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【摘要】生物工程是最近几年兴起的新型学科，它是由发酵工程逐渐演变而来的。但是生物工程学所包含的范围和深远影响则远远超过了发酵工程，它是由分子生物学、分子遗传学、生物化学、微生物学和计算机等许多基础学科组成的，发酵工程仅仅占据了其一部分内容。本文将浅谈生物工程中所应用的几种发酵方式以及提出几项尚需改进或优化的建议，以促进发酵工程在生物工程中得到更加全面地应用，促进二者协同配合良性发展。
【关键词】发酵工程；生物工程；应用；建议
一、发酵工程在生物工程中的应用
发酵工程的基础是微生物，微生物菌种性能的优良与否不但影响着产品的产量、质量、经济效益与成本，而且对新原料的利用与新产品的开发也具有一定的影响。从前的育种方法是对自然界中的微生物进行分离，利用常规的方法诱变来获取高产菌种，提高经济效益。产生的效果为：1）原本存在的产物的结构基因没有改变，调节基因产生了突变，反馈调节被解除，诱导型变为组成型；2）支路代谢阻断，前体的供应提高，协同反馈被解除；3）细胞的渗透性改变，有利于产物的积累，从而使发酵工程取得更大的效益。但由于不能改变原本存在的产物的结构基因，因此运用从前的育种方法不能对菌种的生产性能等产生具有重要意义的突破，更不能组建新的微生物菌种。直到七十年代，发酵产业在基因工程的协助下，终于可以培育出符合自己意愿的优良菌种。下面将介绍生物工程中所应用的几种发酵方式并进行比较与探讨：
1.1氨基酸发酵
（1）赖氨酸发酵
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，对人及动物的生命活动具有极其重要的意义。其中八种必需氨基酸不能在人体内合成，需通过食物供给，于是发酵工程在生产必须氨基酸这一方面具有非常重要的经济意义。尤其是赖氨酸，在食品工业特别是儿童食品具有极其重要的经济意义。由于谷类食品蛋白质中赖氨酸的含量不能够满足儿童成长发育的需要，如果不进行人工补给，则儿童会因为赖氨酸的缺乏而造成生长发育不良。国际上曾经做过相关测试：在小学生和中学生的膳食中加入赖氨酸，并与未加入的学生进行对比，结果显示食用赖氨酸的学生更加高大有力。
由于赖氨酸不可忽视的重要性，一些学院开始着力于选育赖氨酸生产菌株并对此进行了大量的研究工作，最终获得了在适宜条件下，发酵液中赖氨酸的总提取率达到70%的优良菌株。但类似这样的赖氨酸的高产菌株都具有生长缓慢的特点，于是科学家们为了弥补这一缺陷，将其与一种生长速度快速的菌株进行细胞融合，于是得到了一种产酸率高并且生长迅速的菌株，这就产生了发酵工程在生物工程中成功应用的案例。
（2）苏氨酸发酵
苏氨酸作为八种必须氨基酸之一，一般也采用发酵方法获得，但是产量不高。苏联学者根据苏氨酸在大肠杆菌中的合成途径，利用基因工程手段培育出了原材料廉价并且发酵速度快且稳定的菌株。苏联学者从以下几个方面展开工作：首先使用拮抗物，筛选出对苏氨酸不敏感的变种；然后加入正控制基因relA，它对苏氨酸的操纵子起到活化作用，使苏氨酸的产量达到每升2-3g；最后将苏氨酸的操纵子载入苏氨酸缺陷型的变种，发酵48小时，产量达到每升30g。
但从工业生产的角度来讲，他们合成的菌株并不理想，因为在连续发酵的过程中存在着一定的不稳定性。于是他们想出了一种更好的方法：合成培养基。在此过程中，质粒的脱落导致不能合成苏氨酸的细胞也不能合成生命所需的异亮氨酸，从而死亡。于是，科学家们就得到了发酵迅速、稳定的菌株。然而这一供给大量且稳定的发酵工程的实现对于生物工程的发展也具有重要意义。
