傳統發酵工程的概念和特點

發酵工程是指利用微生物的某些特定功能，利用現代工程技術生產對人類有用的產品，或者直接將微生物應用於工業生產過程的新技術。發酵工程的內容包括菌種選擇、培養基配制、滅菌、擴大培養和接種、發酵過程和產物分離純化。是壹級學科“輕工技術與工程”的重要分支，是兩個學科的重點發展，在生物技術產業化中起著關鍵作用。1)“發酵”包括“微生物生理學嚴格定義的發酵”和“工業發酵”，“發酵工程”壹詞應為“工業發酵”。(2)在工業生產中，產品是通過“工業發酵”來加工或制造的，相應的加工或制造過程稱為“發酵過程”。為了實現工業化生產，需要解決工業生產環境、設備和過程控制的工程問題，以實現這些過程(發酵過程)，於是有了“發酵工程”。(3)發酵工程是根據發酵技術解決工業化生產的工程問題的學科。發酵工程從工程角度出發，將實現發酵技術的發酵工業過程分為菌種、發酵、精制(包括廢水處理)三個階段。這三個階段都有各自的工程問題，壹般分別稱為發酵工程的上遊、中遊和下遊工程。(4)微生物是發酵工程的靈魂。近年來，對發酵工程生物學特性的認識日益清晰，發酵工程正在向科學靠近。(5)發酵工程的基本原理是發酵工程的生物學原理。發酵工程是指利用工程技術，利用生物(主要是微生物)的某些功能和活性分離酶，生產對人類有用的生物產品，或直接利用微生物控制某些工業生產過程的技術。眾所周知的例子有酵母發酵生產的啤酒、果酒和工業酒精，乳酸菌發酵生產的奶酪和酸奶，真菌大規模生產青黴素。隨著科技的進步，發酵技術也有了很大的發展，已經進入了可以人工控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發酵工程階段。現代發酵工程作為現代生物技術的重要組成部分，具有廣闊的應用前景。比如利用基因工程有目的地改造原始菌株，提高其產量；利用微生物發酵生產藥物，如人胰島素、幹擾素和生長激素。它從簡單的生產酒精飲料、醋酸和發酵面包發展到今天生物工程的壹個極其重要的分支，成為包括微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程在內的多學科工程。現代發酵工程不僅生產酒精飲料、醋酸、面包，還生產胰島素、幹擾素、生長激素、抗生素、疫苗等多種醫療保健藥品，生產天然農藥、菌肥、微生物除草劑等農業生產資料，化學工業生產氨基酸、香料、生物聚合物、酶、維生素、單細胞蛋白等。從廣義上講，發酵工程由三部分組成:上遊工程、中遊工程和下遊工程。上遊項目包括優良種子植物的選擇、最佳發酵條件(pH、溫度、溶解氧、營養成分)的確定、營養物質的配制。中遊項目主要是指在最佳發酵條件下，在發酵罐中培養大量細胞並生產代謝產物的技術。這裏要有嚴格的無菌生長環境，包括發酵開始前對發酵原料、發酵罐和各種連接管道進行高溫高壓滅菌的技術；發酵過程中向發酵罐內持續通入幹燥無菌空氣的空氣過濾技術；發酵過程中根據細胞生長需求控制補料速度的計算機控制技術；種子培養和生產培養也有不同的技術。此外，根據不同的需要，分批發酵在發酵技術上也有分類:壹次性補料發酵；補料分批發酵:即在壹次性補料發酵的基礎上，補加壹定量的營養物質，使細胞或獲得的代謝產物進壹步生長；連續發酵:不斷添加營養物質，取出發酵液。在任何大規模工業發酵之前，都必須在實驗室規模的小型發酵罐中進行大量實驗，以獲得產物形成的動力學模型，並根據該模型設計中試的發酵要求，最後由中試數據設計出更大規模生產的動力學模型。由於生物反應的復雜性，從實驗室到中試，從中試到大規模生產的過程中會出現很多問題，這就是發酵工程過程放大的問題。下遊工程是指從發酵液中分離純化產品的技術，包括固液分離技術(離心分離、過濾分離、沈澱分離等。)、細胞破壁技術(超聲波、高壓剪切、滲透壓、表面活性劑、溶壁酶等。)、蛋白質純化技術(沈澱、層析分離和超濾等。)，最後是產品包裝和加工技術(真空幹燥和冷凍幹燥等)。).此外，在生產藥品和食品的發酵行業，要嚴格遵守美國聯邦美國食品藥品監督管理局公布的cGMPs規定，定期接受相關主管部門的檢查和監督。