何以解憂，唯有創(chuàng)新
——2014年發(fā)酵工程研究會常務(wù)理事擴大會上的報告

于信令

（沈陽德成生物科技有限公司，遼寧沈陽 110023）

何以解憂，唯有創(chuàng)新
——2014年發(fā)酵工程研究會常務(wù)理事擴大會上的報告

于信令

（沈陽德成生物科技有限公司，遼寧沈陽 110023）

1 行業(yè)現(xiàn)狀及存在問題

近兩三年味精和氨基酸發(fā)酵行業(yè)的狀況不盡人意，可以說低迷不振。表現(xiàn)在銷售市場不景氣，產(chǎn)品價位偏低，企業(yè)經(jīng)濟效益下滑，有些企業(yè)處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。對此行業(yè)同仁頗感憂慮。但是我們還應(yīng)看到這期間各有關(guān)企業(yè)、科研單位、高等院校和設(shè)計單位團結(jié)合作、勇對困境，克服種種不利因素，在生產(chǎn)能力、技術(shù)水平、新產(chǎn)品開發(fā)、節(jié)能減排、環(huán)境保護、生產(chǎn)安全、食品衛(wèi)生等方面做了大量工作，并做出了很大成績。

1.1 我國氨基酸產(chǎn)量已達世界首位

目前我國年產(chǎn)味精約180萬噸，年產(chǎn)賴氨酸約120萬噸，年產(chǎn)蘇氨酸及小品種氨基酸約30萬噸，合計年產(chǎn)氨基酸約為330萬噸。占全世界氨基酸總量（約600萬噸）的50%以上。現(xiàn)在我國是全世界氨基酸主要產(chǎn)區(qū)，是氨基酸最大生產(chǎn)國之一。

1.2 技術(shù)含量提高很大，主要技術(shù)指標達到世界先進水平

發(fā)酵使用亞適量菌種、溫敏菌種、DNA基因重組菌種、高效工程菌，結(jié)合工藝設(shè)備不斷改進使生產(chǎn)技術(shù)指標不斷提高。目前谷氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸率達170～200 g/L，轉(zhuǎn)化率達60%～64%，提取收率為88%。賴氨酸發(fā)酵產(chǎn)酸率達170～200 g/L，有的達到200 g/L以上，轉(zhuǎn)化率為65%～68%，有的達到70%以上，提取收率為95%。

1.3 我國自行設(shè)計、制造、安裝的1200 m3超大型發(fā)酵罐已投入運行。

2008年我國當時最大發(fā)酵罐（800 m3）在寧夏伊品公司投入運行，效果很好。近期（2014年上半年）超大型發(fā)酵罐（1200 m3）在甘肅武威榮華工貿(mào)公司投產(chǎn)運行，效果很佳。說明我國氨基酸行業(yè)大型生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計、制造安裝已進入國際先進行列。

1.4 小品種氨基酸及關(guān)聯(lián)新產(chǎn)品發(fā)展較快

近年來除谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸三種大宗氨基酸外，小品種氨基酸，如苯丙氨酸、色氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、精氨酸、脯氨酸等發(fā)展較快，發(fā)酵水平提高很大，但目前產(chǎn)量不大。

另外，γ-聚谷氨酸（γ-PGA），ε-聚賴氨酸（ε-PL），聚天門冬氨酸（PASP）等作為食品添加劑、防腐劑、生物降解材料、藥物載體、抗癌增進劑等新興生物技術(shù)產(chǎn)品，目前處于研發(fā)階段，發(fā)展前景看好。

2014年5月，梅花集團年產(chǎn)千噸普魯蘭多糖植物膠囊生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)，對食品和醫(yī)藥行業(yè)做出新的貢獻。

與氨基酸密切相關(guān)的肌苷酸（IMP）、鳥苷酸（GMP）和I+G產(chǎn)量和技術(shù)水平均有所提高，與國外同類產(chǎn)品頗具抗衡能力，為提高建材質(zhì)量，有的企業(yè)還增加了葡萄糖酸鈉產(chǎn)品的生產(chǎn)。