1.2酶的发酵
酶属于活性蛋白质，不同的酶拥有不同的结构基因编码，因此想要提高酶的产量，增加目的基因的数量与摆脱调节基因的控制是势在必行的。日本科学家利用基因工程技术成功组建了淀粉酶的高产菌株。
因为淀粉酶的组成受多种调节基因的控制，通过DNA转化方式，使这些调节基因进入到同一细胞当中，起到协同的作用，使淀粉酶菌株达到高产。高产菌株就是通过逐步转化和突变的方法组建的，淀粉酶产量大幅提高的直接原因是：结构基因通过质粒进入到感受态细胞和原生质球中，并在受体细胞中得到表达，于是分泌大量的淀粉酶在培养液中，得到高产淀粉酶的工程菌株。酶作为生物体内具有高度专一性和催化效率的蛋白质，因此发酵工程对于高产酶菌株的培育在生物工程的实現中也具有重要效用。
1.3酒精发酵新技术
近年来，由于世界范围内能源危机的加剧，国外由于石油等能源物质的缺乏，在化学产品的生产中往往用酒精进行代替，对于生物物质的利用做出了巨大的努力。其中主要是进行纤维素的酶法糖化和发酵工艺的研究，以此来生产酒精。酒精发酵不仅能够解决生物工程的问题，也能够缓解当今国际能源缺乏的现状，即可利用酒精取代一些能源的利用.
二、几项建议
2.1新型甜味剂的开发
由于饮料产业的开发，各种饮料产品在市场上大量发售，糖的用量迅速增加，但是糖吃多了容易引人发胖，因此市场需要提供除蔗糖以外的低热量甜味剂，于是高果糖浆和人工合成甜味剂现世。
（1）高果糖浆：第一代果糖糖浆含果糖42%，工业化生产年产量大约2000吨。第二代果糖糖浆占50%，果糖糖浆之所以发展迅速的原因有：大多数国家用玉米为原料，其中玉米浆和玉米油的产量为原料总价的60%，高果糖浆的成本原为蔗糖成本的三分之一左右，售价为蔗糖的70%，因此高果糖浆产业得到了迅速发展。
（2）天门冬酰丙苯胺酸甲酯（APM）：天门冬酰丙苯胺酸甲酯是蔗糖甜度的200倍，它不是由淀粉水解产生的，而是通过发酵工程获得的。并且本身的热度特别低，因此天门冬酰丙苯胺酸甲酯也是取代蔗糖的良好甜味剂。
（3）果糖的生产新方法：利用酶法代替化学法制造塑材，这样既可降低成本，也会得到副产物果糖。将葡萄糖氧化生成葡萄糖和过氧化氢，葡萄糖既可还原成为果糖。
（4）天然蛋白甜味剂：monellin和thumatin这两种蛋白质产自西非，比蔗糖甜十万倍，将这两种糖蛋白的基因从植物提取到微生物里面进行培养，就可以生成天然蛋白甜味剂。
2.2安全问题
由于基因工程可能会产生许多社会问题，并且会存在潜在危险性。经过重组的菌株和质粒一旦投入生产，将不可避免地投入到大自然中。这些菌株会间接地危害我们的身体健康，造成环境的污染，因此注意安全问题是极其重要的。
因此在培养菌株的过程中，进行物理密封和生物学密封是至关重要的步骤。
三、结束语
综上所述，发酵工程和生物工程其实是相辅相成的，发酵工程中需要通过生物工程中的基因工程和基因重组来实现，而发酵工程的应用也在一定程度上为生物工程做出了一定程度的贡献。因此只有二者共同进步，才能够获得更加长足的发展。随着各种发酵技术的创新与应用，新型甜味剂的出现等现象的发生，发酵工程在生物工程中的应用越来越广泛，但同时也要注意安全问题，否则将会造成难以挽回的后果。因此要采取安全措施，保护人类以及环境的健康发展。
参考文献：
[1]陈洪章.现代发酵工程技术在食品领域的应用研究进展【J】.中国酿造，2005，（12）：21-24.
