對(duì)如何推動(dòng)微生物發(fā)酵工藝優(yōu)化的研究

摘要：根據(jù)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外微生物發(fā)酵工藝的研究，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了綜合的分析和研究。通過(guò)對(duì)微生物發(fā)酵工藝中影響發(fā)酵的各種因素的分析，總結(jié)出了相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)并且制定了工藝的優(yōu)化方法。近年來(lái)，微生物發(fā)酵在相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，該工藝包括培養(yǎng)基組分中碳源、無(wú)機(jī)鹽、氮源、微量元素等的作用，并控制pH值、溫度、溶氧等對(duì)發(fā)酵的影響，從而將微生物發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以推進(jìn)生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。

關(guān)鍵詞：微生物；發(fā)酵工藝；優(yōu)化

中圖分類號(hào)： [Q815] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1674-0432（2013）-20-34-1

在近年來(lái)的微生物發(fā)酵歷程中，農(nóng)業(yè)方面的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，在農(nóng)業(yè)中利用有益微生物進(jìn)行發(fā)酵，能夠收集菌體或者相關(guān)的代謝產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)。除此之外，微生物的發(fā)酵應(yīng)用還在農(nóng)業(yè)防病方面有顯著的成效。微生物發(fā)酵對(duì)于生產(chǎn)而言有很好的增產(chǎn)作用，但是不同的微生物有自身的菌種特性，因此在發(fā)酵過(guò)程中需要不同的發(fā)酵條件，其中包括PH值、溫度、溶氧量等，都屬于微生物發(fā)酵條件的重要內(nèi)容。發(fā)酵工藝的優(yōu)化能夠提高發(fā)酵生產(chǎn)的效率，并且降低生產(chǎn)成本，從而將微生物發(fā)酵發(fā)展成高效、節(jié)資的產(chǎn)業(yè)。

1 微生物發(fā)酵影響因素的分析

培養(yǎng)基對(duì)于發(fā)酵而言，其主要功能是滿足微生物在進(jìn)行代謝產(chǎn)物合成或者生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程中所需的能量。培養(yǎng)基的主要成分直接影響了菌體的生長(zhǎng)和繁殖能力，并且對(duì)生物的合成效率以及產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量有很大的影響。在微生物發(fā)酵的研究中發(fā)現(xiàn)，不同的微生物品種、不同生長(zhǎng)階段的微生物所需要的培養(yǎng)基以及發(fā)酵工藝都有明顯的差異。培養(yǎng)基的主要材料是氮源、碳源、微量元素和無(wú)機(jī)鹽，這四種材料的選用直接影響到培養(yǎng)基的質(zhì)量。

除了碳源以外，無(wú)機(jī)鹽對(duì)培養(yǎng)基而言也發(fā)揮著很大的作用。在發(fā)酵過(guò)程中，無(wú)機(jī)鹽影響了微生物的生長(zhǎng)，并且對(duì)代謝產(chǎn)物的形成有一定的影響。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，很多金屬離子在濃度較低時(shí)能夠?qū)ξ⑸锏纳砘顒?dòng)有積極的影響，但是濃度過(guò)高則會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)和代謝。在無(wú)機(jī)鹽當(dāng)中，磷是微生物生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)所需的重要元素，參與了微生物很多重要的生長(zhǎng)活動(dòng)，例如磷脂、核酸、輔酶的構(gòu)成，都需要磷元素的加入。磷在微生物的代謝和調(diào)節(jié)方面還發(fā)揮著重要的作用，可以引導(dǎo)微生物進(jìn)行正常的生長(zhǎng)和代謝。正二價(jià)的鈣離子參與的是細(xì)胞生理狀態(tài)的調(diào)節(jié)，并且能夠增加發(fā)酵的菌量，提高微生物發(fā)酵的效率。

