發(fā)酵工程概況及發(fā)展趨勢(shì)(文件)
【正文】 該時(shí)期的特點(diǎn)是：微生物發(fā)酵的代謝活動(dòng)已經(jīng)從分解代謝轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣纱x，已經(jīng)超越了微生物正常代謝的框架。 隨著 20世紀(jì) 50年代 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和生化技術(shù)的進(jìn)展，代謝調(diào)控發(fā)酵工程新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 1957年，日本木下祝郎利用誘變育種技術(shù)選育出能夠積累谷氨酸的營(yíng)養(yǎng)缺陷型棒桿菌株，在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)應(yīng)用獲得成功。 該技術(shù)在核苷酸、有機(jī)酸、抗生素等次級(jí)代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。攪拌型發(fā)酵罐已達(dá) 500m3，氣升式發(fā)酵罐已達(dá)2022m3。對(duì)攪拌型發(fā)酵罐進(jìn)行了改良，發(fā)展了氣升式發(fā)酵罐（可降低能耗、提高供氧），多種膜分離介質(zhì)問世。 傳統(tǒng)的發(fā)酵原料主要是糧食、農(nóng)副產(chǎn)品等糖質(zhì)原料， 為了滿足未來的糧食和飼料的需要，急需開拓和尋找新的原料。 葡萄糖酸、谷氨酸、乳酸的一部分也用化學(xué)合成法制造。 3 .發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵過程的連續(xù)化、自動(dòng)化工程技術(shù)的建立 —— 法國(guó)的 LM型單極連續(xù)發(fā)酵槽用于連續(xù)培養(yǎng)酵母，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)單，而效率卻十分高 。 （六）基因工程階段（ 1979年～今） 20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的 DNA重組技術(shù)，又大大推動(dòng)了發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展： 近年來得到迅猛發(fā)展的基因工程技術(shù)，可以在體外重組生物細(xì)胞的基因，并克隆到微生物細(xì)胞中構(gòu)建成工程菌株，利用工程菌生產(chǎn)原來微生物不能合成的產(chǎn)物，如胰島素、干擾素等，大大拓寬了發(fā)酵工業(yè)的范圍。 隨著轉(zhuǎn)基因植物的問世，發(fā)酵設(shè)備 —— 生物反應(yīng)器也不再是傳統(tǒng)意義上的鋼鐵設(shè)備，昆蟲軀體、動(dòng)物細(xì)胞乳腺、植物細(xì)胞的根莖果實(shí)都可以看作是一種生物反應(yīng)器。 基因工程技術(shù)為發(fā)酵工程技術(shù)提供了無限的潛力，掌握了基因工程技術(shù)就可以按照人們的意志來創(chuàng)造新的物種。 細(xì)胞融合技術(shù)使動(dòng)植物細(xì)胞的人工培養(yǎng)進(jìn)入了一個(gè)新的階段，借助微生物細(xì)胞培養(yǎng)與發(fā)酵的先進(jìn)技術(shù)，大量培養(yǎng)動(dòng)植物細(xì)胞，能夠產(chǎn)生許多微生物細(xì)胞不具備的特有的代謝產(chǎn)物。 還可以將某些產(chǎn)物的發(fā)酵法改為固定化復(fù)合酶多級(jí)反應(yīng)，將成為發(fā)酵工程技術(shù)巨大革新。 生化工程技術(shù)是指生化反應(yīng)器、生物傳感器、生化產(chǎn)品的分離提取和純化等下游工程技術(shù)。現(xiàn)代生物工程技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，都是通過各種類型和規(guī)模的生化反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)的。 （五）加強(qiáng)代謝機(jī)理與調(diào)控研究，使微生物的發(fā)酵機(jī)能得到進(jìn)一步開發(fā)，發(fā)酵生產(chǎn)更多代謝產(chǎn)品 （六）開拓極端環(huán)境微生物與極端環(huán)境酶 （八）再生資源的利用給人們帶來了希望 。 （七）生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開拓了發(fā)酵工程技術(shù)的新領(lǐng)域 —— 進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：第一，選擇特異性高的酶或產(chǎn)物產(chǎn)量高的細(xì)胞，以減少發(fā)酵副產(chǎn)物，提高原料利用率；第二，盡量提高產(chǎn)物濃度，減少投資和產(chǎn)品回收指出。 