发酵工业菌种的迭代创制

生物发酵是以微生物菌种为生物催化剂,以淀粉糖、生物质等可再生资源为原料发酵生产各种食品、化学品、燃料、材料等物质的生产过程,具有绿色、低碳和可持续等特征。我国拥有全球规模最大的生物发酵产业,尤其氨基酸、维生素等传统发酵产品占全球市场份额的60%–80%。发展生物发酵产业对于我国实现“碳中和、碳达峰”的战略目标和生物经济发展具有重要的意义。微生物工业菌种是生物发酵产业的核心,直接影响原料路线、产品种类和生产成本。创新发酵工业菌种,提升其原料转化利用效率,提高产物生产水平,拓展产品种类,是生物发酵产业高质量发展的关键。近年来,合成生物学、系统生物学等学科的发展,进一步加深了研究者对微生物底盘细胞生理代谢机制的理解,加速了基因编辑等菌种设计创制使能技术的发展,为发酵工业菌种改造提升提供了新动能。本文选取了具有代表性的大宗氨基酸、B族维生素、柠檬酸、燃料乙醇等发酵产业,从其工业微生物底盘的基础研究和技术开发角度,综述发酵工业菌种改造提升的最新进展,并展望人工智能、自动化与生命科学交叉融合将对工业菌种迭代产生的重要影响。     

影响固态发酵装料系数的因素及其强化措施

固态发酵是一项清洁、节能的生物发酵技术,随着能源问题的突出,固态发酵技术愈发显出其在生物技术领域重要的地位。然而固态发酵反应器的装料系数过低已经成为固态发酵过程工业发展的限制性瓶颈。从传递的角度对固态发酵过程中的温度梯度等问题进行剖析,提出了以粮仓效应为原理的新型工艺手段,为固态发酵的规模放大提供指导。     

工业生物发酵过程模拟：进展与发展趋势

工业生物发酵是工业生物技术规模化生产必需的基本操作单元。对微生物细胞及其反应器进行数学模拟将有助于加深对发酵过程的理解,也将为新的合成生物构建提供解决策略。文中对工业发酵系统的特点、数学模拟的发展历史、数学模型的分类和特点、用途等作了深入阐述,并展望了全发酵系统模拟的发展趋势。     

我国工业生物过程工程研究进展

工业生物技术的进步离不开工业生物过程工程研究的不断深入及发展,我国作为工业发酵大国在工业生物技术由实验室向产业化转化过程中面对诸多挑战,由此而逐渐发展起来的我国工业生物过程工程发展先后经历了多个阶段,伴随着不同阶段的发展,我国的工业生物技术水平得到不断的提升。本文重点回顾了近三、四十年来我国工业生物过程工程发展的历程,包括早期由化工过程研究引入的动力学模型化研究、基于过程控制的优化理论与方法的应用、基于过程在线监测技术发展起来的参数相关性分析方法、过程多尺度理论的建立、基于现代固态发酵的新型固态发酵罐的设计及优化技术发展等。通过对生物过程工程发展历程的回顾对先进工业生物过程发展面临的技术难题及由此引出的未来发展重点方向进行了探讨。     

工业微生物：创新与突破专刊序言(2021)

工业微生物及其产品广泛用于工业、农业、医药等诸多领域,相关产业在国民经济中具有举足轻重的地位。高效的菌株是提高生产效率的核心,而先进发酵技术和仪器平台对充分开发菌株代谢潜能也很重要。近年来,工业微生物领域的研究取得了快速进展,人工智能、高效基因组编辑技术和合成生物学技术逐渐广泛使用,相关产业应用也在不断扩展。为进一步促进工业微生物在生物制造等领域的应用,《生物工程学报》特组织出版专刊,从微生物菌株的多样性和生理代谢、菌株改造技术、发酵过程优化和放大,高通量微液滴培养装备开发以及工业微生物应用等方面,分别阐述目前的研究进展,并展望未来的发展趋势,为促进工业微生物及生物制造等产业的发展奠定基础。     

加快生物过程关键技术及装备开发 支撑我国生物产业发展

<正>生物过程工业(bioprocess industry)包括传统的发酵工业和现代生物技术工业,是国民经济可持续发展的支柱之一。生物过程关键技术和装备是发展我国生物产业的重要支撑。国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020年)》明确将新一代工业生物技术和过程工业的绿色化、自动     

