
【化】 fermentation engineering
发酵工程(Fermentation Engineering)是以微生物、动植物细胞或酶为生物催化剂,通过可控代谢调控实现规模化生产的技术体系。其英文定义为“the application of engineering principles to design and optimize biological processes for industrial product synthesis”。
该领域包含三大核心要素:
根据《中国生物工程杂志》最新研究,现代发酵工程已扩展至合成生物学领域,二氧化碳固定菌株改造使温室气体转化为生物燃料的效率提升37%。美国FDA批准的首个细胞培养肉产品,其培养基优化技术即源于动物细胞发酵工程突破。
在环境保护方面,北京工业大学团队开发的餐厨垃圾厌氧发酵系统,通过复合菌群协同作用将有机质降解率提高至92%,相关技术参数已被ISO 14001环境管理体系收录。世界卫生组织建议疫苗生产企业采用一次性发酵系统,以降低交叉污染风险。
发酵工程是以微生物代谢活动为核心,通过现代工程技术手段实现规模化生产的生物技术领域。以下从五个维度进行解析:
一、核心定义与学科定位 又称微生物工程,属于轻工技术与工程学科分支。其本质是利用细菌、真菌等微生物的代谢功能,将有机物转化为目标产物(如抗生素、氨基酸),或直接应用于工业生产流程。作为生物工程五大技术体系(基因/细胞/发酵/酶/蛋白质工程)的关键组成,承担着生物技术产业化的重要使命。
二、基本原理与代谢调控 基于微生物在特定环境(温度30-37℃、pH5-8、适宜溶氧)中的代谢反应,通过控制代谢途径实现产物定向合成。如代谢控制发酵技术通过人工诱变改变菌株调控机制,使谷氨酸等产物高效积累。主要公式可表示为: $$ text{微生物生长} + text{底物转化} xrightarrow{text{酶催化}} text{目标产物} $$
三、关键技术体系
四、典型工艺流程 分三阶段实施:微生物培养(预处理→接种)→发酵调控(参数在线监测)→产物提取(离心→过滤→纯化)。现代工业多采用补料分批发酵模式,兼顾生产效率与产物浓度。
五、应用领域延伸 除传统酒类、酱油生产外,已拓展至: • 医药领域:疫苗、胰岛素等生物制剂 • 食品工业:益生菌制品、酶制剂 • 环保工程:有机废水生物处理
该技术融合了微生物学(菌种特性)、化学工程(反应器设计)、自动化(过程控制)等多学科知识,其发展水平直接影响生物制造产业的工业化进程。
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