從過去的3大類50多種發(fā)展到現(xiàn)在的7大類300多種,。產(chǎn)量,、產(chǎn)值由1990年的68.3萬噸、42億元上升到近2100萬噸,、近2600億元（釀造工業(yè)除外）,。
我國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品種類的這一“螺旋式”上升的路線圖，甚至讓國外業(yè)內(nèi)專家都刮目相看,。
“但也只能說,，我國是發(fā)酵工業(yè)大國，并不是發(fā)酵工業(yè)強國。”江南大學生物工程學院院長堵國成坦言,。
在堵國成看來,，發(fā)酵產(chǎn)業(yè)升級之路，必須依賴現(xiàn)代工程技術,，著力解決產(chǎn)量,、轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)強度這三大關鍵技術問題,，并關注國際發(fā)酵工程技術趨勢,。
產(chǎn)業(yè)由小變大
據(jù)統(tǒng)計，2006~2012年,，我國發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品的平均年增長率維持在11%以上,，而出口總量年均增長率更是達到18%以上。僅以2012年為例,，我國發(fā)酵行業(yè)主要產(chǎn)品出口總量就高達300萬噸以上,，出口總額近32億美元。
并且,，國內(nèi)發(fā)酵行業(yè)企業(yè)在研發(fā)投入上,，也是不惜“大手筆”投入。多數(shù)企業(yè)研發(fā)投入約占銷售收入的4.5%,，有的可達10%以上,。發(fā)酵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、4個國家級工程研究中心,、6個行業(yè)專項技術研究中心等創(chuàng)新機構得以建立,。
“我國發(fā)酵行業(yè)企業(yè)已經(jīng)從中小企業(yè)為主體轉(zhuǎn)變?yōu)榇笃髽I(yè)、大集團為主導地位的格局,，行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構得到有效調(diào)整,，企業(yè)的競爭力增強，產(chǎn)業(yè)的集中度大大提高,。”堵國成認為,，發(fā)酵行業(yè)的企業(yè)管理體系建設也走上了科學、高效,、健康的發(fā)展軌道,，先進的管理理念和管理方法已在行業(yè)中廣泛應用。
據(jù)介紹,，大中型企業(yè)均通過了ISO9000系列認證,，有部分企業(yè)通過了OHSAS18001、BRC,、USP,、Kosher及HALAL認證,。
發(fā)酵產(chǎn)業(yè)集群正在發(fā)展，已形成以原料主產(chǎn)區(qū)為主的區(qū)域布局,。其中,，氨基酸、有機酸和淀粉糖行業(yè)主要集中在山東,、東北三省,、內(nèi)蒙古、河北等地,；酶制劑行業(yè)大多分布在江蘇,、湖南、湖北和山東,；酵母行業(yè)則以湖北,、廣東、廣西和安徽為主,。
此外,，2006~2012年，我國發(fā)酵行業(yè)主要發(fā)酵產(chǎn)品節(jié)能減排初見成效,。例如,，味精行業(yè)的水耗每年降低5.9%，能耗下降2.2%,；檸檬酸行業(yè)水耗每年降低13.2%,，能耗下降6.8%。
工程化難題
談到國內(nèi)發(fā)酵緣何未能邁進強國的行業(yè),，堵國成分析,，其中的關鍵因素之一便是工程化技術的先進程度不高。
從工業(yè)流程上看,，發(fā)酵工業(yè)就是通過細胞,、反應器（發(fā)酵罐）、工業(yè)過程裝備,，將生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化成各種發(fā)酵產(chǎn)品,，如大宗化學品、精細化學品,、酶制劑產(chǎn)品,、食品與配料等。與化學過程相比,，生物發(fā)酵更具高效、清潔,、可再生的特點,，是綠色,、低碳、可持續(xù)的發(fā)展模式,。
他表示,，發(fā)酵工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級亟待解決三大關鍵技術問題，即微生物能夠積累最大目的產(chǎn)物（產(chǎn)量）的條件是什么,；原料最多被微生物轉(zhuǎn)化為（轉(zhuǎn)化率）的條件是什么,；微生物最快速度發(fā)酵生產(chǎn)目的產(chǎn)物（生產(chǎn)強度）的條件是什么。
“簡言之,，便是要解決高產(chǎn)量,、高轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)強度這‘三高’問題。”堵國成說,，“實現(xiàn)高產(chǎn)量,，意味著提高設備利用率，降低產(chǎn)品提取費用,；達到高轉(zhuǎn)化率,，便可降低原料成本，減少環(huán)境污染,；可承受生產(chǎn)強度,，將能夠縮短生產(chǎn)周期，降低設備投資,。”
對于“三高”問題,，堵國成認為，其原因是細胞合成能力不足,，發(fā)酵過程條件不佳,，其根本在于生理特性理解、代謝能力調(diào)控,、最佳條件解析和合成過程控制,。
而上述問題的解決途徑和方案，堵國成開出的“藥方”主要有兩方面,，一是細胞工廠構建和改進,，包括改造代謝途徑、調(diào)控胞內(nèi)微環(huán)境,、強化底物/產(chǎn)物轉(zhuǎn)運和增強脅迫耐受能力,；另一方面則是發(fā)酵過程優(yōu)化和控制，包括多參數(shù)在線檢測與聯(lián)動控制以及優(yōu)化胞外環(huán)境,。
國際趨勢
此外,，堵國成認為國內(nèi)產(chǎn)業(yè)也應關注國際發(fā)酵工程技術趨勢，并將其總結為四個方面,。
首先,，是基于系統(tǒng)生物學技術的過程控制與優(yōu)化,。系統(tǒng)生物學技術的不斷發(fā)展，使得研究人員可以從系統(tǒng)的層面分析引起整個發(fā)酵過程中關鍵參數(shù)發(fā)生變化的生物學機制,，從而更為理性地設計發(fā)酵過程的關鍵控制參數(shù),。
其次，是高通量技術輔助的菌種篩選與過程優(yōu)化,。
“大量的實驗,，對于驗證和改進理性設計的實驗方案是必不可少的。”堵國成說,，“基于自動化技術的高通量實驗,，可以在短時間內(nèi)進行大量的菌種優(yōu)化、培養(yǎng)基成分和過程控制參數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化,。”
堵國成將第三方面歸結為依賴于生物傳感器的簡易控制系統(tǒng),。
他解釋道，傳統(tǒng)的傳感器一般只能檢測pH,、溫度,、溶氧、濁度等少數(shù)關鍵參數(shù),?；诶硇栽O計的生物傳感器，可以同時檢測多個關鍵中間代謝產(chǎn)物,，提供額外的控制參數(shù),，利用簡易控制即可實現(xiàn)發(fā)酵水平的顯著提升。
最后,，堵國成建議還應重視多參數(shù)非線性動力學過程優(yōu)化與控制,。
“傳統(tǒng)的動力學模型偏重于數(shù)學模型，無法擬合實際發(fā)酵過程參數(shù)擾動后的發(fā)酵過程,。”他說,，“多參數(shù)非線性動力學模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡等），結合實時的多參數(shù)監(jiān)測結果,，可以實現(xiàn)發(fā)酵過程的最優(yōu)化,。”（生物谷Bioon.com）
