发酵工业存在的主要问题及解决措施
1 我国发酵工业的现状
我国发酵工业是将传统的发酵工艺和现代生物工程技术相结合的基础产业，也是现代工业生物工程技☢术的具体应用产业。我国发酵工业目前已发展形成了具有一定规模和技术水平的门类比较齐全的独立工业体系。其中，一部分产品的发酵生产工艺及技术已接近或达到世界先进水平，并且掌握了核心工艺技术拥有知识产权。目前，我国已经是味精、柠檬酸的世界第一大生产国。2013年我国发酵行业主要产品产量、出口量及同比增长率。
2013年我国生物发酵工业全年生产值约2780亿人民币，全年的产品总产量为2429万吨，比2012年略有增长。其中，味精、淀粉糖由于价格等原因导致产量下降，而氨基酸、酵母、酶制剂行业保持了持续增长。2013年，氨基酸产品年产量为400万吨，有机酸产品年产量为158万吨，功能发酵制品年产量为310万吨。2013年我国发酵工业主要产品出口总量为327.9万吨，比2012年增长了13.2%。
近年来，随着食品发酵工业的迅速发展和人口不断增长，工业用粮也在不断增加，工业大量使用粮食造成了与人类争粮的局面。与此同时，这些企业排放的废水、废渣也极大地污染了环境，不仅消耗了大量粮食、能源和水资源，而且也严重制约了自身的发展。发酵工业耗能多、排污大，采用新技术，优化发酵生产工艺，减少废水、废渣的排放量，提高发酵原料的综合利用率，把耗能降到最低水平，以期获得最佳产品和获得最好的效益，这一直以来都是发酵工业努力的目标。
2 我国发酵工业存在的主要问题
2.1 粮食短缺问题
我国用占世界耕地面积总量7%左右的耕地，养育了占世界人口总额21%的人口，而且我国的可耕地面积还在不断减少，人口在不断增长。2013年我国粮食国内总消费量为60 133万吨，而发酵主要工业耗粮约为16 970万吨，我国人均粮食占有量约为420千克，但人均粮食消费量约500千克，尤其是近几年全国各地都有旱情，导致粮食减产，有的地方甚至颗粒无收，所以降低粮耗是目前我国发酵工业所面临的重要问题。因此，发酵工业首先要面临的问题就是优化发酵生产工艺、节约粮食。
2.2 水资源匮乏问题
2012年我国味精行业年耗水量1.25亿吨，柠檬酸行业年耗水量4000万吨，而且废水排放量每年都在增加。众所周知，我国是一个严重缺水的国家，尽管我国的淡水资源总量很大，约占全球水资源的7%，但因我国人口众多，人均水资源量却很少，2012年人均水资源量为2186立方米，是全球人均水资源贫乏的国家之一，而且水资源分布很不均匀[3]。我国有11个省份属于水稀缺，还有许多地区在为生活饮用水发愁，所以要降低发酵工业的用水量，减少废水的排放量，加大对废水的处理，争取早日实现废水零排放。
2.3 环境污染问题
发酵工业产品是原料先经过发酵，再经提取、精制得到的，生产过程必然会产生大量的一定浓度的有机ฉ废水和废渣。2012年我国味精行业排放废水1.2亿吨，柠檬酸行业排放废水3500万吨，这些废水和废渣是发酵工业的主要污染物，不经严格处理就排入江河，将会对人类的生活环境造成严重污染，甚至危害人类的身体健康。
3 我国发酵工业主要问题的解决措施
近年来，为了提高发酵原料综合利用率和工业副产品的转化率，加大对产品生产工艺的优化，减少污染物的排放，促进发酵生产过程中所产生的废水、废渣、废气和工业废弃物等污染物的治理与回收利用，国家出台了一系列措施。随着科学技术的发展以及国家政策的正确指导，越来越多的发酵企业认识到发展节能减排技术和走资源节约、环境友好型循环经济的重要性和必要性。发酵企业已经认识到只有提高原提炼过程，优化生产工艺，从工艺和源头上控制、消除污染因素，才能降低发酵的综合生产成本，提高企业经济效益，充分利用物质原料的价值和生产潜力，求得物尽其用，建น立资源节约型的循环经济、环境友好型的生态发酵工业体系。
