发酵工程技术发展现状与趋势_张嗣良

ｃ
．
ｏ ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ
ｌ
ｉ
ｏｅ ｎ
ｇ
，
Ｉ
９ ８３
２５
：
１
２ ６７
减少温 室 气体 的 排 放
．
为 减轻
一
方 面也 需要 关 注 并 解 决 发 酵 行 业 废
。
人类社会 对碳 氢 化合物 的 依 赖
。
．
实 现可
弃 物 大 量 排放 而 引 起 的 环境 污染 问 题
，
？
ｇｒ ｏｗ
菌渣
．
越是精 细 的 产 品 生
，
这 个 宏 观 化 学 反应 的 反 应 速 率 和 各 种 因
产过 程
．
如 抗生 素 等 药 品 的 生 产
其排
素 的关 系
。
它基本 上是建立 在 以宏 观动
ｗ ｗｗ ｂ ｉ ｏ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅｓｓ ｃｏ ｍ ｃｎ
． ． ．
Ｉ
２０
１
）
１
发 酵 工 程 过 程 研 究 的 基 本 原理 与 基 础
量 多少的指标
排放 达
．
５０
０
万吨
，
占 工 发 酵 工 程 过 程 研 究 的 本 质 是 通过 控
业总排 放 的
２ ０％
且 由 于废 水 中 含 有微
制 发 酵罐 中 的 操 作 参 数
一
．
为 微 生 物提 供
麵 賴＿ 发 酵 工 程 技 术 发 展现 状 与 趋 势
Ｖ
ｉ
弓
Ｉ
长
嗣良
．
（
华 东 理 工 大 学 生 物 反应 器 工 程 国 家 重 点 实 验 室
ｄｏ
ｉ
上海
．
２００ ２ ３ ７
）
：
１
０ ３ ９ ６９ ／ ｊ
．
．
ｉ
ｓｓ ｎ
．
１
６７ ４ ０ ３ １ ９
＿
。

￣２ ３
８
＿
来 困 扰该 行业 的
大顽疾
＿
。
方面
．
每
占 ２ 过 程 工 程 技 术 发 展
年 发 酵行 业 排 放 的 废 水 达
到 工 业 总 排放 总 量 的 需氧量
．
８〇
亿吨
（
．
１
０ ％ Ｃ ＯＤ
，
化学
．
往 往 作 为 衡 量 水 中 有 机 物 质 含 ２
。
和 聚 氨 基 酸 为 代 表 的 生 物 材料 物 质 生产 燃 料 乙 醇
、
．
利用生
。
还 造 成 不 少 可 利 用 资 源 的 浪 费 ？
￣
生物柴油
．
制 氢 等 在 未 来 的 发 展 中
．
以发 酵工程 为代
合叶 修
．
永进 史 郎 生 物化 学工 学 反
－ ．
应速度 论 北 京科 学 财 出 版社
量 的 残 留 抗 生 素 不 仅会 对 活 性 污 泥 中 的
个最 有 利 于 产 物 合成及积 累 的培 养环
。
微生 物产 生抑 制作 用
理能 力 的 下 降
．
．
造 成活 性 污 泥 处
境
宏 观 环 境 和 动 力 学 参数 的 寻 优 是 常
。
还 会 随 着 Ｃ ＯＤ 达 标 的
丄 ＋ｎ 紙
．
１
３
００
年均 增长率达 到
口
年
系
，
形成了
－
套 以 多 尺度参数 相关 分析 为
应用 程产
．
４％
，
２０ ０ ８
年主 要产 品 出
，
额约

，
３
４
，
亿
基础 的发 酵优化与放 大方法和 装 备 硏究体 ｍ Ｄ
，
＋ ？ ｍ ＾
推 动 了 我 国 发酵 工 程 相 关领域 的技 术
。
降解
日
、
微 生 物 污 水 处理技 术 等
。
可改善
ห้องสมุดไป่ตู้
经 济发 展 产 生 深 远 的 影 响
但是
．
为 了 ⑤ 参 考 文 献
ｖ ｅｈ
ｉ
益 恶化 的 生态 环境
白 色 生物技
术的
真 正 实 现 可 再 生 资 源 的 利 用 和 环 境 友 ｆ＾
ｍ ｃ ｒｏ ｂ ａ
ｉ ｉ
Ｉ
＆ Ｍ
ｓ
ｌ

