¿Cuál es la perspectiva de desarrollo de la industria de la fermentación en los últimos años? ¿Cuáles son los temas candentes en esta industria recientemente?
(1) "Fermentación" incluye "fermentación estrictamente definida por la fisiología microbiana" y "fermentación industrial", y el término "ingeniería de fermentación" debe ser "fermentación industrial".
(2) En la producción industrial, los productos se procesan o fabrican mediante "fermentación industrial", y el proceso de procesamiento o fabricación correspondiente se denomina "proceso de fermentación". Para realizar la producción industrial, es necesario resolver los problemas de ingeniería del entorno de producción industrial, los equipos y el control de procesos para realizar estos procesos (proceso de fermentación), por lo que surgió la "ingeniería de fermentación".
(3) La ingeniería de fermentación es una disciplina que resuelve problemas de ingeniería en la producción industrial basada en la tecnología de fermentación. Desde una perspectiva de ingeniería, la ingeniería de fermentación divide el proceso industrial de fermentación que implementa la tecnología de fermentación en tres etapas: bacterias, fermentación y refinación (incluido el tratamiento de aguas residuales). Estas tres etapas tienen sus propios problemas de ingeniería y generalmente se denominan proyectos upstream, midstream y downstream de ingeniería de fermentación, respectivamente.
(4) Los microorganismos son el alma de la ingeniería de fermentación. En los últimos años, la comprensión de las características biológicas de la ingeniería de fermentación se ha vuelto cada vez más clara y la ingeniería de fermentación se está acercando a la ciencia.
(5) El principio básico de la ingeniería de fermentación es el principio biológico de la ingeniería de fermentación.
(6) La ingeniería de fermentación tiene tres etapas de desarrollo.
La ingeniería de fermentación en el sentido moderno es un tema abierto con fuerte tecnología y aplicación, y está formado por la integración cruzada de múltiples disciplinas. La ingeniería de fermentación ha pasado por tres etapas de desarrollo: procesamiento manual agrícola - ingeniería de fermentación moderna - ingeniería de fermentación moderna.
La ingeniería de fermentación tiene su origen en la producción de fermentaciones familiares o en talleres (procesamiento manual de productos agrícolas). Posteriormente, la ingeniería química se utilizó como referencia para realizar la producción industrial (ingeniería moderna de fermentación). Finalmente, regresó a la naturaleza, investigó, diseñó y guió la producción de fermentación industrial (ingeniería de fermentación moderna) centrada en las actividades de la vida microbiana, y entró en las filas de la bioingeniería.
La producción de fermentación original hecha a mano en un taller se basa en las habilidades y la experiencia transmitidas de los antepasados para producir productos fermentados. El trabajo físico es pesado y la escala de producción es limitada, lo que dificulta su realización industrial. producción. Por lo tanto, las personas mayores en el campo de la fermentación primero buscaron asesoramiento de la química y la ingeniería química, aprendieron de la química agrícola y la ingeniería química, estandarizaron los procesos de producción de fermentación, reemplazaron el manejo manual con bombas y tuberías, y reemplazaron las operaciones manuales con la producción mecánica, impulsando con éxito el estilo taller. producción de fermentación hasta el nivel de industrialización. La combinación de la producción de fermentación con la química y la industria química ha contribuido al primer salto en la producción de fermentación.
A lo largo de décadas de práctica de producción de fermentación industrial, la gente se ha dado cuenta gradualmente de que el proceso de fermentación industrial es un proceso biológico dinámico con entradas y salidas variables en el tiempo, no lineales y multivariables. Si abordamos los problemas de la producción de fermentación industrial (especialmente la producción a gran escala) según el modelo de la ingeniería química, a menudo resulta difícil obtener los resultados esperados. Desde una perspectiva de ingeniería química, un tanque de fermentación es también un reactor para la fermentación de materias primas, y las células microbianas cultivadas en el tanque de fermentación son solo un catalizador. Según el pensamiento ortodoxo de la ingeniería química, ciertamente es difícil para los microorganismos desarrollar su potencial de producción único. Por lo tanto, rastreamos el núcleo biológico (microorganismos) de la tecnología de producción de fermentación estilo taller, regresamos a la naturaleza y obtenemos una nueva comprensión de las propiedades de la ingeniería de fermentación. La identificación de las características biológicas de la ingeniería de la fermentación ha dado una dirección clara al desarrollo de la ingeniería de la fermentación, y la ingeniería de la fermentación ha entrado en la categoría de bioingeniería.
