发酵工程技术原理及应用

潘玉梅

（西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳 621000）

发酵工程是生物技术的重要组成部分以及产业化的重要环节[1]，发酵工程技术有着悠久的历史，经历了“农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程”三个发展阶段。早在几千年前，人们在药品、乳制品等方面应用了发酵工程技术[2]。

1 发酵工程原理与技术

1.1 微生物菌种的选育

发酵工业主要利用工业微生物进行发酵，工业微生物具有个体小、种类多、繁殖快、分布广、代谢能力强等特点。对微生物要求也较为严格，用在发酵工业的微生物需要满足以下条件：能在廉价原料制备的培养基上迅速生长并生成所需的代谢产物，且产量高；培养条件易于控制；生长迅速，发酵周期短；满足代谢控制的要求；抗暖菌体和杂菌能力强；遗传性状稳定，菌种不易变异退化；在发酵过程中产生的泡沫要少；对需要添加的前体物质有耐受能力；并且不能将这些前体物质作为一般碳源使用；不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗生素、激素和病毒）以保证安全。

1.2 微生物种子的扩大培养

种子扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶或静置培养及种子罐逐级放大培养，而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种培养物称为种子，是发酵工程的一个组成部分，其实旨是将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养，最终获得一定数量和质量的纯种过程。

2 发酵工程的应用

2.1 在农业中的应用

利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用，一些传统废物也可经过发酵工程制备成为新型饲料，为回收利用作出了巨大贡献。

2.2 在医药方面的应用

微生物发酵法是生物转化的方法之一，在医药领域中早有应用，将现代微生物技术与医药研究相结合。可以提高有效成分的含量、增强药材疗效、降低毒副作用等。发酵工程在制药过程中需要经过少量发酵种子液；灌装培养基；发酵罐中加入种子液发酵；检测OD、溶氧量等指标；流加培养基、搅拌；发酵到对数生长期后，进行诱导；诱导表达一段时间后进行放罐等过程。

2.3 在食品工业中的应用

2.3.1 传统发酵产品

传统的发酵产品包括酱油、啤酒、食醋等。以食醋的生产为例，主要利用醋酸菌将醋醅中的酒精转化为醋酸的能力，通过醋酸菌中与膜结合的吡咯喹啉醌-乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶来完成的，这两种酶的结构和特性决定了该菌种的适应能力和转化能力。醋酸是食醋中的主要成分，它可以抑制杂菌生长，从而防止食品受到污染变质。但在某些饮料生产中醋酸菌也会造成一定的危害,例如在葡萄酒生产中，醋酸含量达到1.2～1.4 g/L时，即可被认作受到了污染。

2.3.2 食品添加剂的生产

世界各国对食品添加剂的定义不尽相同，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合食品法规委员会对食品添加剂定义为：食品添加剂是有意识地一般以少量添加于食品，以改善食品的外观、风味和组织结构或贮存性质的非营养物质。随着生活水平的提高，人们对食品的色、香、味等要求越来越高，对食品添加剂的应用也越来越广泛，但食品添加剂的安全一直以来都是人们所关注的问题，因此，采用微生物发酵法合成食品添加剂成为一种发展趋势。

2.4 其他领域的应用

在如今环境问题日渐严峻，生态环境受到各种破坏的情况下，发酵工程可应用于环境保护的多方面。以下是经过多年开发，接近于生产化的技术，亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵、酵母循环系统、废纤维素的资源、有机固体废物的快速堆肥等。应用发酵工程技术处理环境问题为人们营造了一个更健康的生活环境。

3 存在的问题与展望

发酵工程技术应用越来越广泛，但是其仍然存在一些问题。一是粮食短缺问题；二是水资源匮乏问题；三是环境污染问题。

随着发酵工程技术在环境保护中的应用，随着全球范围内对环境保护的高度重视，为发酵工程及其技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。我国微生物发酵工程在环境保护上的应用还处于初级阶段，发酵工程技术在环保中进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的大力支持。