ｐ
ｒｏｄ
ｕ ｃ ｔ
，
１
９７ ５
．
微生 物降 解 是可 再生 的 生 物 质利 用 的最
表的 生 物 技术将 有 可能 从根本 上 解决人
ｍ ｍ？ 临 的
生 物 技术
（
食物
．
＇
能源
④
、
物 反 应工 学 产■ 株
．
微 生物 对有 毒 有 害污 染 物 的
）
环境
．
健康等问 题
对整个人类社会 的
．
．
维生素
、
表 面 活 性 剂 和 生物 催 化
抗体
．
疫 苗 等高 附
，
剂
。
此外
．
微 生物 还 被 用 于 环境 修 复
。
加值 产 品 用 细 胞 大规模培 养生 产
的 对 象 不仅 仅是 微 生物
细胞
。
，
培养
和 生 物 能源 的 生产
工 程作 为
＾ ①
一
综上所述
．
发酵
．
还 包括 动 植 物
ｍ ｅ ｔａ ｂ ｏ
胃
ｓｍ ｏ
ｍ
ｉ
ｃ ｒｏ ｏ ｒ
ｇ
ａｎ
ｉ
ｍｓ
，
碳
．
循 环 经 济 的 发 酵 行业
发酵工 程需
＆
撑
，
有 望缓 解人 类社 会发 展对碳 氢 化合
要 借 助 于 生 物 学 和 工 程 学 方 法 的 发 展 而
，
⑦
参考 文 献
Ｓ
ｔ
物 资 源 的 依 赖 以 及 由 此 产 生 的 环 境 问 不 断 创 新
．
有
５ ０ ００
多 家 企业
相 关 产 业 年产值超 过
，
产 的 技术
它 是 微 生 物 学 与 工 程 学 ４目
ｄ
２ ００ ０ ０
亿元人 民 币
。
占 国 民 经 济 总产 值 的
，
帛 合 的 以产
作 者简 介

ｐｐ
生产 为 导 向 的
－
Ｈ应
２ Ｇ％
左右
？
据鎌Ｍ齡 紐
年发 酵 产业 的产 量从
淀 粉糖 的 产 量 居 世 界第 二 位
。
．
抗 癌 药 和 免疫 抑 制剂
．
在食 品
．
，
仅次
加 工 和 农业领 域被 用作 生 物 杀 虫剂
于美国
在 化 工 领 域 被 用 来 生产 氨 基 酸 酸
．
、
有 机 近 年 来 随 着 基 因 工 程 技 术 的 发 展 各种 基 因 工 程药 物
１
发展
，
在 现 代 生 物 技 术 领 域兴 起 了 第 三
：
的 有效 产 品 固体 物 之 比 是
０ ００
：
丨
或更
次浪潮
２ ０ ００
年 以 聚乳酸上市 为 标志
？
（
．
大
；
另 外在 发 酵 过 程 中 大 多 耗 氧 发 酵
■
的 工 业生 物 技术 也 称 白 色生 物 技 术
ｗ ｈ ｉ ｔ ｅ ｂ ｉ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
）
．
过 程 需要 通 气
同 时在 发 酵过程 中 会
，
借 助 于 生物 技 术 和
排放出 大 量的发 酵尾气 除 〇３ 外 还 含 有
２
一
其中较多 的
发 酵工 程
．
将可 再 生的 生 物质 转变 为 现
、
些挥 发 性 的 小 分 子
②
代社 会所 需 要 的 能 源
工原
精 细 化学 品
控 制
．
每 个尺 度都
．
ｂ ａ ． ｅ ｄ ｍ ｏｄｅ Ｈ ｎｇ ａ ｎ ｄ
ｓｏ
ａ
ｎａ
ｌ
ｙｓ
ｉ
ｓｏ
ｆ ｂ ｏ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ
ｌ
ｓｅ ｓ
ｍｅ