1.5 先進自控設(shè)備及DCS計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用較好

近幾年為配合氨基酸生產(chǎn)需要，一些設(shè)備和儀表公司研制并提供了許多先進自控設(shè)備，為行業(yè)發(fā)展做出很大貢獻。如全程控板框式壓濾機，用于糖化、脫色過濾；全自動控制下卸料離心機分離谷氨酸、味精受到歡迎；電腦濾清器代替高空采風塔；自控熱水器液化效果高；高轉(zhuǎn)速臥螺離心機，帶式過濾機適用于生產(chǎn)；多效降膜蒸發(fā)器節(jié)能效果較好；離心式空壓機、溴化鋰制冷機應(yīng)用越來越廣泛。以上設(shè)備具有高效自控、節(jié)能減排的特點而得到廣泛應(yīng)用。另外，近幾年計算機DCS（集散控制系統(tǒng)），應(yīng)用比較廣泛，效果較好，越來越得到氨基酸行業(yè)的重視和認可。

1.6 近年來企業(yè)管理水平有較大提高，有利于生產(chǎn)穩(wěn)定和發(fā)展

目前企業(yè)越來越重視制約其生存發(fā)展的環(huán)保、安全生產(chǎn)和食品衛(wèi)生等問題。企業(yè)需要加強現(xiàn)代化管理，加大投入，使各項控制指標達到國家和地方政府的要求。有的企業(yè)污水處理后不但指標達到規(guī)定要求，處理后的廢水還可飼養(yǎng)可食用的熱帶魚。

另外，氨基酸發(fā)酵普遍存在染菌、染噬菌體問題，因近幾年采取多項有效措施，并積累了較豐富的經(jīng)驗，染菌基本上得到控制，對穩(wěn)定生產(chǎn)起了關(guān)鍵作用。

近幾年行業(yè)在低迷困境中不斷前進，取得很大成績，但全面衡量對比來看，還存在不少不足之處。

1）多年以前就提出來的擴寬使用非糧原料問題，喊的多、做的少，至今仍然是以玉米淀粉為主料，其次是小麥淀粉，極少用非糧原料。

2）近幾年增加不少氨基酸及其關(guān)聯(lián)新產(chǎn)品，但與國外先進國家相差很大。工藝新技術(shù)的開發(fā)成果不夠多，說明在研發(fā)的人力、資金投入上還不足。

3）污水治理和復(fù)混肥料尾氣處理比前些年有較大的改善和提高，但還有一定差距，有些企業(yè)尚不能真正達到規(guī)定指標。

4）近幾年重視節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟，但缺乏具體攻關(guān)措施，效果不夠明顯。

5）對食用味精及各種氨基酸的營養(yǎng)及安全性尚缺乏深化試驗數(shù)據(jù)和宣傳力度。特別是近期投入市場的新產(chǎn)品缺乏安全性、營養(yǎng)性、功能性的試驗數(shù)據(jù)，影響銷售市場。

6）現(xiàn)在缺乏能對全行業(yè)或大型企業(yè)現(xiàn)狀、存在的主要問題進行分析研究，并提出今后發(fā)展戰(zhàn)略方針的機構(gòu)和技術(shù)經(jīng)濟專家。

2 堅持創(chuàng)新之路，推動氨基酸行業(yè)繼續(xù)發(fā)展

2.1 復(fù)合酶法用于小麥淀粉制糖工藝

蓮花集團采用糖化酶、普魯蘭酶、木聚糖酶、葡聚糖酶和蛋白酶的復(fù)合酶，進行糖化，粉糖轉(zhuǎn)化率由77.9%提高到86.6%，糖液透光率提高很大，糖化周期減少4 h。為小麥淀粉制糖工藝開辟了新路。

2.2 液化糖化合二為一新工藝探索

由杰能科錢瑩、段鋼先生提出的把液化工序和糖化工序合二為一的新制糖工藝，能減少設(shè)備和人員投入、節(jié)約能源、降低成本、提高經(jīng)濟效益。但此新工藝尚需探索，因為能滿足新工藝所需要的復(fù)合酶制劑，有待酶制劑行業(yè)的研發(fā)，新工藝生產(chǎn)條件也尚需試驗摸索。

