VA的前体β-胡萝卜素及VC和VE均为抗氧化剂，能保护人体组织的过氧化损伤并提高机体免疫力，有抗癌、抗心血管疾病和白内障等功能。目前，国内外对维生素的微生物发酵法研究进行得比较广泛，有文献报道，真菌、细菌都具有生产β-胡萝卜素的能力。真菌的有粘红酵母、布拉克须霉、丛霉等。细菌的有球型红杆菌、瑞士乳杆菌等。当前，VC的发酵法生产工艺已经非常成熟，例如利用“大小菌落”菌株混合培养生产技术已进入产业化。当前，利用氧化葡萄糖杆菌与一种蜡状芽孢杆菌混合菌共固定化发酵技术，可将VC的收率提高到80％以上，生产周期比传统工艺缩短1/3。有研究者采用杂交方法选育技术得到一株酵母菌，能生产VD的前体麦角固醇，最高含量可达细胞干重的6％。通过优化培养条件，有目的地调节关键基因的表达，获得高产菌株与培养条件的双重优化，使麦角固醇的微生物产量得到进一步提高。
3.多烯脂肪酸的微生物生产
г-亚麻酸（GLA）是人体不能合成而又必需的多烯脂肪酸。缺乏时，会导致机体代谢的紊乱而引起多种疾病，如高血压、糖尿病、癌症、病毒感染以及皮肤老化等。李明春等利用深黄被孢霉来合成GLA，同时，采用紫外线照射法对原生质进行诱变处理，大大提高了GLA的产量。
二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）在海洋冷水鱼中含量颇丰，是很有价值的医药保健产品，有“智能食品”之称。日本在冷海水域找到的细小球藻中EPA含量高达总油量的99％。除海洋微细藻外，海洋中还有一种繁殖力很强的网粘菌SR21，其干菌体生物量含DHA为30％~40％，可通过发酵生产DHA，每升培养液产量为4.5克，该菌DHA含量与海产金鲶鱼或鲣鱼眼窝脂肪相近。
4.医用酶制剂的发酵生产
酶制剂在医药领域有广泛的应用，但是，从酶的来源来看，有很大一部分来源于微生物。
近年来，医用酶制剂开发得非常广泛，诸如链激酶、链道酶、尿激酶、葡萄糖激酶、金葡激酶、蚓激酶等。
（二）发酵工程在现代中药中的应用
发酵中药在中药加工工艺上是一个创举，有望解决中药在煎、煮、熬、炼、蒸、浸等传统工艺中活性成分难以最大限度提取的难题。同时，微生物发酵通常是在常温、常压等较为温和的条件下进行的生物转化，能最大限度地保护中药中活性成分免遭破坏，特别是对热敏感的芳香类挥发油、维生素等活性成分更能有效地加以保护。微生物在中药的特殊环境中也有可能产生新的代谢反应，因为中药的物质可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用，从而改变微生物的代谢途径，形成新的成分或改变各成分的相互比例。例如：云南中医学院的戴万生等用发酵法炮制大黄，改变了大黄有效成分中蒽醌类的含量。经酵母发酵后发现较传统发酵法保存了更多的大黄蒽醌，并使有泻下作用的结合类蒽醌含量降低，在临床应用上缓和了大黄剧烈的泻下作用及对胃肠道的不良反应；同时作为抗菌、抗肿瘤的主要有效成分的游离型蒽醌的含量增加了6倍左右，扩展了其应用范围。微生物的分解作用也会将中药中的有毒物质进行分解，从而降低药物的毒副作用。例如4毫克的乌头碱可以导致人死亡，但在中医临床中，使用其炮制品可以使用药量达到1.5～3.0克，不仅可以外用，而且可以内服。研究发现，乌头碱经过炮制后水解为乌头次碱和乌头原碱，它们的毒性分别降低至乌头碱的1/200和1/2000，安全范围得到了扩大，而镇痛效果却没有降低，使临床应用的安全性得到了保证。传统中药技术结合现代发酵工程技术，可以开发出具有新的保健、预防和治疗功能的现代中药。
