生物工程學與發酵技術

摘 要：生物工程是應用生物有機體、生物系統或生物過程來制造工業產品的學科，近年來，隨著科學技術的發展，各種檢測檢驗技術和設備、物理化學方法的得以飛速發展和提高，以此為基礎的生物工程學也得以飛速發展，應用范圍也越來越廣闊，生物工程學主要研究微生物學、生物化學和化學工程的結合，同時把這些研究成果和結合技術用用到生產生活中去，發酵技術就是其中一種，發酵技術在我國的利用由來已久，釀酒、釀醋、發酵豆制品（制醬、發酵腐乳）、酸奶、發酵乳酪這些傳統工藝都是利用發酵技術實現的，提高生物工程學的技術，從而促進發酵技術的發展和提高，可以縮短生產生活中生物工藝的時間，提高生產效率。本文就生物工程和發酵技術加以探討，希望對生物工程學與發酵技術的發展和利用有所幫助。

關鍵詞：生物工程學；發酵技術；發展；利用

生物工程學又稱為生物工藝學和生物技術，是應用生物學和工程學的原理，運用生物有機體、生物系統對生物材料、有機體進行加工處理的工程和學科，生物工程學又可以劃分為微生物學、化學工程學和生物化學，其核心內容和技術就是利用生物催化劑的酶工程學和創造新物種的遺傳工程學。

生物工程學，定義十分模糊，一般又稱機體工程學、生物工藝學和生物技術 總之就是以生物為對象的工程學，泛指運用生物學和工程學的原理對生物有機體、生物材料進行加工處理的工程和學科，是對生物學、醫學和工程學邊緣領域的研究和補充，主要適用于食品領域、藥品領域、輕工領域，外文名稱：biological engineering，生物工程學包含酶工程、基因工程、細胞工程、發酵工程的，這些分支工程以基因工程為基礎互相聯系、互相影響，人類發展和利用生物工程必須以基因工程為基礎，通過基因工程對生物進行改造，才能生產、創造出滿足人類意愿和需求的產品和成果，而基因工程的成果只有通過發酵才有可能轉化為產品。

生物工程學的發展前景廣泛，可以應用于醫學領域，通過生物工程中的基因工程、細胞工程、酶工程生產出醫治、防治人類疾病的藥品，如：白蛋白、胸腺肽、胰島素、干擾素、生長激素、各種疫苗等等；生物工程可以應用于食品、輕工領域，可以通過酶工程、發酵工程進行食品和輕工用品的加工制造。

一、基因技術

在生產生活中可以利用生物工程學中的基因技術找到一種對所需產品生產有益的可以不受加工生產對象體內調節或影響甚微的微生物，或通過基因工程將原本不存在的生物基因通過基因重組的生成，以滿足人們生產需要，比如釀酒工藝中的將泡盛曲霉的糖化酶基因引入到釀酒酵母中實現了可溶性淀粉發酵和糖化工藝相結合進行酒精發酵，提高生產效率和生產產量；通過基因技術的DNA重組實現細胞融合，可以提高微生物的種類，找到更多有益于生產的微生物，比如：國內張伯潤團隊就通過融合乳酸克魯維酵母和酒精酵母的原生質實現了對葡萄糖、麥芽糖、乳糖、蔗糖、蜜二糖的發酵。

二、酶技術

酶是生物反應的有效催化劑，很多生物反應都離不開酶的催化，近年來，酶的催化作用被廣泛應用于食品生產領域，通過遺傳和DNA技術為生產和合成各種酶提供了有效的基礎菌株加速了酶的生產效率，酶的工業化受其本身的特質影響很大，酶因為極易受到外因比如：溫度、濕度的影響，非常不穩定性，以此研究如何保證酶的穩定性，使其更經濟有效以一項重要課題。

目前經過科學試驗發現固定酶一共有四種方法，分別是：載體偶聯法、基質包埋法、交聯法和吸附法。

（1）微生物與水不溶性載體進行化學連接一般都是通過共生鍵或離子鍵的方式實現，載體偶聯法就是利用相葡聚糖凝膠、纖維素衍生物這樣的多糖或像酪蛋白、明膠這樣的蛋白質來合成多聚體，載體偶聯法固定酶生成的化學鍵牢固，載體上的酶或細胞不容易被沖刷掉，這是載體偶聯法的優點也是它的缺點，聯合化學鍵因為反應太強會影響酶的活性。

（2）基質包埋法就是利用海藻酸、卡拉膠、明膠、瓊脂、骨膠原、纖維素及其衍生物、聚丙烯酰胺等作為載體來合成多聚體，基質包埋法與載體偶聯法相比有點事聯合化學鍵反應相對溫和，酶或細胞不容易被底物沖刷，缺點是會影響合成產物的通透性和擴散性。

（3）交聯法及時利用戊二醛、乙二胺、甲苯二異氰酸等這些雙功能或多功能交聯劑來進行固定酶，交聯法固定后的酶與底物的接觸面極大，酶或細胞的活性非常高，比較適合長期的連續反應。

（4）吸附法就是利用纖維素、離子交換樹脂、玻璃、硅礦石、磁粉、磚等的載體電荷與細胞電荷之間的靜電作用來固定酶，這種方法會受到周圍環境PH值得影響穩定性稍差。

三、發酵技術

發酵技術可以說是生物工程學中最重要的一項，它可以連接到上述基因技術、酶技術，開辟了生物工程學一個新領域，將生物工程學研究推向更深層次的發展和進步，微生物的生產工業是一個完整的、系統化的工藝流程，這其中基因技術、酶技術、發酵技術三者缺一不可。

發酵技術的反應類型主要分可以形成觸及代謝產物的發酵、可以形成次級代謝產物的發酵、和以酶為產品的發酵這三種類型。

（1）初級代謝產物是指微生物通過代謝活動產生的自身生長和繁殖所必須的物質，如：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等，可以形成初級代謝產物的發酵是指利用微生物在生長或培養過程中通過新陳代謝產生的基本的、關鍵的中間產物或最終產物，例如：可以獲得乳酸、丙酮酸、乙醇等產物的糖酵解。

（2）可以形成次級代謝產物的發酵是指利用微生物在一定的生長時期以新陳代謝的初級代謝產物為反應材料合成一些分子結構比較復雜的對微生物生命活動無明確功能的化合物的過程，比如生產抗生素、生物堿、植物生長素和毒素等。

（3）目前生物發酵工程的大部分產物都是酶產品，酶制劑在低溫和溫和的PH值環境下，低濃度、少計量就可以產生有效的反應，并且無毒無害，酶制劑在生物工程中被廣泛應用，例如：糖化酶在制造酒精過程中的應用。

四、結束語

總之，生物工程學是一項涉及廣泛的領域，而作為生物工程中最重要的組成部分-發酵技術擇跟是被廣泛應用，我們需要對生物工程學進一步的認識和探討，充分利用基因技術、酶技術、發酵技術開發微生物的潛質，為生產生活服務。

參考文獻：

[1]陳玉林.生物工程學與發酵技術[J].工程技術，2016（46）：9+31.

[2]胡軍.生物工程學與發酵技術[J].無錫輕工學院學報，2015.

作者簡介：張銳，包頭輕工職業技術學院。