2.3 采用富氧技術(shù)，提高發(fā)酵溶解氧

氨基酸生產(chǎn)多數(shù)是好氧發(fā)酵，為了提高發(fā)酵液的溶解氧，可以采取提高空氣壓力，即增加罐壓，提高氧分壓。但是提高氧分壓的同時，CO2的分壓也同時增加。由于CO2的溶解度比氧大得多，不利于CO2從發(fā)酵液中排出，影響產(chǎn)酸和轉(zhuǎn)化率。如果改進提高空氣中氧的組合濃度，進行富氧通氣發(fā)酵，預(yù)期可獲得良好效果。

多年前因富氧裝置價位較高，影響其在發(fā)酵行業(yè)的應(yīng)用。近幾年富氧技術(shù)在工業(yè)鍋爐、冶煉爐等行業(yè)大膽創(chuàng)新，取得突破性成功。

目前采取膜法制氧，膜法制氧是利用空氣中各組份透過膜的滲透速率不同，在壓力差驅(qū)動下，空氣中的氧氣優(yōu)先通過，得到富氧空氣，富氧空氣的含氧濃度為30%（現(xiàn)有普通空氣含氧濃度為20%），發(fā)酵用空氣通風量在原有基礎(chǔ)上可降低33%，選用空壓機可節(jié)電30%。由于使用富氧通風量降低，發(fā)酵尾氣排放量也相應(yīng)減少。

采用富氧提高發(fā)酵溶解氧是一種新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)。目前富氧技術(shù)用于實際生產(chǎn)，尚有許多難點需要攻關(guān)，希望有能力的企業(yè)要盡早行動，與膜法制氧等有關(guān)單位合作，取得成功。

2.4 低碳經(jīng)濟是行業(yè)今后發(fā)展的戰(zhàn)略重點

我國“富煤、少氣、缺油”的資源條件，決定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，高碳占絕對優(yōu)勢。經(jīng)計算，每燃燒1 t煤碳會產(chǎn)生4.12 t CO2氣體，比使用石油或天然氣多產(chǎn)生30%或70%的CO2。如何實現(xiàn)“高碳”向“低碳”的轉(zhuǎn)變，必須堅持以政府為主導(dǎo)，市場為基礎(chǔ)，企業(yè)為主體，全社會共同參與的方針，全面推進節(jié)能減排，發(fā)展“低碳經(jīng)濟”是今后氨基酸行業(yè)發(fā)展的主題[1]。

氨基酸在國民經(jīng)濟中是一個小行業(yè)，但其消耗能源不能低估，以年產(chǎn)氨基酸300萬噸為例，年耗標煤折純碳約228萬噸，可產(chǎn)生CO2約930萬噸。此外年耗糧食（玉米）折純碳約168萬噸。表明氨基酸行業(yè)不但能耗高，而且原料耗碳也高。可見能源和資源雙重低碳化對氨基酸行業(yè)意義非常重大，實現(xiàn)低碳化是行業(yè)今后發(fā)展的必由之路。

通過提高發(fā)酵轉(zhuǎn)化率和提取收率，縮短生產(chǎn)周期，全面實施清潔生產(chǎn)，蒸汽冷凝水回用，擴大變頻器使用范圍，采用節(jié)能降耗新技術(shù)、新設(shè)備。如節(jié)能效果好的機械壓縮式蒸發(fā)器（MVR）是當前和今后的發(fā)展方向，尤其對于蒸汽和冷卻水供應(yīng)困難的企業(yè)。另外發(fā)酵泡沫自動消除技術(shù)（吞沫機）可節(jié)約大量消泡劑，連續(xù)程控流化造粒干燥機節(jié)能效果明顯，有利于低碳經(jīng)濟目標的實現(xiàn)。

2.5 發(fā)展氨基酸產(chǎn)業(yè)，開拓新的生物發(fā)酵領(lǐng)域

除谷氨酸、賴氨酸、蘇氨酸三大宗氨基酸外，近幾年小品種氨基酸如苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸、纈氨酸、異亮氨酸等發(fā)展較快。但精氨酸也應(yīng)受到重視，精氨酸在機體內(nèi)生成一氧化氮（NO）的過程中發(fā)揮重要作用，而一氧化氮對維持心血管系統(tǒng)的健康非常重要。