（三）发酵工程在食品工业上的应用
1.改造传统的食品加工工艺
从植物中萃取食品添加剂不仅成本高，而且来源有限。化学合成法生产食品添加剂虽然成本低，但是化学合成率低、周期长，而且可能危害人体健康。因此，采用发酵工程技术成为食品添加剂生产的首选方法。目前，利用微生物发酵生产的食品添加剂主要有维生素C、维生素B12、维生素B2、甜味剂、增香剂和色素等产品。发酵工程生产的天然色素、天然新型香味剂正在逐步取代人工合成的色素和香精。
2.开发大型真菌
一些药用真菌，如灵芝、冬虫夏草、茯苓等，含有调节机体免疫功能、抗癌、防衰老的有效成分，是发展功能性食品的一个重要原料来源。对于这些名贵的药用真菌，一方面可通过野外采摘和人工种植相结合的方式进行资源收集，但是这种方式产量低，易受天气和季节的影响；另一方面，则可以通过发酵途径实现工业化生产，例如河北省科学院微生物研究所等筛选出了繁殖快、生物量高的优良灵芝菌株，应用于深层液体发酵研究并取得了成功，建立了一整套发酵和提取新工艺。
（四）发酵工程在饲料工业中的应用
饲料和粮食生产一直是我国国民经济的薄弱环节。由于受人口增长、耕地减少和肉食品消费增加的影响，我国粮食供需平衡十分脆弱。我国人均占有粮食一直在400千克以下，其中粮食总产量的40％左右用于饲料生产。在耕地和水资源长期紧缺的情况下，我国粮食产量已很难提高。饲料资源短缺的问题长期制约着我国畜牧业的发展，尤其是蛋白质饲料的严重不足已经成为全球性问题。发展高效饲料工业、提高粮食向畜牧产品的转化效率和饲料利用率、开发新型饲料原料是满足人们对肉、禽、鱼、蛋越来越大的需求量的最佳途径。
用生物技术特别是微生物发酵技术来开发新型饲料资源、生产蛋白质饲料和新型添加剂越来越受到人们的重视。特别是进入21世纪后，利用微生物生产的饲料蛋白、酶制剂、氨基酸、维生素、抗生素和益生菌微生物制剂等饲料产品的使用，使发酵工程技术在饲料工业中得到了更广泛的应用。
（五）发酵工程在环境保护中的应用
发酵工程主要是利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程，是最早涉及环境污染治理领域的工程技术。目前常用的生物发酵技术主要有：上流式厌氧污泥床法（USAB法）；水解-好氧生物处理法（H/O）、生物除磷脱氮技术、好氧生物处理法（A/O）、间歇式活性污泥法（SBR）、生物反应器技术。
（六）发酵工程在化工、能源产品中的应用
利用微生物可以生产乙醇、甘油、丙酮丁醇等化工原料和一些表面活性剂，还可以生产乙酸、乳酸、丁酸、苹果酸等有机酸和右旋糖酐等多糖。
随着经济和社会的高速发展，能源的需求量越来越大。在国际国内石油价格不断上涨的情况下，生物质能作为石油的替代能源和环保能源，已经越来越受世界各国的关注。生物质能转化中的“太阳能-生物质-乙醇燃料-能量利用-二氧化碳和水”，由于充分体现了“绿色”和“循环”，备受科学界、环保人士的追捧。加拿大、法国、瑞典、德国、墨西哥、日本、印度、韩国和泰国等，均有发展石油替代产业的计划，并有不同规模的实施。其中巴西规模最大，目前汽车全部用乙醇汽油，用燃料酒精（乙醇）替代石油份额达43％。在燃料乙醇的生产方面，甜高粱茎秆发酵是目前生物质能领域的研究热点之一。试验研究表明，甜高粱每年的乙醇产量为6106L/hm2，而号称太阳能最有效转化器的甘蔗只有4680L/hm2，玉米为2390L/hm2。甜高粱光合效率为大豆、甜菜和小麦等作物的2～3倍。目前甜高粱茎秆发酵生产燃料乙醇的工艺主要有两种：一是榨汁后对汁液进行液态发酵，是研究较为成熟的工艺；二是茎秆粉碎后进行固态发酵。
