您當前的位置：檢測資訊 > 科研開發
嘉峪檢測網 2022-11-23 21:50
微生物發酵即是指利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為所需要的產物的過程。
個人理解的微生物發酵工藝包括三部分
其一是優良種株的選育，并確定初步發酵條件
如起始碳源、氮源，好氧情況及代謝途徑，營養需求與初步培養基組成，此部分一般包括基因工程路線設計、菌株改造與篩選、搖瓶條件摸索。
其二是發酵放大研究，摸索出最適發酵工藝（種子培養和生產培養）利用密集細胞培養生產代謝產物
此部分開始于實驗室規模的小發酵罐進行大量的實驗，得到產物形成的動力學模型，再根據模型設計中試的發酵要求，最后從中試數據再設計放大，落腳于生產規模的動力學模型，得出最大產量、轉化率與生產強度。由于生物反應的復雜性，在從實驗室到中試，從中試到大規模生產過程中會出現許多放大問題，解決這些問題是微生物發酵工藝開發的關鍵所在。
其三是發酵液分離純化技術，制定合適的工藝拿出合格的產品。
一般地，現代基因工程菌株改良質粒直接導入后對于菌種的穩定傳代要求較高，發酵放大時每一步也需要考慮比生長速率，具體地需控制OD生長速度，過慢不利于發酵，而過快質粒容易丟失；
而染色體改造，適當敲除一些基因，改變目標產物前體、目標產物的代謝流有時也是菌株改良的必需。穩定性提升可能會降低轉化率指標，合適的發酵工藝可以縮小降低量。
摸索發酵最適條件，包括最適菌體生長溫度與最適生產溫度，摸索最適生長pH與最適生產pH，最適生長好氧與最適生產好氧控制。
將最適生長溫度與最適生產溫度分開，一般地最適生產溫度可比生長溫度低6-8℃，這樣穩定了質粒傳代也提升了組酶的整體效率并延長了產物周期，另發酵后期相比與中期可略升高2-3℃，以提升生產強度；
各不同底盤菌種的最適生產pH略有不同，且最適生產pH需結合組酶的活性及目標產物積累后對于pH影響，如氨基酸發酵的種子生長階段pH控制近中性而產物階段略低，萜類發酵可能恰恰相反；
最適生長好氧狀態，不能局限于代謝理論，需大量摸索這關乎菌體生產、底物轉化率、生產強度與雜質生成，有些發酵工藝是根據溶氧反饋控制補料，一般溶氧控制在15-30%，有些發酵工藝以維持溶氧為綱根據菌絲形態增加或者降低攪拌而相應地減少或者增加通風，一般地生產時的通風比在0.6-1.2VV/min，而生長時可在1VV/min以上。
發酵液分離純化還是遵循先提取后純化整體思路，固液分離、雜質分離及重結晶。離心壓榨過濾，兩相萃取、樹脂柱層析，超濾納濾及沉淀結晶、冷凍干燥等都是技術手段。
現在微生物下游的效率及產品質量也是評價整個工藝開發的一個首要指標。如雜質方面，在菌株設計階段就需要考慮類似物質的代謝，選擇類似產物積累較少的菌株；在發酵工藝放大時，也需要考慮減少及增加類似產物積累的工藝條件，并盡可能避免之，或者說平衡之。
實踐是檢驗真理的唯一標準。在微生物發酵工藝開發階段，每批發酵時，可以多做些前瞻后延的嘗試。如提倡種子培養基與發酵培養基接近，以解決微生物適應性問題，但是這樣的種子培養基不一定是最佳；原理上消耗TPP較多的路線在發酵不同階段不一定都是高溶氧好，更不一定是高轉速好；樣品處理時摸索酸堿及溫度對產品的影響，同一樣品開發氣相、液相雙方法及多方法對比；關注后期發酵液狀態、產物峰譜圖，指導發酵下游技術等等。
微生物發酵工藝開發的三部分又不是物理分割的，發酵實驗時可根據轉化率情況、生產強度情況，對菌株提出進一步改良的可能；也可根據產物雜質情況，對菌株提出進一步改良的必要；發酵放大時分析不同階段、周期的發酵狀態，選擇合適的控制方法也可為后續的分離純化簡化路線提供可能。
微生物發酵工藝開發，以發酵放大為承前啟后的關鍵；發酵工藝小試、中試到放大，工藝完善提升的首要抓手就是解決各級放大問題。
來源：蒲公英Ouryao
