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1內(nèi)容簡介

它是一級學(xué)科“輕工技術(shù)與工程”中的一個重要分支和重點發(fā)展的二級學(xué)科，在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中起著關(guān)鍵作用。

1）“發(fā)酵”有“微生物生理學(xué)嚴(yán)格定義的發(fā)酵”和“工業(yè)發(fā)酵”，詞條“發(fā)酵工程”中的“發(fā)酵”應(yīng)該是“工業(yè)發(fā)酵”。

（2）工業(yè)生產(chǎn)上通過“工業(yè)發(fā)酵”來加工或制作產(chǎn)品，其對應(yīng)的加工或制作工藝被稱為“發(fā)酵工藝”。為實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，就必須解決實現(xiàn)這些工藝（發(fā)酵工藝）的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備和過程控制的工程學(xué)的問題，因此，就有了“發(fā)酵工程”。

（3）發(fā)酵工程是用來解決按發(fā)酵工藝進行工業(yè)化生產(chǎn)的工程學(xué)問題的學(xué)科。發(fā)酵工程從工程學(xué)的角度把實現(xiàn)發(fā)酵工藝的發(fā)酵工業(yè)過程分為菌種、發(fā)酵和提煉（包括廢水處理）等三個階段，這三個階段都有各自的工程學(xué)問題，一般分別把它們稱為發(fā)酵工程的上游、中游和下游工程。

（4）微生物是發(fā)酵工程的靈魂。近年來，對于發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)識愈益明朗化，發(fā)酵工程正在走近科學(xué)。

（5）發(fā)酵工程基本的原理是發(fā)酵工程的生物學(xué)原理。

發(fā)酵工程是指采用工程技術(shù)手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的離體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品，或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程的一種技術(shù)。人們熟知的利用酵母菌發(fā)酵制造啤酒、果酒、工業(yè)酒精，乳酸菌發(fā)酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大規(guī)模生產(chǎn)青霉素等都是這方面的例子。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，發(fā)酵技術(shù)也有了很大的發(fā)展，并且已經(jīng)進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產(chǎn)產(chǎn)品的現(xiàn)代發(fā)酵工程階段。現(xiàn)代發(fā)酵工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的一個重要組成部分，具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌種并且提高其產(chǎn)量；利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)藥品，如人的胰島素、干擾素和生長激素等。

已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個極其重要的分支，成為一個包括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學(xué)科工程。現(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細(xì)胞蛋白等。

從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：是上游工程，中游工程和下游工程。其中上游工程包括優(yōu)良種株的選育，適發(fā)酵條件（pH、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定，營養(yǎng)物的準(zhǔn)備等。中游工程主要指在適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。這里要有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境，包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌的技術(shù)；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術(shù)；在發(fā)酵過程中根據(jù)細(xì)胞生長要求控制加料速度的計算機控制技術(shù)；還有種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。此外，根據(jù)不同的需要，發(fā)酵工藝上還分類批量發(fā)酵：即一次投料發(fā)酵；流加批量發(fā)酵：即在一次投料發(fā)酵的基礎(chǔ)上，流加一定量的營養(yǎng)，使細(xì)胞進一步的生長，或得到更多的代謝產(chǎn)物；連續(xù)發(fā)酵：不斷地流加營養(yǎng)，并不斷地取出發(fā)酵液。在進行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實驗室規(guī)模的小發(fā)酵罐進行大量的實驗，得到產(chǎn)物形成的動力學(xué)模型，并根據(jù)這個模型設(shè)計中試的發(fā)酵要求，后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學(xué)模型。由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實驗室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)：包括固液分離技術(shù)（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝），細(xì)胞破壁技術(shù)（超聲、高壓剪切、滲透壓、表面活性劑和溶壁酶等），蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法、色譜分離法和超濾法等），后還有產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)（真空干燥和冰凍干事燥等）。

此外，在生產(chǎn)藥物和食品的發(fā)酵工業(yè)中，需要嚴(yán)格遵守美國聯(lián)邦食品和藥物管理局所公布的cGMPs的規(guī)定，并要定時接受有關(guān)當(dāng)局的檢查監(jiān)督。

