生物发酵技术大有可为
关乎制药食品能源产业，依赖多学科协同发展
生物发酵技术大有可为
中国农业大学功能乳品重点实验室博士 胡长利
生物发酵是生物工程的一个重要组成部分，听起来是很现代的科学技术，实际上，从古至今与我们的一日三餐、衣食住行都密不可分，例如腐乳、酸菜、臭鳜鱼、纳豆和酱油是生物发酵食品；青霉素、红霉素等是生物发酵药品；洗涤剂中的酶、污水处理剂等也是生物发酵产品；大家最熟悉的白酒、啤酒、葡萄酒等都由生物发酵产生。我们说的生物发酵，实际上是“微生物发酵”，即利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需产物的过程。微生物发酵工程的应用范围包括农业、工业、医学、药物学、能源、冶金、化工原料等，可用于改造植物基因、生物固氮工程、杀虫菌生物农药、微生物养料制备和环境保护等方面。
在制药领域，通过微生物发酵生产的药物有氨基酸、核酸、抗生素、酶及部分多肽等。根据使用的不同发酵工具，微生物发酵可分为密闭发酵、敞口发酵、浅盘发酵及深层发酵等，其中深层发酵的优点是便于实现机械化操作及大规模发酵生产，青霉素的生产就曾借助于深层发酵技术。
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在食品工业领域，发酵工程产品可占食品工业总销售额的15%以上。目前，利用微生物发酵法可生产近20种氨基酸，且具有生产成本低、工艺简单等优势。
在能源化工领域，除发酵产生的乙醇(酒精)作为清洁能源，可用于缓解能源短缺外，生物制氢也是全球高度关注的技术。生物制氢包括光合生物制氢和厌氧发酵制氢两大类，前者具有易培养、光能转化潜力较高、终产物纯度高等优点，后者则具有速率高、无需光源、可日夜连续产氢、原料来源广、成本低廉等优势。
在环保工业领域，利用微生物发酵技术可以对废弃物进行无害化、资源化、减量化处理。比如，有机废物经堆肥化处理后能变成优良的土壤改良剂和优质肥料；利用酵母循环系统可有效处理食品加工产生的废水，该系统处理能力是细菌活性污泥法的5~7倍。
我国生物发酵技术的应用历史非常悠久，伴随着传统酿造技术的发展而发展。直到近代，微生物学成为一门独立的自然科学，再加上近年来国家大力发展生物技术，生物发酵也迎来了突飞猛进的发展。据统计，我国生物发酵产业在制造产业中所占的比重为80%以上，已成为名副其实的发酵大国。在产业发展早期，我国生物发酵经历了两个发展阶段：2010年末到2013年，产业处于上升期，但增速逐步放缓；2013年后产量基本处于平稳发展态势，主要生物发酵产品产量从2010年的1800万吨增加到2015年的2426万吨，年产值从2000亿元增至近2900亿元。2016年，我国主要发酵产品产量达到2629万吨，比上一年增长8.4%，年总产值首次超过3000亿元；同时，2016年主要出口产品出口量408万吨，同比增长18.6%。2019年生物发酵产品产量达3200万吨，产值超过3400亿元，产品种类也从此前的三大类50多种发展到如今的七大类300多种。例如，柠檬酸、味精、山梨醇、酵母等产品生产技术已达到国际先进水平，具有较高的市场竞争力。以柠檬酸生产为例，2019年平均产酸率达到15.73%，同比增长了1.54%，同时2019年行业平均总收率为89.79%，同比增长了1.08%。
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然而，与发达国家的生物发酵水平相比，我国还处在奋起直追的发展阶段，这与我国自然科学整体落后有直接联系。生物发酵技术越来越依赖生物工程、材料学、数学和电气技术的协同发展。当前，我们在生物发酵领域的公司非常多，也不乏非常优秀的企业，如白酒第一股的茅台集团、全球玻尿酸占比50%以上的华熙生物、三元生物、安琪酵母等优秀企业。
国内生物发酵企业经过多年的积累，已经走上了发展的快车道，但依然存在一些发展瓶颈或难点，有待投入极大的资源去解决。例如，生物发酵领域中用于奶酪生产、酸奶生产的生物发酵剂的基础研究还需要不断加强；生物发酵领域中的生物芯片、生物传感器的发展还需要不断突破；生物发酵领域中重要的基因工程、材料工程等还有待持续创新。不过，随着我们对基础研究的投入，集合生物发酵全产业的协同发展，我国生物发酵行业必将迎来更好的发展。未来，生物发酵技术还将应用到更广阔的领域，例如太空食品的生物发酵合成、海洋环境的生物发酵治理、火山岩周边环境的生物发酵恢复和材料的生物可再生处理等。▲, http://www.100md.com
