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摘要：发酵工程是现代生物工程技术中的一种“旧改新”技术。利用生物学基础理论，改良微生物的一些特殊功能，为社会提供更多优质的产品或将微生物直接应用于工农业生产。
關键词：发酵工程技术;应用前景;发展方向
1发酵工程原理与技术
1.1微生物菌种的选育
发酵工业主要利用工业微生物进行发酵，工业微生物具有个体小、种类多、繁殖快、分布广、代谢能力强等特点。对微生物要求也较为严格，用在发酵工业的微生物需要满足以下条件：能在廉价原料制备的培养基上迅速生长并生成所需的代谢产物，且产量高;培养条件易于控制;生长迅速，发酵周期短;满足代谢控制的要求;抗染菌和杂菌能力强;遗传性状稳定，菌种不易变异退化;在发酵过程中产生的泡沫要少;对需要添加的前体物质有耐受能力;并且不能将这些前体物质作为一般碳源使用;不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗生素、激素和病毒）以保证安全。
1.2微生物种子的扩大培养
菌种的扩大培养是发酵生产的第一道工序，该工序又称之为种子制备。种子制备不仅要使菌体数量增加，更重要的是，经过种子制备培养出具有高质量的生产种子供发酵生产使用。因此，如何提供发酵产量高、生产性能稳定、数量足够而且不被其他杂菌污染的生产菌种，是种子制备工艺的关键。
工业生产规模越大，每次发酵所需的种子就越多。要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。菌种扩大培养的目的就是要为每次发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。因为发酵时间的长短和接种量的大小有关，接种量大，发酵时间则短。将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中，就有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，并且也有利于减少染菌的机会。因此，种子扩大培养的任务，不但要得到纯而壮的菌体，而且还要获得活力旺盛的、接种数量足够的菌体。
2发酵工程技术的应用
2.1在食品添加剂领域的创新应用
2.1.1着色剂
固氮植物（例如大豆或豆科植物）会自然产生血红素并将其存储于根部，从这里可以提取一定的大豆血红蛋白，但是其成本会变得非常高，而且也会造成环境的破坏。目前，已经实现了大豆血红蛋白的发酵生产，通过发酵生产的大豆血红蛋白可以使人造肉变红，并让其口感更加接近真实的肉。
2.1.2甜味剂
在所有糖苷中，五糖苷RebD是最甜的，且苦味低，六糖苷RebM具有高甜度、快速和干净味道的特性，因此RebD和RebM是目前最优质的高潜力的天然甜味剂。但是RebD和RebM只存在于甜叶菊叶中，且含量非常低（约占干重的0.4%～0.5%），这使得从甜叶菊植物中纯化这两种化合物用于工业用途不切实际且成本高。编码SGs包括RebD和RebM生物合成的基因已被筛选鉴定，SGs的合成途径已成功在酿酒酵母中表达，酵母微生物提供了RebD和RebM的异源生产替代场所[4]。因此，可以通过酵母发酵来生产存在于甜叶菊叶片中的RebM和RebD分子，有望借助微生物发酵技术实现商业化大规模生产下一代甜叶菊甜味剂。
2.1.3营养强化剂
以前，人们主要从奶酪和日本纳豆等食物中获得维生素K2，但维生素K2在食品中含量非常少，因此通过细菌发酵是天然产生该活性成分的最好方法。然而MK产量较高的菌种不多，目前主要利用枯草杆菌（Bacillussubtilis）[3]来发酵生产MK-7。NattoPharma公司利用具有高生产能力的芽孢杆菌，并以蔬菜基质来发酵生产MK-7，经提取纯化和浓缩后，可获得不含已知过敏原的优质活性成分。目前，对微生物法生产维生素K2的研究主要体现在菌种的诱变和发酵条件的优化上。