3.1 原料精制体系
为解决粮食问题ฏ，经多年研究陈洪章等[5]提出了原料组分分离和选择性结构拆分的炼制原理。发酵工业原料的组分分离即发酵工业原料的精制。发酵原料是含有多种成分的资源，将原料的各成分分离精制，成为具有一定纯度的各类成分，这些成分再经过不同的发酵工艺加工成为不同的有价值的发酵产品。这样就可以使原料资源分配利用最大化，实现原料组分的全利用。近年来，经过对发酵工业原料充分利用的高值化研究，已创建了以汽爆为核心的发酵原料炼制平台和针对发酵工业常用的淀粉、糖类、木质纤维素类及有机酸、醇类等作为发酵原料的节水、节能、环境友好的原料炼制技术体系，为建立资源节约型、环境友好型的循环发酵工业体系提供了技术支撑。
3.2 废水处理
2012年我国全年废水排放总量为684.76亿万吨，其中氨氮排放量为253.59万吨。工业废水必须经过处理达到排放标准才能够排入城市污水管道。不同行业所排放的废水是不一样的，主要是废水里的污染物种类和含量相差很大，所以不同的废水要有不同的净化处理方法。以下介绍几种新型废水处理方法。
3.2.1 用UASB-CASS法处理啤酒厂废水根据啤酒厂排放废水的特质，万田英等[6]采用UASB-CASS工艺对其进行净化处理。在UASB反应器中加入约占反应器体积30%的颗粒状甲烷菌，用颗粒甲烷菌处理流经的废水，产生的甲烷通过气固液分离装置回收利用。使用CASS反应器可省去内循环系统，脱氮效果也很好。经过处理的废水中BOD去除率约90%、SS去除率约95%。用此法处理废水，剩余污泥比活性污泥法减少75%、消耗电力减少50%，回收利用产生的沼气使工厂燃料节省11%。此法不仅节能、减少废弃物的产生量，而且还可使设备稳定运转、延长设备的使用寿命。
3.2.2 含高浓度油脂废水的处理系统根据含高浓度油脂废水的特点，郭勇等[7]提出采用气浮-反相破乳-IC塔法进行净化处理，效果好，经济节约，工艺运行安全。该系统只产生极少量的污泥，无须使用药物，而且也几乎没有臭味产生，更不会污染环境。经该系统处理的废水，污染物清除率为COD95%左右、BOD 99%以上，n-Hex抽提物99%以上。经净化处理的水完全达到《污水综合排放标准》的三级标准，可直接排放进入污水管道。
3.2.3 含抗生素废水的处理系统因为抗生素可以抑制细菌生长或杀死细菌，为了防止发酵过程染菌，抗生素在发酵行业的使用量也与日俱增。如果抗生素不经过处理直接排放到环境中，将会极大地威胁生态系统的稳定和人类健康。不同的企业使用的抗生素也不同，因而须采用不同的污水处理方法。目前常用处理方法有人工湿地法、土壤渗滤系统法、超声降解法、加强型活性污泥法和低温等离子体技术等，这些方法对抗生素都有较高的去除效率，适用范围也较广，而且不会对环境造成二次污染。如果将这些工艺组合起来，建立组合式工艺，将可以更好地处理含抗生素的污水，这将成为以后的研究重点。
3.2.4 磁分离技术磁分离技术是利用磁场力的作用，对水中不同磁性的物质进行分离去除的一种废水处理方法。发酵工业废水中的污染物很多都不是磁性的，只要在废水中加入一定量的磁种和合适的混凝剂，利用絮凝技术即可使废水中的非磁性物质和磁种相互结合在一起，再通过磁盘分离、高梯度磁分离或超导高梯度磁分离等工艺，就能去除废水中的悬浮物、有机物、细菌等污染物，净化处理效果很好，分离效率高、速率快、处理效果好、结构简单、占地少。为了更好地去除废水中的COD、BOD5、氨氮、磷等污染物，可以将磁分离技术与现代生物工程技术相结合，能够获得很好的净化处理效果，如BioMag工艺和MΣagBR工艺，这也是废水净化处理中磁分离技术的未来发展趋势。