日本木下祝郎博士对《发酵工业词典》的评价

日本协和发酵工业公司高级顾问木下祝郎博士,在1994年3月9日给上海发酵食品公司总工程师居乃琥的信中,谈到了他对《发酵工业词典》一书的评价:……     

我国工业生物技术和产业的现状、差距与任务

工业生物技术是利用生化反应和生物体机能进行物质合成加工与能量转化利用的集成技术,正在支撑建立以可发酵糖、秸秆、二氧化碳等可再生资源为原料的化学品绿色高效制造新路线,有望实现工业制造方式的根本转变,是支撑经济社会可持续发展的重大战略技术,已成为世界各国科技和产业竞争的焦点。本文从工业生物技术深度融入和支撑生物经济发展的态势出发,系统分析了我国工业生物技术和生物产业发展的现状、短板问题,提出了未来建议重点发展的主要方向。     

人工智能时代发酵优化与放大技术的机遇与挑战

人工智能(artificial intelligence, AI)技术正引发一场新的产业革命,其成功应用正从信息产业迅速渗透到各行各业。传统的发酵工程技术受到巨大挑战的同时更多地迎来了发展变革的机遇。首先,合成生物技术飞速发展使高性能菌株的可获得性及获取效率显著提升,对传统低效的发酵优化放大技术提出很大挑战,亟需对发酵优化放大技术进行升级,以满足高通量菌种性能验证及工艺开发能力的需求;其次,发酵装备技术的持续发展为高效发酵优化技术的进步奠定了良好基础,加之人工智能技术特别是数字孪生与知识图谱等技术的应用,将为传统发酵技术的颠覆性发展带来巨大推动力。本文分别从合成生物时代对发酵优化技术的挑战、发酵优化与放大的核心技术、高通量发酵装备技术、数据可视化技术、数字孪生及知识图谱等智能技术在发酵优化放大中的应用等几个方面进行综述,并对未来工业发酵优化技术的场景以及未来发酵技术对人才培养等提出的新要求进行了展望。     

微生物菌群发酵生产化学品的研究进展

廉价生物质资源的利用是工业生物技术领域研究的热点,复杂的成分和较多的杂质使传统的单菌发酵方式难以应对,成为产业化的关键问题。文中从微生物菌群的工业应用、微生物菌群发酵与纯种发酵的比较、微生物细胞间的相互作用等方面综述了微生物菌群发酵技术的最新研究进展,并对微生物菌群的设计和应用进行了展望。微生物菌群发酵可以充分利用廉价生物质基质、生产多个产品或减少副产物的生成,在生物基化学品和燃料的生产中将是一种有前景的发酵技术。     

基因工程在农业和医学上的应用

生物技术又称生物工程 ,它是利用遗传工程改变生物或生物体的机能 ,按照一定的目标要求 ,进行物质的生物转化的技术体系。它通过人为控制的方法 ,改变生物的遗传性状 ,定向地创造出生物新品种或新物种 ,使生物更有效地为人类服务。生物技术的起源可追溯到几千年以前 ,即人类利用微生物发酵酿造各种食品开始 ,直到 19世纪 ,巴斯德才奠定了发酵工业的科学基础。此后 ,随着生产的发展 ,科学技术的进步 ,生物技术向更加广阔、纵深的方向发展。70年代以后 ,基因重组技术、杂交瘤技术获得突破 ,使生物技术进入新的阶段 ,而技术上的真正突破 ,是分…     

微生物发酵过程生理参数检测传感器技术与过程优化

工业生物发酵过程是一个复杂的代谢表达调控系统。阐述了开发和利用先进的发酵过程传感仪表技术,进行环境参数和细胞生理代谢特性参数的实时精确测定,是系统了解和分析工业微生物的宏观与微观代谢特性的基础。实现生物传感器与信息技术、过程多参数智能化过程分析的软件识别系统联合,是构建新型的智能化工业生物过程控制与生产模式、建立生产过程的绿色智能制造新技术的关键。     

丝状真菌代谢工程研究进展

丝状真菌(Filamentous fungi)作为重要的工业发酵微生物,在有机酸、蛋白质及次级代谢产物等关键生物基产品生产方面发挥着重要作用.自20世纪90年代代谢工程理念提出以来,尤其是代谢工程使能技术的创新及发展,极大地促进了丝状真菌细胞工厂的构建及其在工业发酵领域的应用.文中将系统介绍近年来丝状真菌代谢工程技术的...     

