發酵工程的六大關鍵技術

1菌種選育技術

菌種選育是按照生產的要求，以微生物遺傳變異理論為依據，采用人工方法使菌種發生變異，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，以提高產量、改進質量、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。

在發酵工程建立初期和近代發酵工程階段，發酵工程主要以野生的微生物為發酵主體。在現代發酵階段，優良的菌種選育方法依然是發酵工程上游工程中的重要環節，其一是利用新型的篩選機制和篩選鑒定指標，繼續從自然界中獲得優良的出發菌株；其一是利用基因工程、細胞工程技術，結合分子生物學手段，采用代謝工程、代謝調控學、組學、系統生物學等原理，重新構建所需的基因工程菌或對已有的出發菌株進行基因改造，來獲得能夠生產所需發酵產品的優良菌株。

2純培養技術

發酵工業一般是采用特定微生物菌株進行純種培養，從而達到生所需產品的目的。因此，發酵過程要在沒有雜菌污染的條件下進行微生物無菌培養直接關系到生產過程的成敗。無菌問題解決不好，輕則導致所需要的產品數量減少、質量下降以及后處理困難；重則會使全部培養液變質，導致成噸的培養基報廢，造成經濟上的嚴重損失這一點對大規模的生產過程更為突出。為了保證培養過程的正常進行防止染菌的發生，對大部分微生物的培養，包括實驗室操作和工業生產，均需要進行嚴格的滅菌。發酵過程的滅菌涉及培養基、發酵設備和發酵過程的通氣。

3發酵過程優化技術

發酵過程優化包括從微生物細胞層面到宏觀微生物生化反應層面的優化，使細胞的生理調節、細胞環境、反應器特征、工藝操作條件與反應器控制之間復雜的相互作用盡可能簡化，并對這些條件和相互關系進行優化，使適于特定發酵過程進行的系統優化方法。這種優化主要涉及四個方面的研究內容，是細胞生長過程的研究；第二是微生物反應的化學計量；第三是生物反應動力學；第四是生物反應器工程。

4發酵過程放大技術

為達到將實驗室成果向工業規模推廣和過渡的目的，一般都要經過中試規模的工藝優化研硏究。為了克服困難，特別對一些規模比較大的發酵產品，采取逐級放大的方法。發酵過程放大的方法包括：發酵罐幾何相似放大、供氧能力相似放大、菌體代謝相似放大、培養條件相似放大、數學模型模擬與預測放大等。

5發酵工程下游分離純化技術

發酵產物的下游分離純化是指將發酵目標產物進行提取、濃縮、純化和成品化等過程。發酵產物分離純化的重要性主要體現在生物物的特殊性、復雜性和對產品的嚴格要求上，導致分離純化成本占整個發酵產物生產成本的比例較大。發酵工程下游分離純化過程，其費用通常占生產成本的50%~70%，有的甚至高達90%，往往成為實施生化過程代替化學過程生產的制約因素。因此，設計合理的提取與精制過程來提高產品質量和降低生產成本才能夠真正實現發酵產品的商業化大規模生產。

6.發酵過程自動監測、控制技術

某種意義上說，發酵過程的成敗取決于能否維持一個生長受控和對生產良好的環境。達到此目的的方法是通過直接測量各種參數變化和對生物過程進行調節。將數學、化工原理、電子計算機技術和自動控制裝置等應用到發酵過程，進行生物技術參數的測量生物過程的建模和控制，可對工業發酵過程進行高效的控制管理并提高生產效率。