[2]金滨锋.现代生物技术在食品工业中的应用【J】.生物技术世界，2005，（8）：36-39.
【关键词】发酵工程；生物工程；应用；建议
一、发酵工程在生物工程中的应用
发酵工程的基础是微生物，微生物菌种性能的优良与否不但影响着产品的产量、质量、经济效益与成本，而且对新原料的利用与新产品的开发也具有一定的影响。从前的育种方法是对自然界中的微生物进行分离，利用常规的方法诱变来获取高产菌种，提高经济效益。产生的效果为：1）原本存在的产物的结构基因没有改变，调节基因产生了突变，反馈调节被解除，诱导型变为组成型；2）支路代谢阻断，前体的供应提高，协同反馈被解除；3）细胞的渗透性改变，有利于产物的积累，从而使发酵工程取得更大的效益。但由于不能改变原本存在的产物的结构基因，因此运用从前的育种方法不能对菌种的生产性能等产生具有重要意义的突破，更不能组建新的微生物菌种。直到七十年代，发酵产业在基因工程的协助下，终于可以培育出符合自己意愿的优良菌种。下面将介绍生物工程中所应用的几种发酵方式并进行比较与探讨：
1.1氨基酸发酵
（1）赖氨酸发酵
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，对人及动物的生命活动具有极其重要的意义。其中八种必需氨基酸不能在人体内合成，需通过食物供给，于是发酵工程在生产必须氨基酸这一方面具有非常重要的经济意义。尤其是赖氨酸，在食品工业特别是儿童食品具有极其重要的经济意义。由于谷类食品蛋白质中赖氨酸的含量不能够满足儿童成长发育的需要，如果不进行人工补给，则儿童会因为赖氨酸的缺乏而造成生长发育不良。国际上曾经做过相关测试：在小学生和中学生的膳食中加入赖氨酸，并与未加入的学生进行对比，结果显示食用赖氨酸的学生更加高大有力。
由于赖氨酸不可忽视的重要性，一些学院开始着力于选育赖氨酸生产菌株并对此进行了大量的研究工作，最终获得了在适宜条件下，发酵液中赖氨酸的总提取率达到70%的优良菌株。但类似这样的赖氨酸的高产菌株都具有生长缓慢的特点，于是科学家们为了弥补这一缺陷，将其与一种生长速度快速的菌株进行细胞融合，于是得到了一种产酸率高并且生长迅速的菌株，这就产生了发酵工程在生物工程中成功应用的案例。
（2）苏氨酸发酵
苏氨酸作为八种必须氨基酸之一，一般也采用发酵方法获得，但是产量不高。苏联学者根据苏氨酸在大肠杆菌中的合成途径，利用基因工程手段培育出了原材料廉价并且发酵速度快且稳定的菌株。苏联学者从以下几个方面展开工作：首先使用拮抗物，筛选出对苏氨酸不敏感的变种；然后加入正控制基因relA，它对苏氨酸的操纵子起到活化作用，使苏氨酸的产量达到每升2-3g；最后将苏氨酸的操纵子载入苏氨酸缺陷型的变种，发酵48小时，产量达到每升30g。
但从工业生产的角度来讲，他们合成的菌株并不理想，因为在连续发酵的过程中存在着一定的不稳定性。于是他们想出了一种更好的方法：合成培养基。在此过程中，质粒的脱落导致不能合成苏氨酸的细胞也不能合成生命所需的异亮氨酸，从而死亡。于是，科学家们就得到了发酵迅速、稳定的菌株。然而这一供给大量且稳定的发酵工程的实现对于生物工程的发展也具有重要意义。
1.2酶的发酵
酶属于活性蛋白质，不同的酶拥有不同的结构基因编码，因此想要提高酶的产量，增加目的基因的数量与摆脱调节基因的控制是势在必行的。日本科学家利用基因工程技术成功组建了淀粉酶的高产菌株。