生物发酵技术大有可为
中国农业大学功能乳品重点实验室博士 胡长利
生物发酵是生物工程的一个重要组成部分，听起来是很现代的科学技术，实际上，从古至今与我们的一日三餐、衣食住行都密不可分，例如腐乳、酸菜、臭鳜鱼、纳豆和酱油是生物发酵食品；青霉素、红霉素等是生物发酵药品；洗涤剂中的酶、污水处理剂等也是生物发酵产品；大家最熟悉的白酒、啤酒、葡萄酒等都由生物发酵产生。我们说的生物发酵，实际上是“微生物发酵”，即利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需产物的过程。微生物发酵工程的应用范围包括农业、工业、医学、药物学、能源、冶金、化工原料等，可用于改造植物基因、生物固氮工程、杀虫菌生物农药、微生物养料制备和环境保护等方面。
在制药领域，通过微生物发酵生产的药物有氨基酸、核酸、抗生素、酶及部分多肽等。根据使用的不同发酵工具，微生物发酵可分为密闭发酵、敞口发酵、浅盘发酵及深层发酵等，其中深层发酵的优点是便于实现机械化操作及大规模发酵生产，青霉素的生产就曾借助于深层发酵技术。
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在食品工业领域，发酵工程产品可占食品工业总销售额的15%以上。目前，利用微生物发酵法可生产近20种氨基酸，且具有生产成本低、工艺简单等优势。
在能源化工领域，除发酵产生的乙醇(酒精)作为清洁能源，可用于缓解能源短缺外，生物制氢也是全球高度关注的技术。生物制氢包括光合生物制氢和厌氧发酵制氢两大类，前者具有易培养、光能转化潜力较高、终产物纯度高等优点，后者则具有速率高、无需光源、可日夜连续产氢、原料来源广、成本低廉等优势。
在环保工业领域，利用微生物发酵技术可以对废弃物进行无害化、资源化、减量化处理。比如，有机废物经堆肥化处理后能变成优良的土壤改良剂和优质肥料；利用酵母循环系统可有效处理食品加工产生的废水，该系统处理能力是细菌活性污泥法的5~7倍。
我国生物发酵技术的应用历史非常悠久，伴随着传统酿造技术的发展而发展。直到近代，微生物学成为一门独立的自然科学，再加上近年来国家大力发展生物技术，生物发酵也迎来了突飞猛进的发展。据统计，我国生物发酵产业在制造产业中所占的比重为80%以上，已成为名副其实的发酵大国。在产业发展早期，我国生物发酵经历了两个发展阶段：2010年末到2013年，产业处于上升期，但增速逐步放缓；2013年后产量基本处于平稳发展态势，主要生物发酵产品产量从2010年的1800万吨增加到2015年的2426万吨，年产值从2000亿元增至近2900亿元。2016年，我国主要发酵产品产量达到2629万吨，比上一年增长8.4%，年总产值首次超过3000亿元；同时，2016年主要出口产品出口量408万吨，同比增长18.6%。2019年生物发酵产品产量达3200万吨，产值超过3400亿元，产品种类也从此前的三大类50多种发展到如今的七大类300多种。例如，柠檬酸、味精、山梨醇、酵母等产品生产技术已达到国际先进水平，具有较高的市场竞争力。以柠檬酸生产为例，2019年平均产酸率达到15.73%，同比增长了1.54%，同时2019年行业平均总收率为89.79%，同比增长了1.08%。
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然而，与发达国家的生物发酵水平相比，我国还处在奋起直追的发展阶段，这与我国自然科学整体落后有直接联系。生物发酵技术越来越依赖生物工程、材料学、数学和电气技术的协同发展。当前，我们在生物发酵领域的公司非常多，也不乏非常优秀的企业，如白酒第一股的茅台集团、全球玻尿酸占比50%以上的华熙生物、三元生物、安琪酵母等优秀企业。
国内生物发酵企业经过多年的积累，已经走上了发展的快车道，但依然存在一些发展瓶颈或难点，有待投入极大的资源去解决。例如，生物发酵领域中用于奶酪生产、酸奶生产的生物发酵剂的基础研究还需要不断加强；生物发酵领域中的生物芯片、生物传感器的发展还需要不断突破；生物发酵领域中重要的基因工程、材料工程等还有待持续创新。不过，随着我们对基础研究的投入，集合生物发酵全产业的协同发展，我国生物发酵行业必将迎来更好的发展。未来，生物发酵技术还将应用到更广阔的领域，例如太空食品的生物发酵合成、海洋环境的生物发酵治理、火山岩周边环境的生物发酵恢复和材料的生物可再生处理等。▲, http://www.100md.com