ｒｅ
ａｌ ｅ ｘ ｐｅｎ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
２６
生 敎产＃ 技 冰 ２ ０
Ｉ
１
１
．
０
１

（
１

月
．
）
Ｉ
ｗｗｗ ｂ
．
ｉ
ｏ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｅｓ
ｓ
．
ｃ ｏｍ ｃ ｎ
．
Ｉ
发 酵 工 程 技 术 发展 现状 与 趋 势
传统 的 食 品
、
医 药 领域 向 工 业领域 快速
放量越大
．
往 往 投入 的 固 体物 与 生 成
参 考文 献

Ｓｔ ｏｕ ｔ ｈａｍ ｅ ｒ

ＡＨ
ｌ ｉ
．
持 续 发 展 发 挥 重 要 作 用 所 以 发 酵工 程 作 为 可 持续 发展 的 技术 支

Ｑ ｕａｎ
ｆ
ｔ ｉｔ
ａｔ ｖ ｅ ａｓ
ｉ
ｐ
ｅｃ ｔ ｓ ｏ ｆ
ｓ
人类 社会可持续发 展需 要
．
一
个 低
ｔ
ｈ ａ ｎ ｄ
人 类面 临着 能源
１
、
资 源危 机 以 及
日
、
益严 资源
产 品 工 程 技 术 发 展重 的 环 境 问 题
结构
、
，
．
当 前 的 能源 结 构
环 境状 态 已 不 能 支 撑 现 有 的 发 展
面对 这
一
在工业领域
微生物产 品 的产 值
樓式
。
现实
，
发 酵 工程 正在 从
；
用 的 优化 和 控制 方 法
这 种 优 化 方 法将
．
排 放水 对 环境 造成 污 染
另
一
方面
，
工
化 学 工 程 的 理论 引 入 发 酵 过 程
过 程 看作
一
把发酵
．
业 发 酵 企 业 的 固 体废 弃 物 排放 严 重
中 主要是 发酵
．
其
个 总 的 宏观 化学 反应
研究
，
门 古老而又 年轻的 学科
随 着 生 命 科 学 的 深入 研 究
．
将有
它所支 参 考文 献
Ｄｅ ｍ ａ
ｏ
ｉ
撑 的 发 酵 工业 是 生物 技术 产
．
更 多 的 活性 物质 被 发现
特 别是 系 统 生
．
ｎ
Ａ Ｌ Ａ ｄｒ
．
ｉ
ｏ ＪＬ
．

Ｃｏｎ ｔ ｒ ｉ ｂｕｔ ｉ ｏｎ ｓ
展
了
．
同
其 最终实现工 业生产 时都离不 开发酵
工程
。
随 着工 业 生 物技 术 的 兴起 和 发
．
也 为 人 类 社 会 的 可 持 续 发 展 提 供 随 着 经 济 的 高 速 发 展
。
．
以 石油
、
煤
，
一
条 道 路 炭 为 代 表 的 碳 氢 化 合 物 资 源 被 快 速 消 耗
１
．
０
１
（
１
月
）
？
主 持 产 ＃ 技 木２ ７
Ｉ
靜
—

力 学 为 基础 的经典 工程学
、
化 学 计 量学
＿
就 是 试 图 采 用 工 程学 方 法 解决 上 述 系 统
．
和 热 力 学 研 究 的 基础 上 的
？ 参 考文 献
＾ ａｒ
ｉ
？
？
。
的 问 题
１
．
、
化
长
）
代谢 物
．
这 会 给 发酵 工 厂 周 边 地 区 带
。
参考 文 献

