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發(fā)酵工程的六大關(guān)鍵技術(shù)

1菌種選育技術(shù)

菌種選育是按照生產(chǎn)的要求，以微生物遺傳變異理論為依據(jù)，采用人工方法使菌種發(fā)生變異，再用各種篩選方法篩選出符合要求的目的菌種。菌種選育的目的是改善菌種的基本特性，以提高產(chǎn)量、改進(jìn)質(zhì)量、降低成本、改革工藝、方便管理及綜合利用。菌種選育的基本方法包括自然選育、抗噬菌體選育、誘變選育、代謝工程育種、基因定向選育、基因組改組等系列方法。

在發(fā)酵工程建立初期和近代發(fā)酵工程階段，發(fā)酵工程主要以野生的微生物為發(fā)酵主體。在現(xiàn)代發(fā)酵階段，優(yōu)良的菌種選育方法依然是發(fā)酵工程上游工程中的重要環(huán)節(jié)，其一是利用新型的篩選機(jī)制和篩選鑒定指標(biāo)，繼續(xù)從自然界中獲得優(yōu)良的出發(fā)菌株；其一是利用基因工程、細(xì)胞工程技術(shù)，結(jié)合分子生物學(xué)手段，采用代謝工程、代謝調(diào)控學(xué)、組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)等原理，重新構(gòu)建所需的基因工程菌或?qū)σ延械某霭l(fā)菌株進(jìn)行基因改造，來獲得能夠生產(chǎn)所需發(fā)酵產(chǎn)品的優(yōu)良菌株。

2純培養(yǎng)技術(shù)

發(fā)酵工業(yè)一般是采用特定微生物菌株進(jìn)行純種培養(yǎng)，從而達(dá)到生所需產(chǎn)品的目的。因此，發(fā)酵過程要在沒有雜菌污染的條件下進(jìn)行微生物無菌培養(yǎng)直接關(guān)系到生產(chǎn)過程的成敗。無菌問題解決不好，輕則導(dǎo)致所需要的產(chǎn)品數(shù)量減少、質(zhì)量下降以及后處理困難；重則會(huì)使全部培養(yǎng)液變質(zhì)，導(dǎo)致成噸的培養(yǎng)基報(bào)廢，造成經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重?fù)p失這一點(diǎn)對(duì)大規(guī)模的生產(chǎn)過程更為突出。為了保證培養(yǎng)過程的正常進(jìn)行防止染菌的發(fā)生，對(duì)大部分微生物的培養(yǎng)，包括實(shí)驗(yàn)室操作和工業(yè)生產(chǎn)，均需要進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌。發(fā)酵過程的滅菌涉及培養(yǎng)基、發(fā)酵設(shè)備和發(fā)酵過程的通氣。

3發(fā)酵過程優(yōu)化技術(shù)

發(fā)酵過程優(yōu)化包括從微生物細(xì)胞層面到宏觀微生物生化反應(yīng)層面的優(yōu)化，使細(xì)胞的生理調(diào)節(jié)、細(xì)胞環(huán)境、反應(yīng)器特征、工藝操作條件與反應(yīng)器控制之間復(fù)雜的相互作用盡可能簡化，并對(duì)這些條件和相互關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化，使適于特定發(fā)酵過程進(jìn)行的系統(tǒng)優(yōu)化方法。這種優(yōu)化主要涉及四個(gè)方面的研究內(nèi)容，是細(xì)胞生長過程的研究；第二是微生物反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量；第三是生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；第四是生物反應(yīng)器工程。

4發(fā)酵過程放大技術(shù)

為達(dá)到將實(shí)驗(yàn)室成果向工業(yè)規(guī)模推廣和過渡的目的，一般都要經(jīng)過中試規(guī)模的工藝優(yōu)化研硏究。為了克服困難，特別對(duì)一些規(guī)模比較大的發(fā)酵產(chǎn)品，采取逐級(jí)放大的方法。發(fā)酵過程放大的方法包括：發(fā)酵罐幾何相似放大、供氧能力相似放大、菌體代謝相似放大、培養(yǎng)條件相似放大、數(shù)學(xué)模型模擬與預(yù)測(cè)放大等。

5發(fā)酵工程下游分離純化技術(shù)

發(fā)酵產(chǎn)物的下游分離純化是指將發(fā)酵目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行提取、濃縮、純化和成品化等過程。發(fā)酵產(chǎn)物分離純化的重要性主要體現(xiàn)在生物物的特殊性、復(fù)雜性和對(duì)產(chǎn)品的嚴(yán)格要求上，導(dǎo)致分離純化成本占整個(gè)發(fā)酵產(chǎn)物生產(chǎn)成本的比例較大。發(fā)酵工程下游分離純化過程，其費(fèi)用通常占生產(chǎn)成本的50%~70%，有的甚至高達(dá)90%，往往成為實(shí)施生化過程代替化學(xué)過程生產(chǎn)的制約因素。因此，設(shè)計(jì)合理的提取與精制過程來提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本才能夠真正實(shí)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)品的商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

6.發(fā)酵過程自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)

某種意義上說，發(fā)酵過程的成敗取決于能否維持一個(gè)生長受控和對(duì)生產(chǎn)良好的環(huán)境。達(dá)到此目的的方法是通過直接測(cè)量各種參數(shù)變化和對(duì)生物過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。將數(shù)學(xué)、化工原理、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制裝置等應(yīng)用到發(fā)酵過程，進(jìn)行生物技術(shù)參數(shù)的測(cè)量生物過程的建模和控制，可對(duì)工業(yè)發(fā)酵過程進(jìn)行高效的控制管理并提高生產(chǎn)效率。