生物工程学与发酵技术

摘 要：生物工程是应用生物有机体、生物系统或生物过程来制造工业产品的学科，近年来，随着科学技术的发展，各种检测检验技术和设备、物理化学方法的得以飞速发展和提高，以此为基础的生物工程学也得以飞速发展，应用范围也越来越广阔，生物工程学主要研究微生物学、生物化学和化学工程的结合，同时把这些研究成果和结合技术用用到生产生活中去，发酵技术就是其中一种，发酵技术在我国的利用由来已久，酿酒、酿醋、发酵豆制品（制酱、发酵腐乳）、酸奶、发酵乳酪这些传统工艺都是利用发酵技术实现的，提高生物工程学的技术，从而促进发酵技术的发展和提高，可以缩短生产生活中生物工艺的时间，提高生产效率。本文就生物工程和发酵技术加以探讨，希望对生物工程学与发酵技术的发展和利用有所帮助。

关键词：生物工程学；发酵技术；发展；利用

生物工程学又称为生物工艺学和生物技术，是应用生物学和工程学的原理，运用生物有机体、生物系统对生物材料、有机体进行加工处理的工程和学科，生物工程学又可以划分为微生物学、化学工程学和生物化学，其核心内容和技术就是利用生物催化剂的酶工程学和创造新物种的遗传工程学。

生物工程学，定义十分模糊，一般又称机体工程学、生物工艺学和生物技术 总之就是以生物为对象的工程学，泛指运用生物学和工程学的原理对生物有机体、生物材料进行加工处理的工程和学科，是对生物学、医学和工程学边缘领域的研究和补充，主要适用于食品领域、药品领域、轻工领域，外文名称：biological engineering，生物工程学包含酶工程、基因工程、细胞工程、发酵工程的，这些分支工程以基因工程为基础互相联系、互相影响，人类发展和利用生物工程必须以基因工程为基础，通过基因工程对生物进行改造，才能生产、创造出满足人类意愿和需求的产品和成果，而基因工程的成果只有通过发酵才有可能转化为产品。

生物工程学的发展前景广泛，可以应用于醫学领域，通过生物工程中的基因工程、细胞工程、酶工程生产出医治、防治人类疾病的药品，如：白蛋白、胸腺肽、胰岛素、干扰素、生长激素、各种疫苗等等；生物工程可以应用于食品、轻工领域，可以通过酶工程、发酵工程进行食品和轻工用品的加工制造。

一、基因技术

在生产生活中可以利用生物工程学中的基因技术找到一种对所需产品生产有益的可以不受加工生产对象体内调节或影响甚微的微生物，或通过基因工程将原本不存在的生物基因通过基因重组的生成，以满足人们生产需要，比如酿酒工艺中的将泡盛曲霉的糖化酶基因引入到酿酒酵母中实现了可溶性淀粉发酵和糖化工艺相结合进行酒精发酵，提高生产效率和生产产量；通过基因技术的DNA重组实现细胞融合，可以提高微生物的种类，找到更多有益于生产的微生物，比如：国内张伯润团队就通过融合乳酸克鲁维酵母和酒精酵母的原生质实现了对葡萄糖、麦芽糖、乳糖、蔗糖、蜜二糖的发酵。

二、酶技术

酶是生物反应的有效催化剂，很多生物反应都离不开酶的催化，近年来，酶的催化作用被广泛应用于食品生产领域，通过遗传和DNA技术为生产和合成各种酶提供了有效的基础菌株加速了酶的生产效率，酶的工业化受其本身的特质影响很大，酶因为极易受到外因比如：温度、湿度的影响，非常不稳定性，以此研究如何保证酶的稳定性，使其更经济有效以一项重要课题。

目前经过科学试验发现固定酶一共有四种方法，分别是：载体偶联法、基质包埋法、交联法和吸附法。

（1）微生物与水不溶性载体进行化学连接一般都是通过共生键或离子键的方式实现，载体偶联法就是利用相葡聚糖凝胶、纤维素衍生物这样的多糖或像酪蛋白、明胶这样的蛋白质来合成多聚体，载体偶联法固定酶生成的化学键牢固，载体上的酶或细胞不容易被冲刷掉，这是载体偶联法的优点也是它的缺点，联合化学键因为反应太强会影响酶的活性。

（2）基质包埋法就是利用海藻酸、卡拉胶、明胶、琼脂、骨胶原、纤维素及其衍生物、聚丙烯酰胺等作为载体来合成多聚体，基质包埋法与载体偶联法相比有点事联合化学键反应相对温和，酶或细胞不容易被底物冲刷，缺点是会影响合成产物的通透性和扩散性。

（3）交联法及时利用戊二醛、乙二胺、甲苯二异氰酸等这些双功能或多功能交联剂来进行固定酶，交联法固定后的酶与底物的接触面极大，酶或细胞的活性非常高，比较适合长期的连续反应。

（4）吸附法就是利用纤维素、离子交换树脂、玻璃、硅矿石、磁粉、砖等的载体电荷与细胞电荷之间的静电作用来固定酶，这种方法会受到周围环境PH值得影响稳定性稍差。

三、发酵技术

发酵技术可以说是生物工程学中最重要的一项，它可以连接到上述基因技术、酶技术，开辟了生物工程学一个新领域，将生物工程学研究推向更深层次的发展和进步，微生物的生产工业是一个完整的、系统化的工艺流程，这其中基因技术、酶技术、发酵技术三者缺一不可。

发酵技术的反应类型主要分可以形成触及代谢产物的发酵、可以形成次级代谢产物的发酵、和以酶为产品的发酵这三种类型。

（1）初级代谢产物是指微生物通过代谢活动产生的自身生长和繁殖所必须的物质，如：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等，可以形成初级代谢产物的发酵是指利用微生物在生长或培养过程中通过新陈代谢产生的基本的、关键的中间产物或最终产物，例如：可以获得乳酸、丙酮酸、乙醇等产物的糖酵解。

（2）可以形成次级代谢产物的发酵是指利用微生物在一定的生长时期以新陈代谢的初级代谢产物为反应材料合成一些分子结构比较复杂的对微生物生命活动无明确功能的化合物的过程，比如生产抗生素、生物碱、植物生长素和毒素等。

（3）目前生物发酵工程的大部分产物都是酶产品，酶制剂在低温和温和的PH值环境下，低浓度、少计量就可以产生有效的反应，并且无毒无害，酶制剂在生物工程中被广泛应用，例如：糖化酶在制造酒精过程中的应用。

四、结束语

总之，生物工程学是一项涉及广泛的领域，而作为生物工程中最重要的组成部分-发酵技术择跟是被广泛应用，我们需要对生物工程学进一步的认识和探讨，充分利用基因技术、酶技术、发酵技术开发微生物的潜质，为生产生活服务。

参考文献：

[1]陈玉林.生物工程学与发酵技术[J].工程技术，2016（46）：9+31.

[2]胡军.生物工程学与发酵技术[J].无锡轻工学院学报，2015.

作者简介：张锐，包头轻工职业技术学院。