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文丨Lisa
编丨Lisa
在20世纪40年代，随着青霉素的大规模生产需求，工业发酵优化与放大技术应运而生，逐渐发展成为一门跨学科领域。
这一时期的技术进步，不仅标志着生物工程与化学工程的紧密合作，也为后续的发酵工艺开发奠定了坚实的基础。
在这一过程中，“三传一反”理论的应用，即传质、传热、传动和反应过程的优化，成为了指导工业发酵的关键。
工业发酵优化与放大技术最早可以追溯到20世纪40年代，在利用搅拌通气反应器实现青霉素大规模生产过程中逐渐形成。
发酵工程还非独立学科，青霉素的工业化放大生产在生物工程与化学工程专家的共同努力下得以实现，主要借鉴化学工程中“三传一反”理论指导。
同时，以抗生素发酵为代表，利用工程化思想进行工艺开发工作的相关学科也逐渐得以发展，我国华东理工大学1955年建立的抗生素制造工学专业正是一个例证。
著名抗生素专家马誉澂教授编著的《抗生素》于1955年底由人民卫生出版社出版，此书是国内最早一部系统介绍抗生素研究、制备、检测等知识的专著，成为当时抗生素制造工学专业的必学教学用书。
自此，发展了一系列针对次级代谢产物发酵过程优化与放大的方法和理论体系。
另一方面，传统轻工业如醋、酒、酱等的酿造过程，以及大宗发酵产品如氨基酸、有机酸、核酸等产品的发酵产业在我国历史悠久。基于轻工业发展起来的发酵学科则更早些(1952年前后)，包括江南大学、华南理工大学、北京工商大学等。
在此基础上形成了传统的发酵优化方法，主要包括菌种选育、培养基及培养条件的优化、反应器结构优化等。
传统菌种选育包括自然选育、人工诱变选育等在高性能菌种筛选中发挥了重要作用，也为基因工程菌的驯化以适应工业生产环境提供了重要技术基础。
早期培养基优化基于单因素试验展开，后期形成了基于统计的优化方法包括单因素设计、均匀设计、实验设计(design of experiment, DoE) 等，已经形成相对成熟的培养基优化方法体系。
在发酵过程优化方法的研究中，主要集中在最适发酵温度、接种浓度、最适pH、最适C/N比等静态条件的优化，这些方法在氨基酸、有机酸、核酸发酵优化、抗生素及次级代谢产物发酵优化等方面获得了广泛应用，并在推动我国发酵产业技术进步方面发挥了重要作用。
此外在反应器结构与形式方面也进行了诸多研究，包括不同搅拌桨及通气形式的改进、适用于剪切敏感的丝状菌发酵的气升式反应器开发与应用等，对提升发酵产率和发酵效率起到重要作用。
参考文献
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中国电子技术标准化研究院. 信息技术与标准化, 2021(S1): 2.
China Electronics Standardization Institute. Inf Technol & Stand, 2021(S1): 2 (in Chinese).
张嗣良, 张旭蓓. 基于知识图谱有向图的生物过程控制方法: CN109243528A, 2022-02-08.
夏建业, 刘晶, 庄英萍, 等. 人工智能时代发酵优化与放大技术的机遇与挑战. 生物工程学报, 2022, 38(11): 4180-4199.
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