工业生物过程智能控制原理和方法进展

工业生物过程是一个复杂的系统过程,对活体细胞代谢过程的认识是实现高效工业生物制造的基础。文中首先综述了工业发酵过程多尺度优化控制原理和实践,包括多尺度理论与装备、细胞宏观代谢在线检测传感技术以及生理代谢参数相关分析。在此基础上,对工业生物过程智能控制——感知细胞内生理代谢特性新型传感技术、大数据库建立和数据深度计算以及生物过程智能决策进行了综述和展望。     

新型大规模纯种固态发酵研究进展

发酵工业是生物技术产业必要平台,但目前正面临节能减排的巨大压力.固态发酵技术天然具有节水、节能的优势,近年来固态发酵技术已逐渐成为研究的新热点.固态发酵总体发展趋势是菌株从最开始的自然混菌发酵和强化微生物混合发酵逐渐发展为纯种发酵和限定微生物混合发酵;发酵方式也从传统的静态培养发展到培养基的动态培养和气相动态培养;操作方式从批次发酵向连续发酵发展;在好氧发酵依然占主体的情况下,厌氧发酵也呈现了今后和好氧发酵并驾齐驱的潜力.而气相双动态好氧固态发酵技术与连续厌氧固态发酵技术平台的建立为现代固态发酵的广泛应用打下了很好的基础.     

日本揭示了生物技术的趋势和预测

<正> 到2000年,日本生物技术在工业上的应用预计可创造5140亿美元收入,约占国民生产总值的10%。其中生物工业的传统技术占4543亿美元,新生物技术大约占607亿。该预测是日本工业发酵协会生物工业开发中心汇编的一份调查报告中的一部分。鉴于这种预测,人们对1985年日本政府6个机构在生物技术研究与发展方面花费13460万美元的数额(超出1984年     

定制酶分子机器/细胞工厂，引领生物制造产业未来

工业酶制剂研发与应用已经渗透到各大工业领域,但中国作为用酶大国、产酶小国面临重大挑战,鉴于以化学催化为核心的基础物质加工业面临资源、能源和环境三大危机,酶工程与生物催化已被列入许多国家的科技与产业发展战略,应用高效、清洁的生物催化技术是实现化学工业可持续发展以及发酵工业产业升级的重要途径之一。文中以2017年第十一届中国酶工程学术研讨会杜邦-杰能科中国酶工程杰出贡献奖获得者特邀报告为基础整理编写而成,从自主酶库构建、酶分子机器/细胞工厂创制及产业化应用等角度概述当前酶工程与生物催化发展现状及前景。     

中国工业生物技术行业现状分析与发展前景

由于工业生物技术能够显著地降低原料与能量等生产成本的消耗,同时会减少环境污染与温室气体的排放,因此其已被列入中国优先发展的战略性新兴产业。文章介绍了中国工业生物技术行业的发展现状,包括生物基化学品、生物基材料、生物燃料、生物环保等细分行业。尽管我国生物发酵行业的产量已经占据了国际领先地位,但我国工业生物技术仍面临着诸多挑战,如技术匮乏、高消耗、低收益、高污染等。不过我国的工业生物技术前景广阔,随着生物催化与生物炼制技术的不断完善,绿色生物工艺新技术、新方法、新工具的不断出现,中国将建立一个基于碳循环利用的绿色经济模式。     

甲酸生物利用的研究进展

利用微生物细胞工厂实现高效的原料利用和目标物质合成是合成生物学的重要研究方向之一。传统工业微生物主要以糖基类原料作为发酵底物,而发掘更为廉价的碳资源并实现其高效利用,值得探究。甲酸是重要的有机一碳资源,亦是基本有机化工原料之一,广泛应用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。近年来受产业需求波动的影响,甲酸生产面临产能过剩的困境,亟待发展新的转化路径来拓展和延伸相关产业链,而生物路线是重要方向之一。然而,天然的甲酸利用微生物普遍存在生长缓慢、甲酸代谢效率低以及分子工具匮乏造成遗传改造困难等问题,亟待改造和优化;而人工构建甲酸利用微生物的研究尚处于起始阶段,存在极大的发展空间,值得关注。文中对近年来甲酸生物利用的研究进展进行了梳理和总结,并对今后的研究重点和方向提出建议。     

生物能源固态发酵应用的研究进展

生物能源是改善我国能源结构、实现经济可持续发展的重要途径,其产业化技术的突破将加快以生物质能源替代化石能源的步伐。高能耗、水耗以及大量有机废水等问题严重限制了传统液体发酵的发展前景。近年来对固态发酵原理和应用的研究使得清洁、节能的固态发酵已然成为发酵工业的关注热点。从固态发酵的原理和应用现状方面着重介绍其在生物能源领域中应用的研究进展。