展望未來，酶工程技術(shù)在發(fā)酵工程技術(shù)中的應(yīng)用必將不斷擴(kuò)大，特別是在解決未來世界環(huán)境和能源問題方面將起主導(dǎo)作用。 利用固定化細(xì)胞或酶進(jìn)行工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)，可以簡(jiǎn)化分離提取和純化工藝，固定化后的細(xì)胞或酶穩(wěn)定性提高，可以反復(fù)使用，改善了生物反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性。 在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)進(jìn)行改造或建立新型發(fā)酵產(chǎn)業(yè)。 基因工程技術(shù)使發(fā)酵工業(yè)發(fā)生了革命性變化。 針對(duì)大多數(shù)基因工程菌的表達(dá)產(chǎn)物在胞內(nèi)，超聲細(xì)胞破碎、高壓勻漿、高分子伴隨式破碎等新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn)。如植物細(xì)胞融合，可以得到多功能的植物細(xì)胞，通過植物細(xì)胞培養(yǎng)，生產(chǎn)保健品和藥品。 —— 日本還對(duì)塔式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬計(jì)算，發(fā)酵過程全部技術(shù)參數(shù)，包括溫度、 pH、罐壓、溶氧、氧化還原電位、空氣流量、 CO2含量等均可自動(dòng)控制和記錄并付諸應(yīng)用。 —— 采用微生物發(fā)酵法與化學(xué)合成法可生產(chǎn)出新的抗生素，如半合成青霉素、半合成頭孢霉素、卡那霉素和氯霉素等。 對(duì)于化學(xué)合成法不能生產(chǎn)的一些物質(zhì)，則采用微生物發(fā)酵法，在常溫、常壓下一步完成。 2． 微生物酶生物合成與化學(xué)合成相結(jié)合的工程技術(shù)的建立 石油化工副產(chǎn)物石蠟、醋酸、甲醇以及甲烷等碳?xì)浠衔锉挥脕碜鳛榘l(fā)酵原料，從而開始了所謂石油發(fā)酵時(shí)期。 代謝調(diào)控發(fā)酵工程技術(shù)建立是發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展的 第三個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期 。從初級(jí)代謝產(chǎn)物到次級(jí)代謝產(chǎn)物。 該階段的特點(diǎn) —— 對(duì)純種發(fā)酵和無菌操作要求嚴(yán)格。 該技術(shù)已在一系列氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用（至今已有 22種氨基酸采用發(fā)酵法生產(chǎn)，其中 18種直接發(fā)酵， 4種酶法轉(zhuǎn)化） 。 代謝調(diào)控發(fā)酵工程技術(shù) 是指以動(dòng)態(tài)生物化學(xué)和微生物遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，從DNA分子水平上，控制微生物的代謝途徑，使之進(jìn)行最合理的代謝，在人工控制的條件下，選擇性的大量積累人們所需要的代謝產(chǎn)物的工程技術(shù)。 通氣攪拌好氣性發(fā)酵工程技術(shù)的建立是發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展的 第二個(gè)轉(zhuǎn)折時(shí)期 。 不僅促進(jìn)了抗生素發(fā)酵工業(yè)的興起，而且使各種有機(jī)酸、酶制劑、維生素、激素等產(chǎn)品都可以利用液體深層通氣培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。 1943年 美國(guó)和英國(guó)合作 研制出青霉素液體深層通氣發(fā)酵工藝，包括： 5m3機(jī)械攪拌發(fā)酵罐；通入采用纖維過濾進(jìn)行高效率除菌的無菌空氣；通過攪拌使空氣分布均勻；培養(yǎng)基的滅菌和無菌接種；使微生物培養(yǎng)和發(fā)酵過程中的溫度、 pH、通氣量、培養(yǎng)物的供給嚴(yán)格控制；之后離心萃取，冷凍干燥。 —— 丙酮 丁醇的厭氧發(fā)酵： Weizmann等人發(fā)明簡(jiǎn)便的密閉式發(fā)酵罐（低碳鋼制成的具有半圓形的頂和底的圓筒形發(fā)酵罐），采用高
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