发酵工程研究进展

发酵工程研究进展姓名：黄永杰学号：201107002129班级：生物工程1101班1.发酵工程技术的发展趋势与方向发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。1.1发酵工程技术的发展发酵技术的发展经历了如下几个阶段：(1)自然发酵阶段：这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的方法进行传统酿造食品的生产。(2)纯培养厌氧发酵技术的建立：这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行厌氧发酵生产酒精等工业产品。(3)通气搅拌发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征为，成功地建立起深层通气进行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的开端。(4)代谢调控发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而得到所需产品。(5)现代发酵工程技术的建立：这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个方面：①原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌种选育方面的应用，为发酵工程技术带来了方法上、手段上的重大变化和革命。②计算机控制发酵技术，固定化细胞技术，发酵工程优化控制技术，先进的提取、分离、纯化技术以及现代化的发酵与提取设备的应用，使发酵工业得到了迅速的发展，并展现了广阔的前景。1.2发酵工程的应用领域(1)轻工业轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：①酒和溶剂类：如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮、丁醇等；②有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等；③氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等；④酶制剂类：如食品工业用酶、纺织工业用酶、饲料工业用酶等；⑤功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。（2）生物医药工业通过发酵工程技术，可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列等）。（3）农牧业通过发酵工程技术，可以生产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、饲料蛋白、饲料工业用酶等。（4）环境保护发酵工程技术，可用于污水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、土壤污染的修复。（5）能源开发通过发酵工程技术可利用可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进行微生物冶金等。1.3现代发酵工程技术的发展方向展望由于发酵工业生产具有反应条件温和，生产原料来源广泛，价格低廉，以及与其它工业相比投资少、见效快，经济与社会效益显著等诸多优点。而且，通过发酵工程技术生产的产品种类多、应用面广。因此，发酵工程具有广阔的发展应用前景。近年来，生物技术的迅速发展有力地推动了发酵工程技术的发展。而发酵工程技术的应用，则是直接将生物技术转化为生产力，用于生产人类所需的各种产品，以及为社会服务的重要手段。因此，基因工程、细胞工程、酶工程技术的最终实施，主要是依靠发酵工程技术来完成的。所以现代发酵工程是生物技术的重要内容之一，是生物技术实现产业化的必由之路，是未来经济社会发展过程中富有生机和活力的一个重要产业群体。目前发酵工程技术的研究主要集中在如下几个方面：（1）采用基因工程、细胞工程技术与常规微生物育种方法相结合，辅之以激光、离子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选育发酵工业所需的各种优良生产菌种。（2）开发研制社会需要、附加值高的新型发酵产品。（3）采用发酵工程技术取代部分传统化工产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗，减少污染物的排放。（4）研究开发发酵和提取新技术、新工艺、新设备，提高产品收率、节能降耗。（5）大规模工业化发酵生产技术。2.河南省科学院生物研究所在发酵工程学科领域的人才、技术、条件、学术及科研情况河南省科学院生物研究所是以生物学和生物技术研究与开发为主的自然科学研究机构。1958年建所，1978年恢复重建。自1978年恢复重建的27年来，本所在历届领导班子的带领下，不断强化自我，开拓创新，逐步形成了学科门类齐全，优势突出，结构合理的人才队伍。1985年以来，随着科技体制改革的不断深入，我所紧密围绕社会主义经济建设之所需，逐步转向了以生物技术开发应用为主的发展方向，并在研发工作中不断调整研究方向，加强人才集成，在自我发展中逐步形成了本所特有的学科优势与研发特点。