料等
、
。
例 如
．
．
以
３
－
丙
二
醇
（
．
来 大 量 的 废 气污 染
发 酵 行业 废 弃 物
．
二二
链 二 元 酸 乳 酸 聚 羟基 脂肪酸 酯
Ｐ ＨＡ
的 排 放 不 仅 会 对 环 境 造 成 严 重 污 染
万吨左 右
．
麵
万吨

用 学 科 ２ ００ ０
。
２ ００ ８
２６ ０
张 嗣良
，
华东 理 工 大 学 教 授
，
从 事发
４０
微 生 物发 酵 产品 的 工 程化 生 产 研 究
多
酵 工 程 从 在 传 统 发 酵 食 品 中 的 增 长 到
到 建 立 抗 生 素 工 业 以 及 基 因 工 ２ ２ 大规模产业化的
口０
头施
，
已
乡工
在
。
美
兀
，
同 比增长
、
，
．
．
３６ ６％
？
＿
，
显
不
出强大 的
？

＾
人类经济活 动 中 占 据了 重要 的地位
活力
。
味精
柠檬 酸
、
山 梨 醇 以 及青 霉
微生 物产 品 在 医 药 领域 已被 用 作抗
生素
、
素
一
．
红 霉素 等抗 生素 的 产 量 均 居世界 第
．
把 生物反 应 器 中 复杂 的 生 物过
，
随 着 计 算 机 技术 的 迅 速 发 展

，
各有
程 分 解 为 不 同 尺 度 的 特 性 研究
同 尺 度 的 事 件之 间 的 关 系
。
了 解不
ｍ
Ｍ Ｈ Ｈ ｏｄ ｇｅ Ｄ
，
Ｓ ｍｏ ｎ Ｌ
ｉ
ｉ

．

Ｄａ
ｔ
ａ
－
关 生 物 反 应 过 程 已 普 遍 采 用 计 算 机在 线
ｂ
ｉ

ｏｆ
业 的 重 要 领 域
工
．
涉及食 品
．
、
医药
．
化
物学 和 合成 生物 学 的 发 展
将使 得 更 多
，
＾＾
，
？
ｏ， ｏ ｇ， Ｍ ｏ
，
环境等众多 行业
在人 类 生 活 和
。
的 产 品 通 过 微 生 物 细 胞 进 行 异 源表 达
经济 活动 中 发 挥着重 要 的 作 用 时
ｙｎ ｔｈ
ｉ
＝
ｅｎ ｅｒ
－
ａ ａ ｎ ｇｙ ｂ
ｌ
ｉ
ｅｅ
ｌ
ｅｓ ｓ
ｉ
ｂｉ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ
Ｂ
ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ
＾
，
兴 起 和成 功 将极 大 地节 省 不 可 再生 能 源 的消耗
．
好
另
一
，
方 面 需 要 大 力 发展 工 业 生 物 技 术
ｃｕ
；
ｔ
ｌ
ｕ
Ｍ ａ ｓ ｐ ｅ ｔ Ｂ
－
．

２０
１ １
．
０１
．
００ ２
鎌 ｘ 程 ！ 棚 微 生 補 生命 ｓ
；
：
目
前ｅ达
￣
ｓ ＿
ｉ
ｉ
亿
１１
元
？
，
并 以每年
动 来 获 得 微 生 物 菌 体 或 其 代 谢 产 物 ７％ 的过程
．
８
％ 的
速度增 长
，
。
我 国 发 酵行业 现
是 利 用 微 生 物 进 行大 规模 生
题
。
支 持 发 酵 工 业 实现 高 效
．
、
绿
—
ｏｕ
ｔ
ｈａ ｍｅ
ｒ
Ａ Ｈ Ｖ ａ ｎ Ｖ ｅ
，
ｒ
＾ｅ
°ｗ
ｌ
ｄ
然而在产 生 巨大 的 经济 和 社 会效 益
．
色和 节能减排
展 的 重 要 基础
成 为 低 碳 与 循环 经 济 发
＆
２
１
５
ｔ
的同时
工 业发 酵行 业的 污 染也 是近 年