞速发展，发酵工业进入现代发酵工程的阶段。不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。

从广义上讲，发酵工程由三部分组成：上游工程，发酵工程和下游工程。其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶解氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。发酵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。下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。

发酵工程的步骤一般包括：

第一步，菌种的选育。

第二步，培养基的制备和灭菌。

第三步，扩大培养和接种。

第四步，发酵过程。

第五步，分离提纯。

发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到广泛应用。

4．食品发酵工程存在的问题以及发展方向 4.1存在的问题我国的发酵食品行业历史悠久，但受传统工艺影响较深，对发酵食品微生物的研究与应用、传统生产工艺改进起步较晚。尤其是利用现代生物技术如基因工程等前沿技术对发酵食品微生物进行优良菌种筛选工作成绩较少；企业生产没有形成规模或有一定的规模，但产品结构不合理，资源浪费严重，环境污染突出，经济效益低下；另外，对于大部分发酵食品的生化背景了解甚少，所进行的有关食品发酵的研究仍停留在产品和工艺的描述上，在大部分食品的发酵背后的生化原理和起作用的机理仍需揭示。因此，面对发酵食品行业所面临的问题，一是要通过对现有优良菌种的扩大应用、前沿生物技术改良菌种、发酵机理研究等手段，使我们在微生物菌种研究及应用上占优势，缩短与国外差距；二是对传统发酵工艺进行改进，实现纯种发酵，发酵过程可控，才能使产品优质稳定；三是把确定的食品发酵工艺用于开发新产品；四是加快发酵工业原料结构、产品结构、技术装备结构的调整，扩大生产企业规模，提升行业的整体水平，实现非粮深加工产业与玉米深加工产业的协调发展。五是坚持循环经济，推行清洁生产，提高资源利用率，降低能耗、物耗，减少污染物的排放。 4.2发展的方向随着社会和经济的进步，人们生活水平的提高，科学技术的发展，疾病模式的改变以及对健康长寿的追求，发酵食品越来越受到人们的青睐，未来的发酵食品更朝向安全化、功能化发展，必将有更多

的发酵食品走向市场，为人们的餐桌提供更加丰富多彩、益于健康的发酵食品，满足人们的需要。在发酵食品微生物的菌种选育过程中，首先要注重安全性，用于生产中的微生物菌种本身是安全的，为非致病菌，代谢产物不含毒素，生产的发酵食品对人体不能有任何损害；其次菌种的遗传稳定性也非常重要，只有生产性能稳定的菌种，才能保证产品质量均一稳定。在分子生物学突飞猛进的今天，国内外研究机构和生产企业正在利用筛选、诱变、基因重组等技术进行发酵食品微生物的研究与生产。这就要求我们在菌种选育上要重视产品的个性化，突出优势，根据产品所要求的不同特性，研究生产具有个性化的微生物发酵剂，且保存、运输及使用方便，质量稳定，价格适中，相对产品的针对性及个性化强。同时，发酵食品要首先考虑顾客的爱好，让产品最大限度地符合顾客和市场的需要。功能性发酵食品主要是以高新生物技术(包括发酵法、酶法)制取的具有某种生理活性的物质，生产出能调节机体生理功能的食品，使消费者在享受美味的食物同时，也达到了自身保健，甚至治疗某些疾病的效果。研究人员应深入了解发酵食品的生化背景，获得某些所需功能的食品发酵的优点，使其可同时实现几种功能。目前，在大部分食品的发酵背后的生化原理和起作用的机理仍需揭示，这一知识可以用作开发新工艺和新产品。配合优良菌种，运用现代发酵工程技术、代谢工程技术等生物技术手段，以优化产业生产发酵工艺为重点，实行自主创新，实现发酵工业原料结构的最优组合，降低生产成本，改善产品品质。积极推动节能减排，走循环经济的发展道路，推进节能减排新技术、新设备在行业内的推广应用。发酵食品生产工艺创新性研究，也要重点考虑以酶法工艺生产代替微生物发酵法生产发酵食品，如在腐乳生产用菌的酶学特性研究基础上,可利用其产生酶液取代培菌发酵来简化生产，提高生产效率。生

物技术的发展推动了发酵工业的发展, 生物技术的发展促进了食品工业的发展。与国际先进水平相比, 我国生物技术及食品工业总体上处于相对落后的状态。为了能在21世纪使我国的生物技术和食品工业全面赶超世界先进水平, 必须在有关基础理论、应用基础理论和应用技术诸方面开展广泛和深入的研究和开发。这就要求我们有一大批高水平的专业技术人员和研究人员, 要从战略的角度来考虑人才的培养和教育。21世纪将会出现一些新

的行业, 我们的教育也要跟上时代的进步。我们不仅要对现有人员和研究水平升级, 同时也要培养跨世纪的人才, 以适应将来科技进步的需要, 使我们的食品和发酵行业全面赶上和

超过世界先进水平。展望21世纪, 中国食品工业有着良好的发展前景。毋庸置疑, 随着中

国改革开放的深入, 随着科学技术的进步, 中国食品工业一定会以更新的面貌、更好的产品、更高的质量、更多的品种, 得到更大的发展