发酵工程的六大关键技术

1菌种选育技术

菌种选育是按照生产的要求，以微生物遗传变异理论为依据，采用人工方法使菌种发生变异，再用各种筛选方法筛选出符合要求的目的菌种。菌种选育的目的是改善菌种的基本特性，以提高产量、改进质量、降低成本、改革工艺、方便管理及综合利用。菌种选育的基本方法包括自然选育、抗噬菌体选育、诱变选育、代谢工程育种、基因定向选育、基因组改组等系列方法。

在发酵工程建立初期和近代发酵工程阶段，发酵工程主要以野生的微生物为发酵主体。在现代发酵阶段，优良的菌种选育方法依然是发酵工程上游工程中的重要环节，其一是利用新型的筛选机制和筛选鉴定指标，继续从自然界中获得优良的出发菌株；其一是利用基因工程、细胞工程技术，结合分子生物学手段，采用代谢工程、代谢调控学、组学、系统生物学等原理，重新构建所需的基因工程菌或对已有的出发菌株进行基因改造，来获得能够生产所需发酵产品的优良菌株。

2纯培养技术

发酵工业一般是采用特定微生物菌株进行纯种培养，从而达到生所需产品的目的。因此，发酵过程要在没有杂菌污染的条件下进行微生物无菌培养直接关系到生产过程的成败。无菌问题解决不好，轻则导致所需要的产品数量减少、质量下降以及后处理困难；重则会使全部培养液变质，导致成吨的培养基报废，造成经济上的严重损失这一点对大规模的生产过程更为突出。为了保证培养过程的正常进行防止染菌的发生，对大部分微生物的培养，包括实验室操作和工业生产，均需要进行严格的灭菌。发酵过程的灭菌涉及培养基、发酵设备和发酵过程的通气。

3发酵过程优化技术

发酵过程优化包括从微生物细胞层面到宏观微生物生化反应层面的优化，使细胞的生理调节、细胞环境、反应器特征、工艺操作条件与反应器控制之间复杂的相互作用尽可能简化，并对这些条件和相互关系进行优化，使适于特定发酵过程进行的系统优化方法。这种优化主要涉及四个方面的研究内容，是细胞生长过程的研究；第二是微生物反应的化学计量；第三是生物反应动力学；第四是生物反应器工程。

4发酵过程放大技术

为达到将实验室成果向工业规模推广和过渡的目的，一般都要经过中试规模的工艺优化研硏究。为了克服困难，特别对一些规模比较大的发酵产品，采取逐级放大的方法。发酵过程放大的方法包括：发酵罐几何相似放大、供氧能力相似放大、菌体代谢相似放大、培养条件相似放大、数学模型模拟与预测放大等。

5发酵工程下游分离纯化技术

发酵产物的下游分离纯化是指将发酵目标产物进行提取、浓缩、纯化和成品化等过程。发酵产物分离纯化的重要性主要体现在生物物的特殊性、复杂性和对产品的严格要求上，导致分离纯化成本占整个发酵产物生产成本的比例较大。发酵工程下游分离纯化过程，其费用通常占生产成本的50%~70%，有的甚至高达90%，往往成为实施生化过程代替化学过程生产的制约因素。因此，设计合理的提取与精制过程来提高产品质量和降低生产成本才能够真正实现发酵产品的商业化大规模生产。

6.发酵过程自动监测、控制技术

某种意义上说，发酵过程的成败取决于能否维持一个生长受控和对生产良好的环境。达到此目的的方法是通过直接测量各种参数变化和对生物过程进行调节。将数学、化工原理、电子计算机技术和自动控制装置等应用到发酵过程，进行生物技术参数的测量生物过程的建模和控制，可对工业发酵过程进行高效的控制管理并提高生产效率。