2發(fā)展階段

現(xiàn)代意義上的發(fā)酵工程是一個由多學(xué)科交叉、融合而形成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強的開放性的學(xué)科。發(fā)酵工程經(jīng)歷了“農(nóng)產(chǎn)手工加工——近代發(fā)酵工程——現(xiàn)代發(fā)酵工程”三個發(fā)展階段。

手工加工

發(fā)酵工程發(fā)源于家庭或作坊式的發(fā)酵制作（農(nóng)產(chǎn)手工加工），后來借鑒于化學(xué)工程實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)（近代發(fā)酵工程），后返璞歸真以微生物生命活動為中心研究、設(shè)計和指導(dǎo)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)（現(xiàn)代發(fā)酵工程），跨入生物工程的行列。

近代發(fā)酵

原始的手工作坊式的發(fā)酵制作憑借祖先傳下來的技巧和經(jīng)驗生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，體力勞動繁重，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，難以實現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。于是，發(fā)酵界的前人首先求教于化學(xué)和化學(xué)工程，向農(nóng)業(yè)化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)習(xí)，對發(fā)酵生產(chǎn)工藝進行了規(guī)范，用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運，以機器生產(chǎn)代替了手工操作，把作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)成功地推上了工業(yè)化生產(chǎn)的水平。發(fā)酵生產(chǎn)與化學(xué)和化學(xué)工程的結(jié)合促成了發(fā)酵生產(chǎn)的次飛躍。

現(xiàn)代發(fā)酵

通過發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)的幾十年實踐，人們逐步認(rèn)識到發(fā)酵工業(yè)過程是一個隨著時間變化的（時變的）、非線性的、多變量輸入和輸出的動態(tài)的生物學(xué)過程，按照化學(xué)工程的模式來處理發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)（特別是大規(guī)模生產(chǎn)）的問題，往往難以收到預(yù)期的效果。從化學(xué)工程的角度來看，發(fā)酵罐也就是生產(chǎn)原料發(fā)酵的反應(yīng)器，發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物細(xì)胞只是一種催化劑，按化學(xué)工程的正統(tǒng)思維，微生物當(dāng)然難以發(fā)揮其生命*的生產(chǎn)潛力。于是，追溯到作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的生物學(xué)內(nèi)核（微生物），返璞歸真而對發(fā)酵工程的屬性有了新的認(rèn)識。發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)定，使發(fā)酵工程的發(fā)展有了明確的方向，發(fā)酵工程進入了生物工程的范疇。

3發(fā)酵工程與傳統(tǒng)相比的特點

主要以可再生資源為原料；反應(yīng)條件溫和；環(huán)境污染較少；能生產(chǎn)目前不能生產(chǎn)或通過化學(xué)方法生產(chǎn)困難的性能優(yōu)異的產(chǎn)品；投資較少。[1] 

4發(fā)酵生產(chǎn)流程三個階段

上游、中游和下游。*行高性能生產(chǎn)菌株的選育；然后在人工或計算機控制的生化反應(yīng)器中進行大規(guī)模培養(yǎng)，生產(chǎn)目的代謝產(chǎn)物；后收集目的產(chǎn)物并進行分離純化，終獲得所需要的產(chǎn)品。[1] 

5發(fā)展簡史

20世紀(jì)20年代的酒精、甘油和丙酮等發(fā)酵工程，屬于厭氧發(fā)酵。從那時起，發(fā)酵工程又經(jīng)歷了幾次重大的轉(zhuǎn)折，在不斷地發(fā)展和完善。

20世紀(jì)40年代初，隨著青霉素的發(fā)現(xiàn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)逐漸興起。由于青霉素產(chǎn)生菌是需氧型的，微生物學(xué)家就在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地引進了通氣攪拌和一整套無菌技術(shù)，建立了深層通氣發(fā)酵技術(shù)。它大大促進了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，使有機酸、維生素、激素等都可以用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)。