此外，聚谷氨酸、聚賴氨酸、聚天門冬氨酸是新興的生物產(chǎn)品應(yīng)加快研制生產(chǎn)。

最近報道美國加州硅谷LSG公司實驗室發(fā)現(xiàn)一種能變廢為寶并能產(chǎn)出石油的細菌，用酵母菌和非致病的大腸桿菌進行DNA重組，實現(xiàn)細菌“吐”石油，此項報道對我們有重要啟示。如果我們氨基酸行業(yè)經(jīng)過攻關(guān)，選出優(yōu)良的“吐”石油工程菌，其價值和意義就非常重大。此法所用原料為農(nóng)業(yè)廢料，它吸收CO2比燃燒產(chǎn)生的CO2還多，真正實現(xiàn)了負排放。根據(jù)報道產(chǎn)油水平再提高1倍計算，按我國每日需石油700萬桶估算，所需發(fā)酵設(shè)備規(guī)模是全國氨基酸行業(yè)現(xiàn)在發(fā)酵罐總?cè)莘e的200倍，發(fā)展前景令人振奮。

2.6 深化廢水治理和復(fù)混肥尾氣處理工程

目前廢水治理工程多數(shù)采用厭氧—反硝化—好氧處理工藝。主要使用UASB（上流式厭氧污泥床）或MQIC（循環(huán)式顆粒污泥反應(yīng)器）作厭氧反應(yīng)器，副產(chǎn)沼氣用于發(fā)電或供肥料加熱爐使用。厭氧之后的污水進入BRN（生物脫氮技術(shù)）進行好氧脫氮處理，再經(jīng)二沉池等后處理過程，出水達標排放，污泥脫水分離。

另外一種治理工藝為多級生物氧化脫氮工藝（BAO）。此工藝用開放式厭氧取代密閉式嚴格厭氧塔，投資省、占地少。每個單元都有厭氧、缺氧、好氧、脫氧，鐵硫桿菌高效特殊菌種對廢水中的有機物進行循環(huán)分解和凈化，再經(jīng)深度處理，使廢水達標排放，是比較好的一種治理工藝。近幾年復(fù)混肥生產(chǎn)過程所產(chǎn)尾氣處理經(jīng)過不斷改進，目前已取得較好的效果。處理工藝主要是重力沉降、冷卻降溫、生物滴濾、離子凈化。目前生物滴濾塔在原有的生物洗滌塔的基礎(chǔ)上有很大改進。利用篩選的高效復(fù)合除臭菌種，將有害氣體轉(zhuǎn)化為無害的CO2和H2O，除臭效果明顯提高。目前有些企業(yè)還需補充生物滴濾塔和離子凈化器，尾氣凈化效果會更好。

國家發(fā)改委決定，全力加強環(huán)保設(shè)備的建設(shè)，每年增加投入20%。我們要抓住此良機，把環(huán)保工作堅定搞上去。

2.7 重視非糧原料的應(yīng)用

使用非糧原料是過去、現(xiàn)在和將來都要關(guān)注的大事情。如日本使用進口的甘蔗糖蜜，法國使用甜菜糖蜜，我國臺灣地區(qū)使用甘蔗糖蜜，越南使用木薯淀粉作為發(fā)酵氨基酸的主要原料。而我國目前還是以糧食為主料，今后應(yīng)把糖蜜、木薯、山芋、木質(zhì)纖維素、甘油等用作生產(chǎn)主料，以減輕大量耗糧的壓力。對此原柳州味精廠老廠長范玉和先生有比較好的建議可供參考。

2.8 跨出國門參與國際市場競爭

我國現(xiàn)在已是氨基酸最大生產(chǎn)國，技術(shù)上也進入世界先進行列，但產(chǎn)品的出口比例并不高。在國外獨資、合資建廠也很少。但日、德、法、韓等國多年前就在國外建廠，利用當?shù)厝肆?、原料、能源、銷售市場等優(yōu)勢，生產(chǎn)成本較低而企業(yè)效益較高。我們也可以大步邁出國門，參與國際競爭，并以此為轉(zhuǎn)折點，盡快提高技術(shù)經(jīng)濟水平，使我國成為世界氨基酸強國。

[1]于軍，于信令.“低碳經(jīng)濟”是味精工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點[J].發(fā)酵科技通訊，2009，38(1)：53-55.

（責任編輯：朱小惠）

2014-09-23

于信令（1935—），男，教授級高級工程師，從事生物化工方面的研究，E-mail：lndfwj@163.com.