2.2化妆品领域
植物原料中具有多种活性成分，如：多糖、黄酮、多酚、氨基酸等，通常具有良好的的保湿、美白、舒敏及延缓衰老等功效。但是，通过传统工艺制备的植物提取物，由于提取工艺、提取溶剂等方面的局限，获取的功效成分有时难以满足预期效果。大量研究表明，植物原料经过发酵，可富集有效营养成分，增强原料功效。
植物资源中大多活性物质成分比较复杂，不少植物成分具有一定的毒副作用，严重影响了植物资源的有效利用。大部分经发酵处理后其毒性都有不同程度的降低，这是由于微生物代谢产生的一些酶可将有毒物质进行分解转化，从而降低药物的毒副作用，有些甚至还能提高药效，扩大了药材的应用范围[5]。
2.3在农业中的应用
利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用，一些传统废物也可经过发酵工程制备成为新型饲料，为回收利用作出了巨大贡献。
2.4在医药方面的应用
微生物发酵法是生物转化的方法之一，在医药领域中早有应用，将现代微生物技术与医药研究相结合。可以提高有效成分的含量、增强药材疗效、降低毒副作用等。发酵工程在制药过程中需要经过少量发酵种子液;灌装培养基;发酵罐中加入种子液发酵;检测OD、溶氧量等指标;流加培养基、搅拌;发酵到对数生长期后，进行诱导;诱导表达一段时间后进行放罐等过程。
3发展前景及展望
自上个世纪以来，人类已在生命科学领域取得长足进展，发酵工程作为其中一大分支，在我们的身边的各行各业中都发挥着很大的作用，为经济的发展贡献着自己的力量。现如今，发酵工业早已经不只是生产农产品及农副产品，它和人们的生命健康等各方面都产生了巨大的相关性，具有很大的发展潜力。发酵工程在现代食品工业、农业生产、环境保护、医疗，轻工业等行业的快速发展，充分体现了发酵工程具备极强的生命力和发展潜能。增加发酵工程的理论研究，并对其在生产生活中的性能和附加值加以重视，生产出更多的品种，使现代发酵工程得以平稳发展。
发酵工程不仅为人们的日常生活提供了很多帮助，而且将使生物技术走向产业化和精细化。随着物质文明的多样性和丰富性的不断提高，安全性、高效性和环保性是发酵工程领域关注的重点，同样也是发酵工程的基础。在食品工程中，发酵工程早已成为至关重要的一部分。如今，食品安全问题已经成为人们广泛关注的话题，发酵工程如何在这样的环境中发展，在这样充满机遇和挑战性的社会中占据更重要的地位，是我们必须考虑的问题。而在环境保护的新型应用方向，发酵工程技术手段依旧处于理论积累时期，不具备产业化的能力。主要是受制于微生物的理论研究水平。微生物工程治理污染的相关设施研究力度不足，无法产生可观的经济效应，缺乏民间资本的投入。将理论转化为实际，缺少具有高效率的产业化设计。因此，在进行发酵工程治理污染研究的进程中，不但需要我们加强对功能菌的选育工作，而且需要考虑是否可以为国家经济发展带来动力，并发展多菌群处理污染物的研究，同时应当继续加强对高效经济的配套设施研究，以促进微生物工程治理污染物的市场化发展，吸引民间资本的加入。
发酵工程的研究和发展不能仅依赖于国家财政的支持，各研究院所、各高校应积极与生物技术企业合作，将理论转化为技术，将技术转化为产品，并取得相应经济效益，以此推动微生物技术的理论研究，使发酵工程的发展处于一个良性循环。
参考文献
[1]李雪琪.固态发酵工程技术的研究应用分析[J].科技资讯，2019，17（11）：219-220.
[2]杨雪鹏，新型辅酶吡咯喹啉醌的创制关键技术及应用.河南省，郑州轻工业大学，2019-04-01.
[3]胡建文.微生物在现代生物技术领域的应用探讨[J].智富时代，2019（01）：223.
[4]唐建凤.在食品开发中发酵工程技术的应用思考[J].现代食品，2018（19）：11-14.
[5]苍海波.发酵工程技术在食品开发中的应用分析[J].现代食品，2018（11）：53-55.
