对如何推动微生物发酵工艺优化的

摘 要：根据对目前国内外微生物发酵工艺的研究,相关研究团队进行了综合的分析和研究.通过对微生物发酵工艺中影响发酵的各种因素的分析,总结出了相应的技术经验并且制定了工艺的优化方法.近年来,微生物发酵在相关工程技术领域的应用越来越广泛,该工艺包括培养基组分中碳源、无机盐、氮源、微量元素等的作用,并控制pH值、温度、溶氧等对发酵的影响,从而将微生物发酵工艺进行了优化,以推进生产效率的提高和产业的应用发展.

关 键 词：微生物；发酵工艺；优化

中图分类号：[Q815]文献标识码：A文章编号：1674-0432（2013）-20-34-1

在近年来的微生物发酵历程中,农业方面的运用越来越广泛,在农业中利用有益微生物进行发酵,能够收集菌体或者相关的代谢产物,从而实现农业的增产.除此之外,微生物的发酵应用还在农业防病方面有显著的成效.微生物发酵对于生产而言有很好的增产作用,但是不同的微生物有自身的菌种特性,因此在发酵过程中需要不同的发酵条件,其中包括PH值、温度、溶氧量等,都属于微生物发酵条件的重要内容.发酵工艺的优化能够提高发酵生产的效率,并且降低生产成本,从而将微生物发酵发展成高效、节资的产业.

1微生物发酵影响因素的分析

培养基对于发酵而言,其主要功能是满足微生物在进行代谢产物合成或者生长繁殖的过程中所需的能量.培养基的主要成分直接影响了菌体的生长和繁殖能力,并且对生物的合成效率以及产品的产量和质量有很大的影响.在微生物发酵的研究中发现,不同的微生物品种、不同生长阶段的微生物所需要的培养基以及发酵工艺都有明显的差异.培养基的主要材料是氮源、碳源、微量元素和无机盐,这四种材料的选用直接影响到培养基的质量.

除了碳源以外,无机盐对培养基而言也发挥着很大的作用.在发酵过程中,无机盐影响了微生物的生长,并且对代谢产物的形成有一定的影响.通过研究发现,很多金属离子在浓度较低时能够对微生物的生理活动有积极的影响,但是浓度过高则会抑制微生物的生长和代谢.在无机盐当中,磷是微生物生长和代谢活动所需的重要元素,参与了微生物很多重要的生长活动,例如磷脂、核酸、辅酶的构成,都需要磷元素的加入.磷在微生物的代谢和调节方面还发挥着重要的作用,可以引导微生物进行正常的生长和代谢.正二价的钙离子参与的是细胞生理状态的调节,并且能够增加发酵的菌量,提高微生物发酵的效率.

除此之外,培养基还需要其他的构成成分,通过这些成分对微生物发酵起到积极的推动作用,大大提高了培养基对微生物发酵的效果.发酵培养基的成分安排必须要满足相应微生物的生长需要,为其产物的形成提供必要的营养,并且还要保证物理性状适合微生物发酵的进行.在材料的选用上还需要考虑到因素,在保证质量的前提下选用较为便宜的原料,并且原料的来源必须充足,以便微生物发酵工程的长期发展.

2微生物发酵工艺优化的方法

在如今的微生物发酵中,国内外众多学者都开始关注发酵工艺的优化问题,如何有效的开展微生物发酵培养基的成分、培养条件的实验成为目前关注度最高的话题.该方面工艺的提高能够高效、系统的获得所需的微生物产物,将微生物发酵的效率进行显著的提高,并且在成本上还能够做到有效的控制.经过国内外的相关研究,目前使用效果较好的优化方法主要是正交试验设计法、响应面设计法、Plackett-Burman设计法.

正交试验设计法是一种数理统计方法,主要是通过正交表来进行多因素问题的分析,在研究得出结论以后可以通过直观分析或者是直接对比来确定微生物发酵的主要影响因素.该设计法在使用中具有工作量小、方法简单、效果好、效率高等特点,因此正交试验设计法是微生物发酵工艺优化的最常用方法.正交试验设计法在工业和农业生产中应用广泛,并且在其他科研领域也取得了显著的效果.该设计法曾被多名生物学家进行实际的优化应用,例如利用正交设计法对枯草芽孢杆菌的液体发酵进行优化,从而使发酵后杆菌的产量大大提高.

响应面设计法是一种统计方法,主要结合数学建模、统计分析、实验技术等方法经过试验设计进行数据的分析,并且通过多元二次回归方程进行函数关系的拟合,从而将工艺参数进行优化.该方法对于变量因素较多的微生物发酵有很好的参数优化效果,能够将各方面所需材料、发酵因素等进行准确的定量,从而保证微生物催化的顺利进行.响应面设计法的适用面较广,目前除了微生物发酵领域以外还遍布于生物学、医学、制药等多个方面,成为使用最广的微生物发酵优化工艺.

微生物发酵工艺对生物技术的发展有良好的推动作用,该技术在工业和农业方面都得到了广泛的应用,通过微生物发酵能够解决很多正常生产无法解决的问题.合理的运用微生物发酵并且不断进行工艺的优化能够提高生产的效率,推动发酵工程技术的不断前进和发展.在技术纯熟以后还可以广泛运用于医药、卫生、工业等多个领域,为这些领域的发展开辟一个新的纪元.