1957年，日本用微生物生產(chǎn)谷氨酸成功，如今20種氨基酸都可以用發(fā)酵法生產(chǎn)。氨基酸發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，是建立在代謝控制發(fā)酵新技術(shù)的基礎(chǔ)上的。科學(xué)家在深入研究微生物代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過對微生物進行人工誘變，先得到適合于生產(chǎn)某種產(chǎn)品的突變類型，再在人工控制的條件下培養(yǎng)，就大量產(chǎn)生人們所需要的物質(zhì)。目前，代謝控制發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)與核苷酸、有機酸和部分抗生素等的生產(chǎn)中。

20世紀(jì)70年代以后，基因工程、細(xì)胞工程等生物工程技術(shù)的開發(fā)，使發(fā)酵工程進入了定向育種的新階段，新產(chǎn)品層出不窮。

20世紀(jì)80年代以來，隨著學(xué)科之間的不斷交叉和滲透，微生物學(xué)家開始用數(shù)學(xué)、動力學(xué)、化工工程原理、計算機技術(shù)對發(fā)酵過程進行綜合研究，使得對發(fā)酵過程的控制更為合理。在一些國家，已經(jīng)能夠自動記錄和自動控制發(fā)酵過程的全部參數(shù)，明顯提高了生產(chǎn)效率。

6專業(yè)排名

B+等（13個）：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京化工大學(xué)、天津大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、廣西大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)、四川理工學(xué)院、湖北工業(yè)大學(xué)、天津商業(yè)大學(xué)、浙江工業(yè)大學(xué)、福州大學(xué)

B等（11個）：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、大連工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱商業(yè)大學(xué)、河北科技大學(xué)、安徽工程科技學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、貴州大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、鄭州輕工業(yè)學(xué)院

C等（8個）：名單略

7過程要素

1、溫度

2、PH值

3、氧氣

發(fā)酵工程博士點、碩士點匯總：

（帶Z者為一級學(xué)科博士點/碩士點覆蓋的二級學(xué)科博士點/碩士點）

國家重點學(xué)科

1.華南理工大學(xué)

輕工技術(shù)與工程一級國家重點學(xué)科（涵蓋發(fā)酵工程二級學(xué)科） Z

2.江南大學(xué) Z

3.天津科技大學(xué) Z

博士點

華東理工大學(xué)；華南理工大學(xué) Z；大連工業(yè)大學(xué) Z；江南大學(xué) Z；南京工業(yè)大學(xué)；山東大學(xué)；四川大學(xué) Z；天津科技大學(xué) Z；陜西科技大學(xué) Z.

碩士點

大連工業(yè)大學(xué) Z；北京化工大學(xué) Z； 福州大學(xué)； 廣西大學(xué) Z；貴州大學(xué)；哈爾濱商業(yè)大學(xué)；河北科技大學(xué)；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)；河南工業(yè)大學(xué)；河南農(nóng)業(yè)大學(xué)；湖北工業(yè)大學(xué)；湖南師范大學(xué)；華東理工大學(xué) Z；華南理工大學(xué) Z；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)；吉林大學(xué)；吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)；江南大學(xué) Z；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)；南昌大學(xué)；南京工業(yè)大學(xué)；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)；青島科技大學(xué)；山東大學(xué)；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)；山東輕工業(yè)學(xué)院 Z；陜西科技大學(xué) Z；四川大學(xué) Z；四川理工學(xué)院；天津大學(xué)；天津科技大學(xué) Z；天津商業(yè)大學(xué)； 西北農(nóng)林科技大學(xué)；浙江大學(xué)；浙江工業(yè)大學(xué)；鄭州大學(xué)；鄭州輕工業(yè)學(xué)院；中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院；中南林業(yè)科技大學(xué)；安徽工程科技學(xué)院；福建師范大學(xué)；南京理工大學(xué)；南京林業(yè)大學(xué)。

8應(yīng)用

1、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：基于發(fā)酵工程技術(shù)，開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細(xì)胞介素－2、抗血友病因子等。

2、在食品工業(yè)上的應(yīng)用：主要有三大類產(chǎn)品，一是生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生產(chǎn)食品添加劑；三是幫助解決糧食問題。[2] 

3、在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：污水處理中微生物的強化。