關键词：发酵工程技术;应用前景;发展方向
1发酵工程原理与技术
1.1微生物菌种的选育
发酵工业主要利用工业微生物进行发酵，工业微生物具有个体小、种类多、繁殖快、分布广、代谢能力强等特点。对微生物要求也较为严格，用在发酵工业的微生物需要满足以下条件：能在廉价原料制备的培养基上迅速生长并生成所需的代谢产物，且产量高;培养条件易于控制;生长迅速，发酵周期短;满足代谢控制的要求;抗染菌和杂菌能力强;遗传性状稳定，菌种不易变异退化;在发酵过程中产生的泡沫要少;对需要添加的前体物质有耐受能力;并且不能将这些前体物质作为一般碳源使用;不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗生素、激素和病毒）以保证安全。
1.2微生物种子的扩大培养
菌种的扩大培养是发酵生产的第一道工序，该工序又称之为种子制备。种子制备不仅要使菌体数量增加，更重要的是，经过种子制备培养出具有高质量的生产种子供发酵生产使用。因此，如何提供发酵产量高、生产性能稳定、数量足够而且不被其他杂菌污染的生产菌种，是种子制备工艺的关键。
工业生产规模越大，每次发酵所需的种子就越多。要使小小的微生物在几十小时的较短时间内，完成如此巨大的发酵转化任务，那就必须具备数量巨大的微生物细胞才行。菌种扩大培养的目的就是要为每次发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。因为发酵时间的长短和接种量的大小有关，接种量大，发酵时间则短。将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中，就有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，并且也有利于减少染菌的机会。因此，种子扩大培养的任务，不但要得到纯而壮的菌体，而且还要获得活力旺盛的、接种数量足够的菌体。
2发酵工程技术的应用
2.1在食品添加剂领域的创新应用
2.1.1着色剂
固氮植物（例如大豆或豆科植物）会自然产生血红素并将其存储于根部，从这里可以提取一定的大豆血红蛋白，但是其成本会变得非常高，而且也会造成环境的破坏。目前，已经实现了大豆血红蛋白的发酵生产，通过发酵生产的大豆血红蛋白可以使人造肉变红，并让其口感更加接近真实的肉。
2.1.2甜味剂
在所有糖苷中，五糖苷RebD是最甜的，且苦味低，六糖苷RebM具有高甜度、快速和干净味道的特性，因此RebD和RebM是目前最优质的高潜力的天然甜味剂。但是RebD和RebM只存在于甜叶菊叶中，且含量非常低（约占干重的0.4%～0.5%），这使得从甜叶菊植物中纯化这两种化合物用于工业用途不切实际且成本高。编码SGs包括RebD和RebM生物合成的基因已被筛选鉴定，SGs的合成途径已成功在酿酒酵母中表达，酵母微生物提供了RebD和RebM的异源生产替代场所[4]。因此，可以通过酵母发酵来生产存在于甜叶菊叶片中的RebM和RebD分子，有望借助微生物发酵技术实现商业化大规模生产下一代甜叶菊甜味剂。
2.1.3营养强化剂
以前，人们主要从奶酪和日本纳豆等食物中获得维生素K2，但维生素K2在食品中含量非常少，因此通过细菌发酵是天然产生该活性成分的最好方法。然而MK产量较高的菌种不多，目前主要利用枯草杆菌（Bacillussubtilis）[3]来发酵生产MK-7。NattoPharma公司利用具有高生产能力的芽孢杆菌，并以蔬菜基质来发酵生产MK-7，经提取纯化和浓缩后，可获得不含已知过敏原的优质活性成分。目前，对微生物法生产维生素K2的研究主要体现在菌种的诱变和发酵条件的优化上。
2.2化妆品领域