在能源环境危机日趋加剧的今天，大力发展可再生能源已经成为人类谋求可持续发展的必然选择。生物质燃料乙醇产业将成为一个崭新的、规模巨大的“能源农业”领域。
六、发酵工程的展望
发酵工程发展至今，经历了半个多世纪，已形成一个产业，即发酵工程产业。当前发酵工程的应用已深入国计民生的方方面面，包括农业生产、轻化工原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等领域。随着生物工程技术的发展，发酵工程技术也在不断改进和提高，其应用领域也在不断拓宽，显示出了强大潜力。
我国发酵工程产业除了引进和消化吸收国外先进技术之外，更应培养具有国际竞争力的专业人才，研发具有自主知识产权的高水平的生产菌种和发酵工艺、产品后处理工艺。具体发展目标和方向有以下几个方面：
1.开发和利用微生物资源。首先是设计和开发更多的自动化、定向化、快速化的菌种筛选技术和模型，筛选更多的新型菌种和代谢产物；其次是利用遗传工程等先进技术，进行菌种改良。
2.改进和完善发酵工程技术。一是加强固定化技术（固定化酶技术、固定化细胞技术）的研究；二是从事生态发酵技术（混合培养工艺）的研究和开发。生态发酵技术是利用微生物生态学原理，使多种微生物生态组合在一起协同发酵获得人们需要的发酵产品的新型发酵技术，是纯种发酵技术的更高层次和发展趋势。生态发酵技术不但可以提高发酵效率和产品数量、质量，甚至还可以获得新的发酵产品，它是一种不需要进行体外DNA重组，也能获得类似效果的新型培养技术，它的意义并不逊色于基因工程，其前景也是十分广阔和诱人的。生态发酵技术的类型很多，主要有联合发酵、顺序发酵、共固定化细胞混合发酵、混合固定化细胞发酵等。
3.研制和开发新型发酵设备。发酵设备正逐步向容积大型化、结构多样化、操作控制自动化的高效生物反应器方向发展，其目的在于节省能源、原材料和劳动力，降低发酵产品的生产成本。
4.重视中、下游工程的研究。在发酵工程产业中，为达到既高产又丰产的目的，必须具备高水平的发酵产物的后处理技术和设备。其努力方向应是开展有关基础理论和应用理论的研究。例如絮凝机理、离子交换的动力学和静力学理论、双水相萃取机理、超临界流体萃取原理等，这需要大批生物学家和化学家联合研究、协同作战才行。此外，对于新型分离介质如超滤膜、均孔离子交换树脂、大网格吸附剂、无毒絮凝剂、亲和层析中的新型分离母体和配位体等，也应进一步深入研究。
我国现代发酵工程产业已有相当的产业基础和一定的专业技术力量，并且有广阔的市场需求，但还需更多的专业人才的拼搏奋斗，去开拓发酵工程产业美好的未来。
【合作讨论】
1.发酵方式有哪些？它们在具体产品生产上的应用情况如何？
2.现代发酵工程与传统发酵工程有什么区别？
3.参观当地啤酒企业，讨论啤酒的生产工艺。
4.发酵工程在饲料工业中有哪些具体应用？
5.走进食品企业调研，发酵工程在食品领域有哪些具体应用？
6.调研本地区固、气、液废的处理情况，发酵工程在环保领域有哪些具体应用？
7.讨论发酵工程在医药领域有哪些具体应用？
8.发酵工程在能源领域的应用情况。