3.3 节能减排技术的发展
近年来，粮食匮乏及环境污染问题越来越突出，发酵企业已经认识到发展节能减排、生物环保技术的重要性，在原料精制、高附加值产品开发、加大对工业废水及废渣的处理和回收再利用方面有了很大进步。下面介绍一些节能减排的生物环保技术。
3.3.1 热管式发酵设备热管式发酵设备是指利用热管作为传热或散热元部件的发酵设备。该设备的工作原理是：当发酵罐温度没有达到预定的最高温度或生产的最佳温度时，热管不工作;一旦其温度达到或超过规定的最高温度时，为了达到控制发酵罐温度的目的，热管就会自启，开始控温工作，将发酵罐产生的多余热量传到罐外冷凝段热管，通过风扇冷却、自然冷却、水冷却或其他方式强制冷却。为了排除发酵产生的多余热量，该设备是将不同热管的冷凝段放在发酵罐外，蒸发段放在发酵罐中。为满足不同发酵设备的需求，主要根据不同发酵生产工艺和不同发酵产品的要求，准确选择发酵设备所需热管的材质、管径、长度、数量、排列形式等，并合理确定冷凝段的冷却方式。
热管式发酵设备的优点：①减少发酵工业的能耗，节约大量水、电等;②传热效率高，副反应减少;③热管安装布置方式灵活，结构简单紧凑，同时可根据换热量的多少增减热管元件的数量，亦可单独更换热管;④安全可靠，不需要经常维护。
3.3.2 结晶技术结晶技术是能够控制发酵产物固体特定物理形态的制造与分离纯化技术，具有高效率、低污染、低能耗等优点。分离提取也是发酵生产下游过程中最重要的部分。许多发酵产品可以通过结晶技术获得，并且所获得的产品浓度和质量都有所提高。近年来，随着发酵工业的发展，结晶技术也在不断发展，结晶技术在发酵工业中的应用也越来越普遍。例如将多种结晶方法相结合的耦合结晶技术在发酵后目标产物的提取分离纯化中的应用，结晶技术在生物大分子聚合物后提取纯化工艺中的应用等。在发酵工业中，目标产物的分离提取纯化是整个发酵工业的重中之重，如果将结晶技术应用到发酵工业目标产物的提取中，不但可以降低成本，也可简化复杂的传统操作工艺，而且有助于提高产品质量，增加发酵工业效益。
3.3.3 膜技术与过程耦合膜技术可据不同种类发酵产品的具体要求，去除不需要的成分和物质，如除菌、除浊、除微粒、脱色、去酸、去异味等，保留所需成分和物质，以实现分离、分级、净化、浓缩、精制及回收再利用。过程耦合就是将发酵过程中两个及两个以上相连的独立单元操作有机结合成一个完整的单元操作。近年来，膜技术在发酵工业的原料精制、发酵过程及下游分离纯化过程中都有广泛的、有时甚至是关键性的作用。过程耦合膜技术已广泛用于发酵工业的许多过程中，成为整个发酵过程的组成部分或单元操作。合理设计的单元操作之间的相互耦合过程，可以提高发酵过程的效率和经济性，也有利于发展循环经济环境友好型发酵工业。
4 结语
为了提高发酵工业的核心竞争力，必须深化产业结构调整，加快产业升级，进一步扩大产品应用领域;企业也要积极研发新的生产技术、装备和生产工艺，淘汰落后的生产技术和工艺，降低产品耗能和耗粮，提高原料的综合利用率;同时也要学会借鉴发达国家或其他行业的经验，将一些新技术、新设备、新工艺应用到我国发酵行业中，实现资源利用的最大化，实现清洁生产，解决环境污染问题，推动发酵工业的可持续发展。
