發(fā)酵工程概況及發(fā)展趨勢(參考版)
2024-09-22 21:01本頁面
【正文】 。 （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 （六）開拓極端環(huán)境微生物與極端環(huán)境酶 （五）加強代謝機理與調(diào)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(chǎn)更多代謝產(chǎn)品 —— 進行工藝設(shè)計時應(yīng)考慮：第一，選擇特異性高的酶或產(chǎn)物產(chǎn)量高的細胞，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?，F(xiàn)代生物工程技術(shù)從實驗室成果轉(zhuǎn)化為巨大的社會經(jīng)濟效益，都是通過各種類型和規(guī)模的生化反應(yīng)器來實現(xiàn)的。 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)。 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。 還可以將某些產(chǎn)物的發(fā)酵法改為固定化復(fù)合酶多級反應(yīng)，將成為發(fā)酵工程技術(shù)巨大革新。 利用固定化細胞或酶進行工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)，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(fù)使用，改善了生物反應(yīng)的經(jīng)濟性。 細胞融合技術(shù)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(shù)，大量培養(yǎng)動植物細胞，能夠產(chǎn)生許多微生物細胞不具備的特有的代謝產(chǎn)物。 在此基礎(chǔ)上，對傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)進行改造或建立新型發(fā)酵產(chǎn)業(yè)。 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。 基因工程技術(shù)使發(fā)酵工業(yè)發(fā)生了革命性變化。 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(yīng)器。 針對大多數(shù)基因工程菌的表達產(chǎn)物在胞內(nèi)，超聲細胞破碎、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)。 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胞的基因，并克隆到微生物細胞中構(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。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(chǎn)保健品和藥品。 （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(shù)，又大大推動了發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展： —— 日本還對塔式連續(xù)發(fā)酵設(shè)備進行了數(shù)學模擬計算，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含量等均可自動控制和記錄并付諸應(yīng)用。 —— 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(gòu)設(shè)計相當簡單，而效率卻十分高 。 3 .發(fā)酵動力學、發(fā)酵過程的連續(xù)化、自動化工程技術(shù)的建立 —— 采用微生物發(fā)酵法與化學合成法可生產(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。 對于化學合成法不能生產(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。葡萄糖酸、谷氨酸、乳酸的一部分也用化學合成法制造。 2． 微生物酶生物合成與化學合成相結(jié)合的工程技術(shù)的建立 石油化工副產(chǎn)物石蠟、醋酸、甲醇以及甲烷等碳氫化合物被用來作為發(fā)酵原料，從而開始了所謂石油發(fā)酵時期。 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。 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 第三個轉(zhuǎn)折時期 。對攪拌型發(fā)酵罐進行了改良，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。從初級代謝產(chǎn)物到次級代謝產(chǎn)物。攪拌型發(fā)酵罐已達 500m3，氣升式發(fā)酵罐已達2022m3。 該階段的特點 —— 對純種發(fā)酵和無菌操作要求嚴格。 該技術(shù)在核苷酸、有機酸、抗生素等次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。 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） 。 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。 代謝調(diào)控發(fā)酵工程技術(shù) 是指以動態(tài)生物化學和微生物遺傳學為基礎(chǔ)，從DNA分子水平上，控制微生物的代謝途徑，使之進行最合理的代謝，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)。 隨著 20世紀 50年代 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和生化技術(shù)的進展，代謝調(diào)控發(fā)酵工程新技術(shù)應(yīng)運而生。 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 第二個轉(zhuǎn)折時期 。 該時期的特點是：微生物發(fā)酵的代謝活動已經(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。 不僅促進了抗生素發(fā)酵工業(yè)的興起，而且使各種有機酸、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)進行大規(guī)模生產(chǎn)。 通氣攪拌好氣性發(fā)酵工程技術(shù)的建立，標志著生物和化學工程相結(jié)合的生化工程的誕生，使發(fā)酵工程技術(shù)在微生物學、生物化學、生化工程三大學科基礎(chǔ)上迅速形成了一個完整的體系。 1943年 美國和英國合作 研制出青霉素液體深層通氣發(fā)酵工藝，包括： 5m3機械攪拌發(fā)酵罐；通入采用纖維過濾進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)物的供給嚴格控制；之后
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