发酵工程论文-

1、发酵工程的研究进展欧阳歌谷（2021.02.01）【前言】发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过 程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等） 和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。广义 的概念：生物学（微生物学.生物化学）和工程学（化学工程）结合。 狭义的发酵概念：微生物培养和代谢过程。发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很 多，以传统食品来说，东方有酱、酱油.醋、白酒、黄酒等，西 方有啤酒、葡萄酒.奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人 类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用 微生物生产的产品。【关键词】发酵发展应用K发酵

2、工程的内容11定义发酵工程杲指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和 有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直 接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。1.2现代发酵工程人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌 发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方 面的例子。随着科学技术的逬步，发酵技术也有了很大的发展， 并且己经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类 生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有 广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的 菌种并且提高其产量；利用微生物

3、发酵生产药品，如人的胰岛 素、干扰素和生长激素等。已经从过去简单的生产酒精类钦料、 生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的 分支，成为一个包括了微生物学、化学工程.基因工程、细胞工 程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。现代发酵工程不但生产酒精类钦料、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。1.3组成从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工 程和下游工程。1.3.1上游工程：包括优良种株的

4、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。1.3.2中游工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培 欧阳歌谷创编2021年2月1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，包括发酵幵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 定量的营养，使细胞进一步

5、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。L3.3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

6、后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冰冻干事燥等）。此 外，在生产药物和食品的发酵工业中，需要严格遵守美国联邦食 品和药物管理局所公布的cGMPs的规定，并要定时接受有关当局 的检查监督。欧阳歌谷创编2 发酵工程技术的发展发酵技术的发展经历了如下几个阶段：2.1自然发酵阶段这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的 方法进行传统酿造食品的生产。2.2纯培养厌氧发酵技术的建立这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜 的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行氧发 酵生产酒精等工业产品。2.3通气搅拌发酵技术的建立这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征

7、为，成功地建立起深 层通气逬行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧 发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬 酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的 开端。2.4代谢调控发酵技术的建立这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗 传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而 得到所需产品。2.5现代发酵工程技术的建立这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个 方面:2.5.1原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌 种选育方面的应用，为发酵工程

8、技术带来了方法上、手段上的重 大变化和革命。2.5.2计算机控制发酵技术，固定化细胞技术，发酵工程优化 控制技术，先进的提取、分离、纯化技术以及现代化的发酵与提 取设备的应用，使发酵工业得到了迅速的发展，并展现了广阔的 前景。3 发酵工程的应用领域3.1轻工业轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这个领域的特 点是大量利用农副产品（产要是淀粉类产品）进行深加工，其生 产的产品种类有：3.1.1酒和溶剂类：如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮、丁醇等;欧阳歌谷创编2021年2月13.1.2有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等;3丄3氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等；3.1.4酶

9、制剂类：如食品工业用酶、纺织工业用酶、饲料工业 用酶等；3丄5功能性蛋白质、功能性脂类.功能性糖类。3.2生物医药工业通过发酵工程技术，可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基因 工程药物（如干扰素、白细胞介素系列等）。3.3农牧业通过发酵工程技术，可以生产生物农药、生物肥料、植物生长调 节剂.饲料蛋白.饲料工业用酶等。3.4环境保护发酵工程技术，可用于污水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处 理、土壤污染的修复。3.5能源幵发通过发酵工程技术可利用可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进行微生物冶金等。4 现代发酵工程技术的发展方向展望由于发酵工业生产具有反应条件温和，生产原料来源广泛，价 格低廉，以及

10、与其它工业相比投资少、见效快，经济与社会效益 显著等诸多优点。而且，通过发酵工程技术生产的产品种类多、 应用直广。因此，发酵工程具有广阔的发展应用前景。近年来，生物技术的迅速发展有力地推动了发酵工程技术的发 展。而发酵工程技术的应用，则是直接将生物技术转化为生产 力，用于生产人类所需的各种产品，以及为社会服务的重要手 段。因此，基因工程、细胞工程.酶工程技术的最终实施，主要 是依靠发酵工程技术来完成的。所以现代发酵工程是生物技术的 重要内容之一，是生物技术实现产业化的必由之路，是未来经济 社会发展过程中富有生机和活力的一个重要产业群体。目前发酵工程技术的研究主要集中在如下几个方廂：4采用基因工

11、程.细胞工程技术与常规微生物育种方法相结 合，辅之以激光.离子束、y -射线等物理诱变方法，致力于选 育发酵工业所需的各种优良生产菌种。4.2开发研制社合需要.附加值高的新型发酵产品。4.3采用发酵工程技术取代部分传统化工产品的生产，降低原材 料消耗和能源消耗，减少污染物的排放。4.4研究幵发发酵和提取新技术.新工艺、新设备，提高产品收 率、节能降耗。4.5大规模工业化发酵生产技术。5 学术思想发酵工程研究：获得应用价值的微生物，反应器及过程放 大，发酵产物分离提取，发酵过程优化和控制。研究一些重要的工业微生物的抗胁迫因子及其抗胁迫机制， 考察环境胁迫条件下特定微生物蛋白转录和代谢途径变化，采用 不同环境胁迫手段或措施对微生物的生长或代谢进行调控，促进 微生物生长或大量合成目的产物。硏究辅因子形式及其浓度在物质代谢和信号传递途径中控制 代谢流方向和流量分配的作用机制、物质流和辅因子流的变化规 律，对微生物的生长或代谢进行调控，促进微生物合成目的产物 的代谢流的最大化和快速化。参考文献：1 .张星元发酵原理科学出版社20052 .李寅，高海军陈坚高细胞密度发酵技术化学工业出版社20063 .陈噩声中国微生物工业发展史北京轻工业出版社19794 胡之璧刘涤生物技术生产传统