發(fā)酵工程概況及發(fā)展趨勢-資料下載頁
2025-09-11 21:01本頁面
【正文】 展。 發(fā)酵過程中利用數學、動力學、化工原理、計算機技術、自動控制技術對發(fā)酵過程的研究，使間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的工藝控制更為合理，新工藝、新技術層出不窮： —— 日本的塔式連續(xù)發(fā)酵設備可以適合各種連續(xù)通風發(fā)酵的工藝要求。 —— 法國的 LM型單極連續(xù)發(fā)酵槽用于連續(xù)培養(yǎng)酵母，其機構設計相當簡單，而效率卻十分高 。 —— 實驗室萬能發(fā)酵罐適用于任何發(fā)酵生產，可同時記錄 24個不同的理化和生化數據。 —— 日本還對塔式連續(xù)發(fā)酵設備進行了數學模擬計算，發(fā)酵過程全部技術參數，包括溫度、 pH、罐壓、溶氧、氧化還原電位、空氣流量、 CO2含量等均可自動控制和記錄并付諸應用。 —— 不少發(fā)酵工廠實現了程序自動控制，發(fā)酵過程使用了程序控制的特種數字計算機，生產效率大大提高。 （六）基因工程階段（ 1979年～今） 20世紀 70年代發(fā)展起來的 DNA重組技術，又大大推動了發(fā)酵技術的發(fā)展： 先是細胞融合技術，得到許多具有特殊功能和多功能的菌株，再通過常規(guī)發(fā)酵得到很多新的有用物質。如植物細胞融合，可以得到多功能的植物細胞，通過植物細胞培養(yǎng)，生產保健品和藥品。 近年來得到迅猛發(fā)展的基因工程技術，可以在體外重組生物細胞的基因，并克隆到微生物細胞中構建成工程菌株，利用工程菌生產原來微生物不能合成的產物，如胰島素、干擾素等，大大拓寬了發(fā)酵工業(yè)的范圍。 針對大多數基因工程菌的表達產物在胞內，超聲細胞破碎、高壓勻漿、高分子伴隨式破碎等新技術、新工藝不斷涌現。 隨著轉基因植物的問世，發(fā)酵設備 —— 生物反應器也不再是傳統意義上的鋼鐵設備，昆蟲軀體、動物細胞乳腺、植物細胞的根莖果實都可以看作是一種生物反應器。 基因工程技術使發(fā)酵工業(yè)發(fā)生了革命性變化。 二．現代發(fā)酵工程技術的發(fā)展趨勢 （一）基因工程的發(fā)展將為現代發(fā)酵工程技術帶來新的活力 基因工程技術為發(fā)酵工程技術提供了無限的潛力，掌握了基因工程技術就可以按照人們的意志來創(chuàng)造新的物種。 在此基礎上，對傳統發(fā)酵工業(yè)進行改造或建立新型發(fā)酵產業(yè)。 (二 )結合細胞工程技術，采用發(fā)酵工程技術進行動植物細胞培養(yǎng) 細胞融合技術使動植物細胞的人工培養(yǎng)進入了一個新的階段，借助微生物細胞培養(yǎng)與發(fā)酵的先進技術，大量培養(yǎng)動植物細胞，能夠產生許多微生物細胞不具備的特有的代謝產物。 （三）應用酶工程技術，將固定化（酶或細胞）技術廣泛應用于發(fā)酵工業(yè) 利用固定化細胞或酶進行工業(yè)化發(fā)酵生產，可以簡化分離提取和純化工藝，固定化后的細胞或酶穩(wěn)定性提高，可以反復使用，改善了生物反應的經濟性。 還可以將某些產物的發(fā)酵法改為固定化復合酶多級反應，將成為發(fā)酵工程技術巨大革新。 展望未來，酶工程技術在發(fā)酵工程技術中的應用必將不斷擴大，特別是在解決未來世界環(huán)境和能源問題方面將起主導作用。 （四）重視生化工程技術在發(fā)酵工業(yè)中的應用 生化工程技術是指生化反應器、生物傳感器、生化產品的分離提取和純化等下游工程技術。自 1960年以來，一直是生物工程技術中發(fā)展較快的工程技術體系。 生化反應器是生物化學反應的場所，其涉及流體力學、傳質、傳熱和生化反應動力學等學科?，F代生物工程技術從實驗室成果轉化為巨大的社會經濟效益，都是通過各種類型和規(guī)模的生化反應器來實現的。 —— 現代發(fā)酵中絕大多數生化反應器屬于非均相反應器，基本分為機械攪拌式、鼓泡式、環(huán)流式三大類。 —— 進行工藝設計時應考慮：第一，選擇特異性高的酶或產物產量高的細胞，以減少發(fā)酵副產物，提高原料利用率；第二，盡量提高產物濃度，減少投資和產品回收指出。 —— 生化反應器設計亟待解決的問題是：生物工藝過程的程序控制、反應器的散熱、提高反應效率等；對于非牛頓流體發(fā)酵醪（如絲狀真菌發(fā)酵液）和高粘度多糖（如黃原膠）發(fā)酵液，缺乏流變特性數據，也是反應器設計和放大的困難所在。 生物傳感器是發(fā)酵控制的關鍵，要實現生化反應器的自動化和連續(xù)化，其研究和設計是發(fā)酵工程技術發(fā)展的必然趨勢。 產物的分離與純化技術是現代生物技術產業(yè)化重要環(huán)節(jié)，其技術水平的高低對取得應有的經濟效益起到至關重要的作用。 （五）加強代謝機理與調控研究，使微生物的發(fā)酵機能得到進一步開發(fā)，發(fā)酵生產更多代謝產品 由于生物代謝多樣性的特點，至今研究透徹的生物代謝途徑只是眾多代謝途徑中的一小部分。 加強代謝機理與調控研究，弄清更多生物的代謝調節(jié)機制，將會開發(fā)出更多有價值的生物代謝產品。 （六）開拓極端環(huán)境微生物與極端環(huán)境酶 極端 環(huán)境 微生物（ extremophiles ）產生的酶稱為極端 環(huán)境酶（ estremozymes），由于極端微生物和極端酶的極端穩(wěn)定性，為開拓新的生物催化和生物轉化提供了廣大的應用前景。 （七）生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開拓了發(fā)酵工程技術的新領域 微生物酶生物合成法與化學合成法相結合，使發(fā)酵產物通過化學修飾及化學結構改造進一步為生產更多精細化工產品開拓了一個全新領域。 （八）再生資源的利用給人們帶來了希望 對各類廢棄物的治理和轉化，變害為益，實現無害化、資源化和產業(yè)化具有種意義。 目前對纖維素廢料發(fā)酵生產酒精已取得重大進展。
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