植物原料中具有多种活性成分，如：多糖、黄酮、多酚、氨基酸等，通常具有良好的的保湿、美白、舒敏及延缓衰老等功效。但是，通过传统工艺制备的植物提取物，由于提取工艺、提取溶剂等方面的局限，获取的功效成分有时难以满足预期效果。大量研究表明，植物原料经过发酵，可富集有效营养成分，增强原料功效。
植物资源中大多活性物质成分比较复杂，不少植物成分具有一定的毒副作用，严重影响了植物资源的有效利用。大部分经发酵处理后其毒性都有不同程度的降低，这是由于微生物代谢产生的一些酶可将有毒物质进行分解转化，从而降低药物的毒副作用，有些甚至还能提高药效，扩大了药材的应用范围[5]。
2.3在农业中的应用
利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用，一些传统废物也可经过发酵工程制备成为新型饲料，为回收利用作出了巨大贡献。
2.4在医药方面的应用
微生物发酵法是生物转化的方法之一，在医药领域中早有应用，将现代微生物技术与医药研究相结合。可以提高有效成分的含量、增强药材疗效、降低毒副作用等。发酵工程在制药过程中需要经过少量发酵种子液;灌装培养基;发酵罐中加入种子液发酵;检测OD、溶氧量等指标;流加培养基、搅拌;发酵到对数生长期后，进行诱导;诱导表达一段时间后进行放罐等过程。
3发展前景及展望
自上个世纪以来，人类已在生命科学领域取得长足进展，发酵工程作为其中一大分支，在我们的身边的各行各业中都发挥着很大的作用，为经济的发展贡献着自己的力量。现如今，发酵工业早已经不只是生产农产品及农副产品，它和人们的生命健康等各方面都产生了巨大的相关性，具有很大的发展潜力。发酵工程在现代食品工业、农业生产、环境保护、医疗，轻工业等行业的快速发展，充分体现了发酵工程具备极强的生命力和发展潜能。增加发酵工程的理论研究，并对其在生产生活中的性能和附加值加以重视，生产出更多的品种，使现代发酵工程得以平稳发展。
发酵工程不仅为人们的日常生活提供了很多帮助，而且将使生物技术走向产业化和精细化。随着物质文明的多样性和丰富性的不断提高，安全性、高效性和环保性是发酵工程领域关注的重点，同样也是发酵工程的基础。在食品工程中，发酵工程早已成为至关重要的一部分。如今，食品安全问题已经成为人们广泛关注的话题，发酵工程如何在这样的环境中发展，在这样充满机遇和挑战性的社会中占据更重要的地位，是我们必须考虑的问题。而在环境保护的新型应用方向，发酵工程技术手段依旧处于理论积累时期，不具备产业化的能力。主要是受制于微生物的理论研究水平。微生物工程治理污染的相关设施研究力度不足，无法产生可观的经济效应，缺乏民间资本的投入。将理论转化为实际，缺少具有高效率的产业化设计。因此，在进行发酵工程治理污染研究的进程中，不但需要我们加强对功能菌的选育工作，而且需要考虑是否可以为国家经济发展带来动力，并发展多菌群处理污染物的研究，同时应当继续加强对高效经济的配套设施研究，以促进微生物工程治理污染物的市场化发展，吸引民间资本的加入。
发酵工程的研究和发展不能仅依赖于国家财政的支持，各研究院所、各高校应积极与生物技术企业合作，将理论转化为技术，将技术转化为产品，并取得相应经济效益，以此推动微生物技术的理论研究，使发酵工程的发展处于一个良性循环。
参考文献
[1]李雪琪.固态发酵工程技术的研究应用分析[J].科技资讯，2019，17（11）：219-220.
[2]杨雪鹏，新型辅酶吡咯喹啉醌的创制关键技术及应用.河南省，郑州轻工业大学，2019-04-01.
[3]胡建文.微生物在现代生物技术领域的应用探讨[J].智富时代，2019（01）：223.
[4]唐建凤.在食品开发中发酵工程技术的应用思考[J].现代食品，2018（19）：11-14.
[5]苍海波.发酵工程技术在食品开发中的应用分析[J].现代食品，2018（11）：53-55.