20世纪90年代末期,美国研究出的液体发酵产厚垣孢子工艺有望为木霉菌产业化提供新途径。开展木霉菌产厚垣孢子调控机制研究,进行担子拟青霉等高效菌株筛选和工程菌株的构建,为真菌发酵工艺突破提供了技术支持。液体发酵工艺主要采用批式发酵技术,后提取技术采用离心浓缩工艺,导致发酵液中增效因子等有效成分大量损失。此外,我国目前的喷雾干燥设备也制约了产品回收率的提高。现代发酵工业以微生物纯种培养与大规模工业化生产为条件,至今只有液体深层发酵技术能满足此要求。固态发酵法则长期被隔离在外。经过15年的努力,中国科学院生化工程国家重点实验室创建了以压力脉动固态发酵反应器为核心的,包括真空冷凝干燥、超音速气流粉碎及固态培养基输送无菌操作的现代固态发酵技术体系,摆脱了传统化工3传1反理论的束缚,提出了4传1反非线性作用机理,推演出外界周期刺激强化生物反应及细胞内外传递的生物反应器设计新原理,从而诞生了压力脉动固态发酵反应器。与现行的液体深层发酵路线比较,压力脉动固态发酵新路线的优点是:投资少;生产效率高;原料来源广、价格便宜;无“三废”排放;生产成本低。该技术以生物农药Bt生产为应用对象,于1999年1月建成并投产200t/a Bt 可湿性粉剂示范生产厂。经7个月连续生产(包括夏天),发酵水平稳定在100001U/mg以上,获得160001U/mg 批量产品。发酵工程的技术进步为生物农药的产业化生产提供了有力保障(黄银久等,2007)。对发酵本身而言,木霉发酵的实验室阶段的成果已有多方面的报道,但是中试阶段以及应用于工业生产的大规模固体发酵国内少有相关研发文献。例如,培养基进料、灭菌方式、发酵层厚度、无菌空气流量、温度和湿度控制、生物反应器的形式、发酵条件参数的采集、对于发酵参数异常情况的反馈调节等都需要在对发酵机理有更深认识的基础上进一步完善(张良等,2005)。 Bt适合在廉价的培养基上大规模生产,对哺乳动物和其他脊椎动物无害,无致癌和无致畸作用。中国于1959年引进Bt杀虫剂,1965年在武汉建成国内第一家Bt杀虫剂生产企业。经过多年的发展,Bt杀虫剂已成为中国工业化和生产水平最高的生物农药之一。迄今为止,中国已发现41个血清型50多个亚种。经过多年对菌株活动性测定、发酵工艺技术及安全性的系统研究,Bt杀虫剂质量与产量都有了很大提高。目前,中国科学院过程工程研究所发明的“压力脉动固态发酵反应器”已成功实现工业化生产Bt,Bt毒力10 0001U/mg,在国际上处于领先地位。现已在安徽建立了示范工厂,通过了国家鉴定,并已成功地推广到山西、河南、吉林与山东等地区,年产值达1亿多元。 现在的农用杀虫抗生素绝大部分都是发酵的产品,如浏阳霉素、华光霉素和阿维菌素等。国内外Bt发酵工艺多采用液体深层发酵技术,我国也有通过固体浅层发酵方式进行的大规模开放式生产。除抗生素外,发酵工程产品还包括氨基酸、酶等。在生物农药生产中发酵技术可以大大提高生物农药的产量、质量和效益。利用发酵工程技术研究农用抗生素发酵代谢规律,可望获得发酵水平大幅度提高的新型工艺。 |