除此之外，培養(yǎng)基還需要其他的構(gòu)成成分，通過(guò)這些成分對(duì)微生物發(fā)酵起到積極的推動(dòng)作用，大大提高了培養(yǎng)基對(duì)微生物發(fā)酵的效果。發(fā)酵培養(yǎng)基的成分安排必須要滿足相應(yīng)微生物的生長(zhǎng)需要，為其產(chǎn)物的形成提供必要的營(yíng)養(yǎng)，并且還要保證物理性狀適合微生物發(fā)酵的進(jìn)行。在材料的選用上還需要考慮到價(jià)格因素，在保證質(zhì)量的前提下選用較為便宜的原料，并且原料的來(lái)源必須充足，以便微生物發(fā)酵工程的長(zhǎng)期發(fā)展。

2 微生物發(fā)酵工藝優(yōu)化的方法

在如今的微生物發(fā)酵中，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者都開(kāi)始關(guān)注發(fā)酵工藝的優(yōu)化問(wèn)題，如何有效的開(kāi)展微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的成分、培養(yǎng)條件的實(shí)驗(yàn)成為目前關(guān)注度最高的話題。該方面工藝的提高能夠高效、系統(tǒng)的獲得所需的微生物產(chǎn)物，將微生物發(fā)酵的效率進(jìn)行顯著的提高，并且在成本上還能夠做到有效的控制。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，目前使用效果較好的優(yōu)化方法主要是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法、響應(yīng)面設(shè)計(jì)法、Plackett-Burman設(shè)計(jì)法。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，主要是通過(guò)正交表來(lái)進(jìn)行多因素問(wèn)題的分析，在研究得出結(jié)論以后可以通過(guò)直觀分析或者是直接對(duì)比來(lái)確定微生物發(fā)酵的主要影響因素。該設(shè)計(jì)法在使用中具有工作量小、方法簡(jiǎn)單、效果好、效率高等特點(diǎn)，因此正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是微生物發(fā)酵工藝優(yōu)化的最常用方法。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，并且在其他科研領(lǐng)域也取得了顯著的效果。該設(shè)計(jì)法曾被多名生物學(xué)家進(jìn)行實(shí)際的優(yōu)化應(yīng)用，例如利用正交設(shè)計(jì)法對(duì)枯草芽孢桿菌的液體發(fā)酵進(jìn)行優(yōu)化，從而使發(fā)酵后桿菌的產(chǎn)量大大提高。

響應(yīng)面設(shè)計(jì)法是一種統(tǒng)計(jì)方法，主要結(jié)合數(shù)學(xué)建模、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方法經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，并且通過(guò)多元二次回歸方程進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的擬合，從而將工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。該方法對(duì)于變量因素較多的微生物發(fā)酵有很好的參數(shù)優(yōu)化效果，能夠?qū)⒏鞣矫嫠璨牧稀l(fā)酵因素等進(jìn)行準(zhǔn)確的定量，從而保證微生物催化的順利進(jìn)行。響應(yīng)面設(shè)計(jì)法的適用面較廣，目前除了微生物發(fā)酵領(lǐng)域以外還遍布于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥等多個(gè)方面，成為使用最廣的微生物發(fā)酵優(yōu)化工藝。

微生物發(fā)酵工藝對(duì)生物技術(shù)的發(fā)展有良好的推動(dòng)作用，該技術(shù)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)微生物發(fā)酵能夠解決很多正常生產(chǎn)無(wú)法解決的問(wèn)題。合理的運(yùn)用微生物發(fā)酵并且不斷進(jìn)行工藝的優(yōu)化能夠提高生產(chǎn)的效率，推動(dòng)發(fā)酵工程技術(shù)的不斷前進(jìn)和發(fā)展。在技術(shù)純熟以后還可以廣泛運(yùn)用于醫(yī)藥、衛(wèi)生、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，為這些領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟一個(gè)新的紀(jì)元。

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作者簡(jiǎn)介：董昌健，男，內(nèi)蒙古烏蘭浩特人，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院生物工程學(xué)院生物技術(shù)專升本學(xué)生。