從過(guò)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(wàn)噸,、42億元上升到近2100萬(wàn)噸,、近2600億元（釀造工業(yè)除外）。
我國(guó)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(guó)外業(yè)內(nèi)專家都刮目相看,。
“但也只能說(shuō)，我國(guó)是發(fā)酵工業(yè)大國(guó),，并不是發(fā)酵工業(yè)強(qiáng)國(guó),。”江南大學(xué)生物工程學(xué)院院長(zhǎng)堵國(guó)成坦言。
在堵國(guó)成看來(lái),，發(fā)酵產(chǎn)業(yè)升級(jí)之路,，必須依賴現(xiàn)代工程技術(shù)，著力解決產(chǎn)量,、轉(zhuǎn)化率,、生產(chǎn)強(qiáng)度這三大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并關(guān)注國(guó)際發(fā)酵工程技術(shù)趨勢(shì),。
產(chǎn)業(yè)由小變大
據(jù)統(tǒng)計(jì),，2006~2012年，我國(guó)發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品的平均年增長(zhǎng)率維持在11%以上,，而出口總量年均增長(zhǎng)率更是達(dá)到18%以上,。僅以2012年為例，我國(guó)發(fā)酵行業(yè)主要產(chǎn)品出口總量就高達(dá)300萬(wàn)噸以上,，出口總額近32億美元,。
并且,，國(guó)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(dá)10%以上。發(fā)酵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,、4個(gè)國(guó)家級(jí)工程研究中心、6個(gè)行業(yè)專項(xiàng)技術(shù)研究中心等創(chuàng)新機(jī)構(gòu)得以建立,。
“我國(guó)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(tuán)為主導(dǎo)地位的格局，行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到有效調(diào)整,，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng),，產(chǎn)業(yè)的集中度大大提高。”堵國(guó)成認(rèn)為,，發(fā)酵行業(yè)的企業(yè)管理體系建設(shè)也走上了科學(xué),、高效、健康的發(fā)展軌道,，先進(jìn)的管理理念和管理方法已在行業(yè)中廣泛應(yīng)用,。
據(jù)介紹，大中型企業(yè)均通過(guò)了ISO9000系列認(rèn)證,，有部分企業(yè)通過(guò)了OHSAS18001,、BRC、USP,、Kosher及HALAL認(rèn)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(jī)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(guó)發(fā)酵行業(yè)主要發(fā)酵產(chǎn)品節(jié)能減排初見(jiàn)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(guó)內(nèi)發(fā)酵緣何未能邁進(jìn)強(qiáng)國(guó)的行業(yè)，堵國(guó)成分析,，其中的關(guān)鍵因素之一便是工程化技術(shù)的先進(jìn)程度不高,。
從工業(yè)流程上看，發(fā)酵工業(yè)就是通過(guò)細(xì)胞,、反應(yīng)器（發(fā)酵罐）,、工業(yè)過(guò)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(xué)品,、精細(xì)化學(xué)品、酶制劑產(chǎn)品,、食品與配料等,。與化學(xué)過(guò)程相比，生物發(fā)酵更具高效,、清潔,、可再生的特點(diǎn)，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(jí)亟待解決三大關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(qiáng)度）的條件是什么,。
“簡(jiǎn)言之，便是要解決高產(chǎn)量,、高轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)強(qiáng)度這‘三高’問(wèn)題,。”堵國(guó)成說(shuō)，“實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量,，意味著提高設(shè)備利用率,，降低產(chǎn)品提取費(fèi)用；達(dá)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(qiáng)度，將能夠縮短生產(chǎn)周期,，降低設(shè)備投資,。”
對(duì)于“三高”問(wèn)題，堵國(guó)成認(rèn)為,，其原因是細(xì)胞合成能力不足,，發(fā)酵過(guò)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(guò)程控制。
而上述問(wèn)題的解決途徑和方案,，堵國(guó)成開(kāi)出的“藥方”主要有兩方面，一是細(xì)胞工廠構(gòu)建和改進(jìn),，包括改造代謝途徑,、調(diào)控胞內(nèi)微環(huán)境、強(qiáng)化底物/產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)和增強(qiáng)脅迫耐受能力,；另一方面則是發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化和控制,，包括多參數(shù)在線檢測(cè)與聯(lián)動(dòng)控制以及優(yōu)化胞外環(huán)境。
國(guó)際趨勢(shì)
此外,，堵國(guó)成認(rèn)為國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)也應(yīng)關(guān)注國(guó)際發(fā)酵工程技術(shù)趨勢(shì),，并將其總結(jié)為四個(gè)方面。
首先,，是基于系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)的過(guò)程控制與優(yōu)化,。系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)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(gè)發(fā)酵過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化的生物學(xué)機(jī)制,，從而更為理性地設(shè)計(jì)發(fā)酵過(guò)程的關(guān)鍵控制參數(shù),。
其次，是高通量技術(shù)輔助的菌種篩選與過(guò)程優(yōu)化,。
“大量的實(shí)驗(yàn),，對(duì)于驗(yàn)證和改進(jìn)理性設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是必不可少的。”堵國(guó)成說(shuō),，“基于自動(dòng)化技術(shù)的高通量實(shí)驗(yàn),，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的菌種優(yōu)化、培養(yǎng)基成分和過(guò)程控制參數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化,。”
堵國(guó)成將第三方面歸結(jié)為依賴于生物傳感器的簡(jiǎn)易控制系統(tǒng),。
他解釋道，傳統(tǒng)的傳感器一般只能檢測(cè)pH,、溫度,、溶氧,、濁度等少數(shù)關(guān)鍵參數(shù)?；诶硇栽O(shè)計(jì)的生物傳感器,，可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)關(guān)鍵中間代謝產(chǎn)物，提供額外的控制參數(shù),，利用簡(jiǎn)易控制即可實(shí)現(xiàn)發(fā)酵水平的顯著提升,。
最后，堵國(guó)成建議還應(yīng)重視多參數(shù)非線性動(dòng)力學(xué)過(guò)程優(yōu)化與控制,。
“傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型偏重于數(shù)學(xué)模型,，無(wú)法擬合實(shí)際發(fā)酵過(guò)程參數(shù)擾動(dòng)后的發(fā)酵過(guò)程。”他說(shuō),，“多參數(shù)非線性動(dòng)力學(xué)模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）,，結(jié)合實(shí)時(shí)的多參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程的最優(yōu)化,。”（生物谷Bioon.com）