因为淀粉酶的组成受多种调节基因的控制，通过DNA转化方式，使这些调节基因进入到同一细胞当中，起到协同的作用，使淀粉酶菌株达到高产。高产菌株就是通过逐步转化和突变的方法组建的，淀粉酶产量大幅提高的直接原因是：结构基因通过质粒进入到感受态细胞和原生质球中，并在受体细胞中得到表达，于是分泌大量的淀粉酶在培养液中，得到高产淀粉酶的工程菌株。酶作为生物体内具有高度专一性和催化效率的蛋白质，因此发酵工程对于高产酶菌株的培育在生物工程的实現中也具有重要效用。
1.3酒精发酵新技术
近年来，由于世界范围内能源危机的加剧，国外由于石油等能源物质的缺乏，在化学产品的生产中往往用酒精进行代替，对于生物物质的利用做出了巨大的努力。其中主要是进行纤维素的酶法糖化和发酵工艺的研究，以此来生产酒精。酒精发酵不仅能够解决生物工程的问题，也能够缓解当今国际能源缺乏的现状，即可利用酒精取代一些能源的利用.
二、几项建议
2.1新型甜味剂的开发
由于饮料产业的开发，各种饮料产品在市场上大量发售，糖的用量迅速增加，但是糖吃多了容易引人发胖，因此市场需要提供除蔗糖以外的低热量甜味剂，于是高果糖浆和人工合成甜味剂现世。
（1）高果糖浆：第一代果糖糖浆含果糖42%，工业化生产年产量大约2000吨。第二代果糖糖浆占50%，果糖糖浆之所以发展迅速的原因有：大多数国家用玉米为原料，其中玉米浆和玉米油的产量为原料总价的60%，高果糖浆的成本原为蔗糖成本的三分之一左右，售价为蔗糖的70%，因此高果糖浆产业得到了迅速发展。
（2）天门冬酰丙苯胺酸甲酯（APM）：天门冬酰丙苯胺酸甲酯是蔗糖甜度的200倍，它不是由淀粉水解产生的，而是通过发酵工程获得的。并且本身的热度特别低，因此天门冬酰丙苯胺酸甲酯也是取代蔗糖的良好甜味剂。
（3）果糖的生产新方法：利用酶法代替化学法制造塑材，这样既可降低成本，也会得到副产物果糖。将葡萄糖氧化生成葡萄糖和过氧化氢，葡萄糖既可还原成为果糖。
（4）天然蛋白甜味剂：monellin和thumatin这两种蛋白质产自西非，比蔗糖甜十万倍，将这两种糖蛋白的基因从植物提取到微生物里面进行培养，就可以生成天然蛋白甜味剂。
2.2安全问题
由于基因工程可能会产生许多社会问题，并且会存在潜在危险性。经过重组的菌株和质粒一旦投入生产，将不可避免地投入到大自然中。这些菌株会间接地危害我们的身体健康，造成环境的污染，因此注意安全问题是极其重要的。
因此在培养菌株的过程中，进行物理密封和生物学密封是至关重要的步骤。
三、结束语
综上所述，发酵工程和生物工程其实是相辅相成的，发酵工程中需要通过生物工程中的基因工程和基因重组来实现，而发酵工程的应用也在一定程度上为生物工程做出了一定程度的贡献。因此只有二者共同进步，才能够获得更加长足的发展。随着各种发酵技术的创新与应用，新型甜味剂的出现等现象的发生，发酵工程在生物工程中的应用越来越广泛，但同时也要注意安全问题，否则将会造成难以挽回的后果。因此要采取安全措施，保护人类以及环境的健康发展。
参考文献：
[1]陈洪章.现代发酵工程技术在食品领域的应用研究进展【J】.中国酿造，2005，（12）：21-24.
[2]金滨锋.现代生物技术在食品工业中的应用【J】.生物技术世界，2005，（8）：36-39.