
【化】 fermentation engineering
發酵工程(Fermentation Engineering)是以微生物、動植物細胞或酶為生物催化劑,通過可控代謝調控實現規模化生産的技術體系。其英文定義為“the application of engineering principles to design and optimize biological processes for industrial product synthesis”。
該領域包含三大核心要素:
根據《中國生物工程雜志》最新研究,現代發酵工程已擴展至合成生物學領域,二氧化碳固定菌株改造使溫室氣體轉化為生物燃料的效率提升37%。美國FDA批準的首個細胞培養肉産品,其培養基優化技術即源于動物細胞發酵工程突破。
在環境保護方面,北京工業大學團隊開發的餐廚垃圾厭氧發酵系統,通過複合菌群協同作用将有機質降解率提高至92%,相關技術參數已被ISO 14001環境管理體系收錄。世界衛生組織建議疫苗生産企業采用一次性發酵系統,以降低交叉污染風險。
發酵工程是以微生物代謝活動為核心,通過現代工程技術手段實現規模化生産的生物技術領域。以下從五個維度進行解析:
一、核心定義與學科定位 又稱微生物工程,屬于輕工技術與工程學科分支。其本質是利用細菌、真菌等微生物的代謝功能,将有機物轉化為目标産物(如抗生素、氨基酸),或直接應用于工業生産流程。作為生物工程五大技術體系(基因/細胞/發酵/酶/蛋白質工程)的關鍵組成,承擔着生物技術産業化的重要使命。
二、基本原理與代謝調控 基于微生物在特定環境(溫度30-37℃、pH5-8、適宜溶氧)中的代謝反應,通過控制代謝途徑實現産物定向合成。如代謝控制發酵技術通過人工誘變改變菌株調控機制,使谷氨酸等産物高效積累。主要公式可表示為: $$ text{微生物生長} + text{底物轉化} xrightarrow{text{酶催化}} text{目标産物} $$
三、關鍵技術體系
四、典型工藝流程 分三階段實施:微生物培養(預處理→接種)→發酵調控(參數線上監測)→産物提取(離心→過濾→純化)。現代工業多采用補料分批發酵模式,兼顧生産效率與産物濃度。
五、應用領域延伸 除傳統酒類、醬油生産外,已拓展至: • 醫藥領域:疫苗、胰島素等生物制劑 • 食品工業:益生菌制品、酶制劑 • 環保工程:有機廢水生物處理
該技術融合了微生物學(菌種特性)、化學工程(反應器設計)、自動化(過程控制)等多學科知識,其發展水平直接影響生物制造産業的工業化進程。
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