2.1人材情况考虑到河南省为农业大省，农副产品的精深加工和转化升值需要发酵工程技术强有力的技术支撑，同时，考虑到发酵工程具有广阔的应用前景，在经济建设和社会发展中发挥着重要作用，因此，近20多年来，我所一直把发酵工程学科作为我所优先发展的重点学科领域。目前，我所有30多名人员从事发酵工程技术研发工作，这批科研人员中间有政府津贴享受者和省管专家5名，研究员5名，副研究员11名。2001年我所与河南师范大学共建了应用微生物硕士点，拥有硕士授予权，主要是培养发酵工程方面的硕士研究生，迄今该硕士点已培养了硕士研究生10余名，其中由我所亲自培养的硕士研究生2名。目前，河南大学已与我所合作申报发酵工程硕士点，申报工作正在进行之中。此外，我所刘仲敏研究员还被河南农业大学生物工程学院和河南莲花味精集团技术中心（国家级工程技术中心）聘为硕士生导师。就我所发酵工程学科人材状况来讲，经过二十多年来的发展，我所在发酵工程领域已形成了一支研发实力强、人材结构合理的研发队伍。这个队伍在国内具有一定影响，在省内具有较大影响和知名度。2.2科研开发情况在发酵工程、酶工程研究与开发应用方面，近20年来，我所承担了多项国家及省科技攻关项目，研究内容涉及到有机酸、酶制剂、氨基酸、抗生素、酒精、果酒、黄原胶、微生物多糖、生物农药、生物肥料等发酵产品新菌种的选育，新工艺、新技术的应用和新产品的开发研制。在有机酸发酵方面，我所何伯安研究员率领的课题组开创了用玉米、薯干等原料工业化生产食用乳酸和乳酸系列产品，并将该技术向河南、东北、四川等地的多家企业转让。其中河南郸城乳酸厂已发展成为亚洲第一大乳酸厂，年产精制乳酸、乳酸钙等产品四万余吨，年销售收入二亿多元，为我国乳酸工业的建立与发展做出了突出贡献。在柠檬酸生产方面，郭守令副研究员历时七年，从自然界采集的817个样品中，筛选出3458株柠檬酸野生菌株，最终经人工诱导选育出高产柠檬酸新菌种129B-6。在谷氨酸发酵方面，我所与河南省莲花味精集团有限公司合作，共同承担了2000年省重大科技攻关项目“FM00-187谷氨酸高产酸菌种的选育”。刘仲敏研究员与河南省莲花味精集团技术中心的科技人员经过三年的不懈努力和刻苦攻关，选育出FM00-187谷氨酸高产酸菌株，其工业化大生产发酵产酸率平均为14.3g/100ml，较国内最高产酸率10.5g/100ml有了大幅度提高，其主要生产技术指标达到国际先进水平，稳居国内领先水平，年创经济效益2.5亿元。在新技术、新工艺开发方面，我所刘仲敏研究员开发了“载体固定化增殖酵母用于淀粉质原料酒精生产新技术”，并成功地在北方广大地区的酒精生产企业推广应用，有力地促进了酒精行业的科技进步，节约了大量的粮食，大幅度降低了水、电、汽等资源和能源的消耗，取得了十分显著的经济效益和社会效益。在果酒生产上，我所曹友声研究员、刘仲敏研究员采用现代生物技术选育了优良香槟酒酵母生产菌株，并成功地在烟台张裕公司的起泡酒生产中应用，取得了显著的经济效益。在调味品发酵新技术开发方面，我所王子光副研究员多年来一直致力于酱油、食醋等调味品发酵新技术的开发，取得了多项科技成果，促进了调味品行业的技术进步。在酶工程技术研究方面，我所刘仲敏研究员先后主持了高转化率糖化酶、耐高温α－淀粉酶、真菌α－淀粉酶等酶制剂产品的菌种选育和产品的开发研制工作。刘德海副研究员近年来一直致力于饲料工业用酶的研究开发，先后开发了畜禽专用复合酶、纤维素复合酶等饲料工业用酶，取得了良好的应用效果。此外，我所在微生物肥料、微生物多糖、麦白霉素、林肯霉素、红霉素等发酵产品的研究与开发方面均开展了相关研究工作，取得了一定建树。近十余年来，在发酵工程领域由我所主持完成并获得省科技进步二等奖的项目如下：（1）载体固定化增殖酵母应用于淀粉质原料酒精生产的研究；（2）香槟酒酵母C1、C3、C4发酵性能试验研究与高档香槟酒的研制；（3）高温季节食醋稳产高产新技术研究与应用；（4）纤维素复合酶生产新工艺和开发应用研究；（5）《现代工业微生物学》；（6）畜、禽、水产专用酶制剂的开发与应用研究。2.3学术研究情况近20年来，我所科研人员在开展科研和开发的同时，还积极从事发酵工程方面的学术研究工作，认真撰写论文和学术专著。据不完全统计，我所科技人员在《微生物学通报》、《食品与发酵工业》、《食品工业科技》、《中国酿造》、《中国调味品》、《酿酒科技》、《食品工业》、《河南科学》等学术刊物上发表的论文有100余篇。并在近些年来出版了4部颇有影响的学术专著。这些著作为：（1）《现代应用生物技术》刘仲敏、林兴兵主编，化学工业出版社2004年10月出版，100.6万字。（2）《现代工业微生物学》曹友声、刘仲敏主编，湖南科学技术出版社1998年3月出版，71.8万字。（3）《生物农药》赵永贵、刘仲敏主编，中国科学技术出版社1995年10月出版，56万字。（4）《酱油食醋酿造技术与分析》王子光、杨玉华主编，中国农业科技出版社1998年12月出版，26万字。2.4研发条件在发酵工程技术的研发条件建设方面，我所拥有小型自控发酵罐，超净工作台，无菌室、恒温摇床、荧光显微镜、高压灭菌锅、冷冻离心机、氨基酸分析仪、高效液相色谱系统、紫外分光光度计等常规仪器设备200余台套，还有一个微生物发酵中试和生产基地，具备了从事研究、开发与生产的良好基础条件，为我所发酵工程学科的发展奠定了良好的基础。