發(fā)酵工程概況及發(fā)展趨勢(shì)-資料下載頁(yè)
2025-09-11 21:01本頁(yè)面
【正文】 展。 發(fā)酵過(guò)程中利用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化工原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)發(fā)酵過(guò)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(shù)層出不窮： —— 日本的塔式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備可以適合各種連續(xù)通風(fēng)發(fā)酵的工藝要求。 —— 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 。 —— 實(shí)驗(yàn)室萬(wàn)能發(fā)酵罐適用于任何發(fā)酵生產(chǎn)，可同時(shí)記錄 24個(gè)不同的理化和生化數(shù)據(jù)。 —— 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(guò)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。 —— 不少發(fā)酵工廠實(shí)現(xiàn)了程序自動(dòng)控制，發(fā)酵過(guò)程使用了程序控制的特種數(shù)字計(jì)算機(jī)，生產(chǎn)效率大大提高。 （六）基因工程階段（ 1979年～今） 20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來(lái)的 DNA重組技術(shù)，又大大推動(dòng)了發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展： 先是細(xì)胞融合技術(shù)，得到許多具有特殊功能和多功能的菌株，再通過(guò)常規(guī)發(fā)酵得到很多新的有用物質(zhì)。如植物細(xì)胞融合，可以得到多功能的植物細(xì)胞，通過(guò)植物細(xì)胞培養(yǎng)，生產(chǎn)保健品和藥品。 近年來(lái)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(lái)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。 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)。 隨著轉(zhuǎn)基因植物的問(wèn)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(chóng)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)使發(fā)酵工業(yè)發(fā)生了革命性變化。 二．現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) （一）基因工程的發(fā)展將為現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)帶來(lái)新的活力 基因工程技術(shù)為發(fā)酵工程技術(shù)提供了無(wú)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(lái)創(chuàng)造新的物種。 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)。 (二 )結(jié)合細(xì)胞工程技術(shù)，采用發(fā)酵工程技術(shù)進(jìn)行動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng) 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。 （三）應(yīng)用酶工程技術(shù)，將固定化（酶或細(xì)胞）技術(shù)廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè) 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。 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。 展望未來(lái)，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(lái)世界環(huán)境和能源問(wèn)題方面將起主導(dǎo)作用。 （四）重視生化工程技術(shù)在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 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)。自 1960年以來(lái)，一直是生物工程技術(shù)中發(fā)展較快的工程技術(shù)體系。 生化反應(yīng)器是生物化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，其涉及流體力學(xué)、傳質(zhì)、傳熱和生化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等學(xué)科。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(guò)各種類(lèi)型和規(guī)模的生化反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 —— 現(xiàn)代發(fā)酵中絕大多數(shù)生化反應(yīng)器屬于非均相反應(yīng)器，基本分為機(jī)械攪拌式、鼓泡式、環(huán)流式三大類(lèi)。 —— 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。 —— 生化反應(yīng)器設(shè)計(jì)亟待解決的問(wèn)題是：生物工藝過(guò)程的程序控制、反應(yīng)器的散熱、提高反應(yīng)效率等；對(duì)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(shù)據(jù)，也是反應(yīng)器設(shè)計(jì)和放大的困難所在。 生物傳感器是發(fā)酵控制的關(guān)鍵，要實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)器的自動(dòng)化和連續(xù)化，其研究和設(shè)計(jì)是發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 產(chǎn)物的分離與純化技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重要環(huán)節(jié)，其技術(shù)水平的高低對(duì)取得應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益起到至關(guān)重要的作用。 （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(kāi)發(fā)，發(fā)酵生產(chǎn)更多代謝產(chǎn)品 由于生物代謝多樣性的特點(diǎn)，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(qiáng)代謝機(jī)理與調(diào)控研究，弄清更多生物的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制，將會(huì)開(kāi)發(fā)出更多有價(jià)值的生物代謝產(chǎn)品。 （六）開(kāi)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(chǎn)生的酶稱(chēng)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(kāi)拓新的生物催化和生物轉(zhuǎn)化提供了廣大的應(yīng)用前景。 （七）生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開(kāi)拓了發(fā)酵工程技術(shù)的新領(lǐng)域 微生物酶生物合成法與化學(xué)合成法相結(jié)合，使發(fā)酵產(chǎn)物通過(guò)化學(xué)修飾及化學(xué)結(jié)構(gòu)改造進(jìn)一步為生產(chǎn)更多精細(xì)化工產(chǎn)品開(kāi)拓了一個(gè)全新領(lǐng)域。 （八）再生資源的利用給人們帶來(lái)了希望 對(duì)各類(lèi)廢棄物的治理和轉(zhuǎn)化，變害為益，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、資源化和產(chǎn)業(yè)化具有種意義。 目前對(duì)纖維素廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精已取得重大進(jìn)展。
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