生物制造主要是指以微生物細(xì)胞為工廠,利用生物質(zhì)為原料,通過酶蛋白為催化劑進行生物質(zhì)能源、化學(xué)品和藥物合成的制造過程。其中微生物工廠和酶催化劑的效率是生物制造的核心和基礎(chǔ),發(fā)酵工藝和技術(shù)是重要的外部因素。
微生物細(xì)胞工廠
通過代謝工程、合成生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)等技術(shù),改造微生物的代謝途徑,提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率,從而降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
目前,蔚藍生物通過各種分子生物學(xué)手段改造木霉、曲霉、酵母和芽孢桿菌表達體系-即細(xì)胞生物工廠。通過敲除相應(yīng)的基因、改變代謝途徑、提高表達、轉(zhuǎn)錄運輸目標(biāo)產(chǎn)物可的產(chǎn)量可以得到顯著提高。
酶制劑和生物催化
現(xiàn)代生物制造是以酶催化技術(shù)為基礎(chǔ),通過生物催化將微生物難于利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為微生物可以利用的糖和氨基酸等簡單物質(zhì),例如,高效的纖維素酶可以將秸稈纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化糖,供微生物利用制造各種產(chǎn)物或通過化學(xué)手段合成其他化學(xué)品。在微生物的制造過程中,同樣,酶的生物催化和轉(zhuǎn)化效率也對產(chǎn)品合成和生產(chǎn)效率起著關(guān)鍵作用。
工藝優(yōu)化和放大
通過生化工程的技術(shù),優(yōu)化培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件,提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量和設(shè)備的利用率;通過數(shù)學(xué)建模,模擬工程放大的過程,優(yōu)化大規(guī)模生產(chǎn)的各種參數(shù),從而快速實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。
通過優(yōu)化混合碳源的補料策略,可顯著提高酵母在發(fā)酵后期的存活率,并改善其生理狀態(tài),最終目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量提高。通過篩選和優(yōu)化木霉的誘導(dǎo)物,增強啟動子的表達水平,最終目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量得到顯著提高,同時發(fā)酵時間縮短,設(shè)備的利用率得到了提高。