生物发酵工程论文

发酵工程的应用及发展前景

发酵工程，是指采用现代工程技术手段，利用

微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

它是一级学科“轻工技术与工程”中的一个重要分支和重点发展的二级学科，在生物技术产业化过程中起着关键作用。

发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。

（4）微生物是发酵工程的灵魂。

（5）发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。

发酵工程是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。

发酵工程的应用

1、在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素－2、抗血友病因子等。

2、在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问 题。

固态发酵应用范围极为广泛

传统上人们利用固态发酵生产面包、麦芽、酒曲、酒精饮料、酱油、豆豉、蘑菇等食品或生产中间原料。

近代研究发现利用固态发酵生产的一些食品中含有生理活性物质，表明了固态发酵在生产这些食品及食品添加剂上有优势。随着能源危机与环境问题的日益严重，固态发酵技术以其特有的优点引起人们极大的兴趣。人们在固态发酵领域的研究及其在资源环境、蛋白质饲料中的应用取得了较大进展，主要表现在生物饲料、生物燃料、生物农药、生物转化、生物解毒及生物修复等方面的成功开发应用，

为固态发酵的不断发展提供了强有力支持，为传统技术发扬光大提供了广阔的应用前景。

1、酒精发酵和乳酸发酵生产葡萄酒

(1)、破碎和去梗

(2)、酒精发酵和浸渍

(3)、更换容器和压榨皮渣

(4)、乳酸发酵

在红葡萄酒酿造过程中，通常会进行称为乳酸发酵的副发酵。副发酵是利用乳酸菌把酒中酸涩的苹果酸变成较柔顺且稳定的乳酸。

2、生产味精

全世界都采用发酵法生产味精。发酵法生产味精的原料基本上都是淀粉、砂糖、醋酸、糖蜜等天然物质，因此味精不是化学合成产品。

3、生物发酵处理垃圾

BTA工艺流程可广泛应用于处理生活垃圾、商业垃圾、农业垃圾及城市固体垃圾中的可降解生物垃圾(Biowaste)（垃圾中的有机物部份）。通过BTA工艺流程可将垃圾转换成高质量的生物燃气(Biogas)和有机肥(Compost)，生物燃气又可发电并产出热能。

用BTA工艺流程进行垃圾处理时，所用的水基本都是在生产过程中产生的循环水，多余的水可直接应用于农业灌溉或进行进一步的污水清洁处理。

较为常用的是BTA单级发酵系统。垃圾浆料的发酵在混合发酵反应罐中一次完成。考虑到投资与运行的成本，现有的发酵设备（如污水处理厂、农业沼气厂的发酵罐）都可以直接改造利用这一工艺。BTA单级发酵系统完全可应用于现有的垃圾处理工厂扩大产量，如果要进行餐厨垃圾的处理还有必要再增加一些BTA杀菌消毒设施。

还有一种BTA多级发酵系统，大多用于年处理量超过5万吨的工厂。在BTA多级发酵系统中垃圾浆料通过脱水分离成固态物质和液相物质。液相中包含可溶解的有机成份，可以直接泵入厌氧发酵罐（甲烷反应器）中。经过脱水后的固体渣料中由于仍然包含有未溶解的有机成份，可再一次将其与水混合打进水解反应器，经过约4天后对这些悬浮液再次脱水，然后将液体部分注入到发酵罐（甲烷反应器）中。通过在不同反应器(酸化、水解和甲烷)中的降解过程，BTA多级发酵系统为微生物创造最理想的生长条件，加快了生物的降解速度，只需要几天时间就使60%—80%的有机物质转化成甲烷气体。

发酵工程的前景 ：

1 该学科前途无量，需要发展：发酵工程作为最早从事微生物学的研究领域，在过去的3个世纪中为人类的生活、生存、社会的发展作出了重大的贡献。但这些都是过去的成就。发酵工程与现在的生物工程（基因工程）相比，是处于劣势，因为其是个老学科，在很多人看来，其没有什么大的学问，通过一些操作过程的控制和菌种的筛选难以达到基因工程那样迅捷的效果。但目前发酵工程不断在发展自己，不断整合其他学科的优点来发展自己：1 上游方面：在菌种选育方面与基因工程相结合，从源头上来发展自己的优势。但这一方面存在很大的问题，因为搞基因的人对发酵不很熟悉，使得许多基因工程菌难以发酵生产产品，而且基因工程菌发酵的乙酸问题到现在还没有解决；另一方面，基因工程领域的专家对发酵工业具有很大应用价值的菌种还没有做深入研究（我指的是国内情况），国内还没有哪个基因中心对工业微生物进行基因测序，据我知道，华中农业大学已经在农业微生物方面已经与基因中心在进行农业微生物的测序工作，而工业微生物还没有第一个吃螃蟹的人，主要是因为工业微生物这个菌种生产上不行了，换个就是了，舍不得花钱。当然哦，测序的费用也很大，需要基因工程进一步提高技术降低测序成本。2工艺方面： 在过程控制中，与微生物学、微生物生理学、计算机工程、控制工程、化工工程等学科相结合，将过程操作变数与微生物生理状态结合起来。基于微生物反应原理的培养基组成优化；基于微生物代谢特性的分阶段培养策略；基于代谢通量分析的发酵优化策略。等等策略的利用，华东理工大学的多尺度控制策略（叶勤教授等）就是将化工领域的策略运用到微生物学领域的典型范例，并取得很大的成就（华北制药等等）。3 下游方面：也是我个人认为最薄弱、最需要发展的方面。从我所知道的情况，目前我们很多产品都能通过发酵工程发酵生产出来，但我们没有办法将其从发酵液中拿出来，这是我们发酵工程最需要解决的问题。为什么会出现这样的问题呢？因为搞发酵工程的人大多是搞微生物学或者食品方向的，缺乏化学工程的学术背景，而发酵产品提取需要化工背景的人来做，但我们国家化学工程方面的人不屑于做这些事情，一方面是发酵工程方面的人搞不定产品的提取，一方面是化工背景的人不屑于做这样的事情，才导致我们国家很多发酵产品虽然能发酵出来，但不能提出出来进入市场。

2 该学科在积极拓展自己的领域：最明显的例子是交叉学科的出现，如发酵工程与环境工程的交叉形成了环境生物技术，与化工交叉的生物化工，与纺织工业交叉的纺织生物工程等的等。