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(xué)生物工程學(xué)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(shù)，著力解決產(chǎn)量,、轉(zhuǎn)化率,、生產(chǎn)強度這三大關(guān)鍵技術(shù)問題，并關(guān)注國際發(fā)酵工程技術(shù)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(shù)研究中心等創(chuàng)新機構(gòu)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(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(shè)也走上了科學(xué),、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(yīng)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(guān)鍵因素之一便是工程化技術(shù)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(yīng)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(xué)品、精細化學(xué)品,、酶制劑產(chǎn)品,、食品與配料等,。與化學(xué)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(guān)鍵技術(shù)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(shè)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(shè)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(gòu)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(yīng)關(guān)注國際發(fā)酵工程技術(shù)趨勢,，并將其總結(jié)為四個方面,。
首先，是基于系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)的過程控制與優(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發(fā)酵過程中關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化的生物學(xué)機制，從而更為理性地設(shè)計發(fā)酵過程的關(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程優(yōu)化。
“大量的實驗,，對于驗證和改進理性設(shè)計的實驗方案是必不可少的,。”堵國成說，“基于自動化技術(shù)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(jié)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(guān)鍵參數(shù)?；诶硇栽O(shè)計的生物傳感器,，可以同時檢測多個關(guān)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(yīng)重視多參數(shù)非線性動力學(xué)過程優(yōu)化與控制,。
“傳統(tǒng)的動力學(xué)模型偏重于數(shù)學(xué)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(xué)模型（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等），結(jié)合實時的多參數(shù)監(jiān)測結(jié)果,，可以實現(xiàn)發(fā)酵過程的最優(yōu)化,。”（生物谷Bioon.com）
