發酵工程的技術

    發酵工程是指采用工程技術手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體(ti) 酶的某些功能，為(wei) 人類生產(chan) 有用的生物產(chan) 品，或直接用微生物參與(yu) 控製某些工業(ye) 生產(chan) 過程的一種技術。人們(men) 熟知的利用酵母菌發酵製造啤酒、果酒、工業(ye) 酒精，乳酸菌發酵製造奶酪和酸牛奶，利用真菌大規模生產(chan) 等都是這方麵的例子。隨著科學技術的進步，發酵技術也有了很大的發展，並且已經進入能夠人為(wei) 控製和改造微生物，使這些微生物為(wei) 人類生產(chan) 產(chan) 品的現代發酵工程階段。現代發酵工程作為(wei) 現代生物技術的一個(ge) 重要組成部分，具有廣闊的應用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌種並且提高其產(chan) 量；利用微生物發酵生產(chan) 藥品，如人的胰島素、幹擾素和生長激素等。

    已經從(cong) 過去簡單的生產(chan) 酒精類飲料、生產(chan) 醋酸和發酵麵包發展到今天成為(wei) 生物工程的一個(ge) 極其重要的分支，成為(wei) 一個(ge) 包括了微生物學、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的一個(ge) 多學科工程。現代發酵工程不但生產(chan) 酒精類飲料、醋酸和麵包，而且生產(chan) 胰島素、幹擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫療保健藥物，生產(chan) 天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農(nong) 用生產(chan) 資料，在化學工業(ye) 上生產(chan) 氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。

    從(cong) 廣義(yi) 上講，發酵工程由三部分組成：是上遊工程，中遊工程和下遊工程。其中上遊工程包括優(you) 良種株的選育，zui適發酵條件（pH、溫度、溶氧和營養(yang) 組成）的確定，營養(yang) 物的準備等。中遊工程主要指在zui適發酵條件下，發酵罐中大量培養(yang) 細胞和生產(chan) 代謝產(chan) 物的工藝技術。這裏要有嚴(yan) 格的無菌生長環境，包括發酵開始前采用高溫高壓對發酵原料和發酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術；在發酵過程中不斷向發酵罐中通入幹燥無菌空氣的空氣過濾技術；在發酵過程中根據細胞生長要求控製加料速度的計算機控製技術；還有種子培養(yang) 和生產(chan) 培養(yang) 的不同的工藝技術。此外，根據不同的需要，發酵工藝上還分類批量發酵：即一次投料發酵；流加批量發酵：即在一次投料發酵的基礎上，流加一定量的營養(yang) ，使細胞進一步的生長，或得到更多的代謝產(chan) 物；連續發酵：不斷地流加營養(yang) ，並不斷地取出發酵液。在進行任何大規模工業(ye) 發酵前，必須在實驗室規模的小發酵罐進行大量的實驗，得到產(chan) 物形成的動力學模型，並根據這個(ge) 模型設計中試的發酵要求，zui後從(cong) 中試數據再設計更大規模生產(chan) 的動力學模型。由於(yu) 生物反應的複雜性，在從(cong) 實驗室到中試，從(cong) 中試到大規模生產(chan) 過程中會(hui) 出現許多問題，這就是發酵工程工藝放大問題。下遊工程指從(cong) 發酵液中分離和純化產(chan) 品的技術：包括固液分離技術（離心分離，過濾分離，沉澱分離等工藝），細胞破壁技術（超聲、高壓剪切、滲透壓、表麵活性劑和溶壁酶等），蛋白質純化技術（沉澱法、色譜分離法和超濾法等），zui後還有產(chan) 品的包裝處理技術（真空幹燥和冰凍幹事燥等）。

    此外，在生產(chan) 藥物和食品的發酵工業(ye) 中，需要嚴(yan) 格遵守美國聯邦食品和藥物管理局所公布的cGMPs的規定，並要定時接受有關(guan) 當局的檢查監督。