微生物发酵工艺优化研究进展

摘要：随着微生物发酵技术在近几年来不断的应用发展，我国对微生物发酵的相关技术领域也进行着不断的深入研究。本文对微生物发酵工艺技术领域进行了综合分析，探索在微生物发酵过程中的各种影响因素，如培养基以及培养条件对发酵带来的影响，在研究的过程中不断地进行优化总结，不断推动微生物发酵工艺的优化研究发展。

关键词：微生物;发酵;工艺优化

微生物发酵技术随着不断地在农业生产以及医药领域的广泛应用，我国对微生物发酵工艺的优化领域也在不断地深入研究。由于不同的微生物自身的菌种具有不同的特性，所以微生物的发酵需要在不同的条件下进行。所以我国对微生物发酵工艺从培养基以及发酵条件方面进行着不断的优化研究，希望在降低微生物发酵过程中的生产成本的同时提高发酵的效率，对微生物发酵工程技术进行不断的促进发展。

培养基对发酵的影响

当微生物在生长繁殖和合成代谢产物的时候，对营养物质以及能量有大量的需求，所以培养基给微生物的生长提供大量的能量。培养基中所含有的成分对微生物的产量以及质量都产生严重的影响。由于微生物在发酵的过程中菌种、微生物的生长阶段以及微生物发酵的工艺的不同，所以对培养基的使用也存在着差异。在通常情况下来说，培养基的四大原材料主要为微量元素、碳源、氮源以及无机盐。

首先，在对培养基中的碳、氮源进行选择时，要均衡培养基中的碳、氮源的比例。微生物在活动中所需要的能量主要是由培养基中的碳源供给的，就目前而言，淀粉、蔗糖、纤维素是在研究中比较容易得到并且成本较低的碳源。速效氮源是无机氮源和有机氮源的统称，而迟效氮源是在通过降解后才可以被利用的蛋白。速效碳源和迟效碳源对菌体起到不同的作用，速效碳源对菌体起到促进生长的作用，而迟效氮源则是对形成代谢产物起到作用。尿素、酵素膏等是在实验和生产中较为常用的氮源材料[1]。为了满足在微生物发酵过程中对氮源的需求，所以研究人员将速效与长效氮源进行搭配，研制出更有利于微生物发酵的复合氮源。其次，在培养基中，无机盐对发酵也有重要的影响。如钠、钾、镁、铁等元素，都会对微生物产生影响，研究人员通过对金属离子的研究发现，微生物更适合在金属离子浓度较低的条件下进行生存活动，当金属离子浓度较高时，会对微生物进行抑制以及对微生物产生其他的负面影响。

所以，在对培养基的选择时，我们应秉承着既能满足微生物在生长发展过程中对营养的需求，又要培养成本低，有充足的来源以及质量具有稳定性。

培养条件对发酵的影响

由于微生物对环境的要求较为严格，必须要在适宜的条件下，微生物才能进行生长和繁殖，所以，在微生物的发酵过程中，除了对培养基的要求之外，还需要对微生物生长的环境进行严格的把控。首先初始pH值对微生物发酵后所产出的产物的质量以及产量都有严重的影响。由于pH值对细胞膜中的电荷，细胞内所拥有的酶的活性都会对微生物产生影响，所以应对pH值进行合理的把控，pH值最好保持在6.5和8之间，pH值为7时菌株萌发率最为显著[2]。然后不同的接种量以及种子液的种龄都会对发酵产生影响。当接种量过大时，会加速菌体的稳定与衰亡，当接种量较小时，菌体发酵的时间会被延长。当种子液的种龄不在合适范围内，过长或者过短时，都会对菌体产生影响，会降低菌体的活力，并且可能会引发菌体的早衰以及自溶。最后，温度和溶氧也会对微生物的发酵产生一定的影响。在温度对微生物发酵的影响中，主要分为直接和间接两个方面的效应。对微生物的营养需求、生长速率等被直接效应所影响，而间接效应主要是影响离子、细胞膜以及溶质分子。通过科学家研究发现，高温会破坏微生物中细胞内的蛋白质以及酶的活性，会把微生物杀死，但当温度过低时，又会对微生物的生长产生抑制作用，所以应把温度控制在合理的范围之内，更好地促进微生物的生长。而溶氧作为微生物发酵中的重要因素之一，对微生物的代谢的合成速度以及合成途径都产生着重要的影响。经过研究发现，溶解氧浓度与芽孢形成的数量在一定范围之内呈现为正相关，当给予的溶解氧的浓度较高时，产孢量反而会进行下降。所以经过推测发现，当培养基中由于通气量较为充足使得溶氧水平得到升高时，孢芽会更好的产生，但当由于通气量过大才产生溶解氧过量时，会出现菌体自溶的现象，从而导致孢芽的数量下降[3]。

三、微生物发酵工艺优化方法

随着科学技术不断地发展，我国对微生物发酵的工艺也在进行不断的优化研究。经过研究人员不断的实验，我国对微生物发酵工艺的优化方法已经从最开始较为简单的容易操作的单次单因子发向着正交试验设计法、Plackett-Burman设计法以及响应面设计法不断的发展变化。首先正交试验设计法作为一种数理统计的方法，可以使试验的结果更加直观地找到影响试验指标的因素，具有试验的效率高、操作方法简单，在使用过程中方便等优点。而Plackett-Burman设计法可以对影响试验结果的重要因素在众多因素中进行快速的筛选，有效地避免了多次试验所产生的资源浪费，显著地提高了微生物发酵后的产量。在试验的过程中，通过对培养基进行优化后再进行发酵，取得了在预料范围之内的试验结果。而响应面设计法与数学技术相结合，通过试验后的数据对回归方程进行建立，并依据方程绘制图形，依靠图形对微生物发酵工艺需要优化的区域进行判断，在试验过程中对数据的观察更为直观，同时响应面设计法还具有可信程度高的特点，所以可以更好更准确地对微生物发酵工艺进行优化。由于近些年来数学建模和统计分析在各大领域不断的应用发展，所以基于建模和统计所产生的响应面设计法也在被广泛地应用，有效地提高了微生物发酵工艺的优化。

结语

随着我国在科学技术领域不断的发展，以及在生物科技领域不断的创新，微生物发酵的工艺也在不断地优化改革之中，微生物的发酵技术也在不断地被其他领域所广泛应用。合理的对微生物发酵工艺优化改革，不仅让生产效率得到了有效地提高，还全方位地促进了微生物发酵在多个领域的健康发展，对微生物发酵工艺的应用价值在各个领域进行了充分的体现。

参考文献

[1]阳金昌，朱立蕃.发酵工艺研究进展综述[J].食品安全导刊，2020（18）：134.

[2]朱向东.微生物发酵工艺优化研究进展[J].化工管理，2019（16）：202.

[3]史毅，陈文彬，张博文等.内生菌发酵工艺的研究进展[J].江西中医药，2018，49（09）：76-80.

张剑，1989.07.19

性别：男

民族：汉

籍贯：浙江平阳

单位：浙江瑞邦药业股份有限公司

学历：08届本科生

研究方向：生物技术

邮编：325025