La ingeniería de fermentación se refiere al uso de tecnología de ingeniería para utilizar ciertas funciones y actividades de organismos (principalmente microorganismos) para separar enzimas para producir productos biológicos útiles para los humanos, o para usar directamente microorganismos para controlar ciertos procesos de producción industrial. . tecnología. Ejemplos bien conocidos incluyen la producción de cerveza, vino de frutas y alcohol industrial mediante fermentación de levadura, la producción de queso y yogur mediante fermentación de bacterias del ácido láctico y la producción a gran escala de penicilina mediante hongos. Con el avance de la ciencia y la tecnología, la tecnología de fermentación también se ha desarrollado enormemente y ha entrado en la etapa de la ingeniería de fermentación moderna que puede controlar y transformar artificialmente microorganismos para que puedan producir productos para los humanos. Como parte importante de la biotecnología moderna, la ingeniería de fermentación moderna tiene amplias perspectivas de aplicación. Por ejemplo, la ingeniería genética se utiliza para modificar intencionadamente la cepa original y aumentar su rendimiento; la fermentación microbiana se utiliza para producir fármacos como la insulina humana, el interferón y la hormona del crecimiento.
Ha evolucionado desde la simple producción de bebidas alcohólicas, ácido acético y pan fermentado hasta una rama extremadamente importante de la bioingeniería en la actualidad, que incluye la microbiología, la ingeniería química, la ingeniería genética, la ingeniería celular, la ingeniería mecánica y el software informático. Ingeniería multidisciplinar incluyendo ingeniería de hardware.
La ingeniería de fermentación moderna no sólo produce bebidas alcohólicas, ácido acético y pan, sino que también produce una variedad de medicamentos y medicamentos para el cuidado de la salud, como insulina, interferón, hormona del crecimiento, antibióticos y vacunas, así como materiales de producción agrícola como pesticidas naturales. , fertilizantes bacterianos y herbicidas microbianos, y producción de la industria química Aminoácidos, sabores, biopolímeros, enzimas, vitaminas, proteínas unicelulares, etc.
En términos generales, la ingeniería de fermentación consta de tres partes: ingeniería upstream, ingeniería midstream e ingeniería downstream. Los proyectos upstream incluyen la selección de excelentes plantas de semillas, la determinación de las condiciones óptimas de fermentación (pH, temperatura, oxígeno disuelto, nutrientes) y la preparación de nutrientes. Los proyectos midstream se refieren principalmente a la tecnología de cultivar una gran cantidad de células en tanques de fermentación y producir metabolitos en condiciones óptimas de fermentación. Aquí debe haber un ambiente de crecimiento aséptico estricto, incluida la tecnología de esterilización a alta temperatura y alta presión de las materias primas de fermentación, los tanques de fermentación y varias tuberías de conexión antes del inicio de la filtración del aire de fermentación para introducir continuamente aire seco y estéril en la fermentación; tecnología de tanque durante el proceso de fermentación; tecnología de control por computadora que controla la velocidad de alimentación de acuerdo con las necesidades de crecimiento celular durante el proceso de fermentación; también existen diferentes tecnologías para el cultivo de semillas y el cultivo de producción. Además, según las diferentes necesidades, la fermentación por lotes también se clasifica en tecnología de fermentación: fermentación por lotes alimentados una sola vez: es decir, sobre la base de la fermentación por lotes alimentados una sola vez, una cierta cantidad de nutrientes; se agrega para hacer que las células crezcan más o obtengan más metabolitos fermentación continua: agregando nutrientes continuamente y sacando el líquido de fermentación; Antes de cualquier fermentación industrial a gran escala, se deben realizar una gran cantidad de experimentos en pequeños fermentadores de laboratorio para obtener un modelo cinético de formación del producto, y finalmente se deben diseñar los requisitos de fermentación de la planta piloto en base a este modelo. Los requisitos de fermentación de la planta piloto deben diseñarse en función de los datos de la planta piloto para una producción a mayor escala. Debido a la complejidad de las reacciones biológicas, surgirán muchos problemas en el proceso desde el laboratorio hasta la planta piloto y desde la planta piloto hasta la producción a gran escala. Este es el problema de la amplificación del proceso de ingeniería de fermentación. La ingeniería downstream se refiere a la tecnología para separar y purificar productos del caldo de fermentación, incluida la tecnología de separación sólido-líquido (separación centrífuga, separación por filtración, separación por precipitación, etc.), tecnología de ruptura de la pared celular (ultrasónica, corte a alta presión, presión osmótica, tensioactivos, enzimas murales, etc.), tecnologías de purificación de proteínas (precipitación, separación cromatográfica, ultrafiltración, etc.) y, finalmente, tecnologías de envasado y procesamiento de productos (secado al vacío y liofilización, etc.). ).
Además, la industria de la fermentación que produce medicamentos y alimentos debe cumplir estrictamente las regulaciones de cGMP promulgadas por la Administración Federal de Alimentos y Medicamentos de los EE. UU. y aceptar inspecciones y supervisión periódicas por parte de las autoridades competentes pertinentes.