先进发酵技术成倍放大企业效益

华东理工大学,2012-04-03

“我国发酵行业面临严峻的国际市场竞争、原材料来源、环境污染和高能耗等挑战，急需重大的关键技术进步。该项目在我国行业重要产品上取得成功，对推动行业结构调整和产业升级具有重要意义。”这是中国发酵工业协会对张嗣良教授领衔的项目“基于细胞生理与过程信息处理的工业发酵优化新技术”的评价。

该项目技术为发酵行业有关工厂和研究单位广泛应用，并成功推广到近20个发酵产品，2008年至2010年的三年间，实现新增产值33.5亿元、新增利税11.7亿元以上、创汇8.2亿美元以上。该项目贡献突出，荣获2011年度国家科技进步二等奖，与此同时，科技部还授予项目组“十一五”国家科技计划执行优秀团队称号。

树立全局观　致力共性技术研究

为缓解能源和资源短缺问题，人类社会发展业已步入生物经济时代。发酵工程便是生物技术产业化的核心技术之一。据项目组负责人庄英萍老师介绍，发酵技术在国民经济生产中正变得越来越重要，其应用领域已从传统的食品、医药拓展至化工、能源、环境、农业等，日常生活中的许多制品，包括我们的衣服，也可以通过发酵物制造。因而，张嗣良教授领衔的这个项目不仅能够直接促进国民经济增长，而且有利于人类社会的可持续发展，实实在在造福国家、行业和企业。

顾全大局，思路清晰，眼光长远，是项目大获成功的基础。张嗣良始终坚持“科研要有一个大的思路，首先要面向国家需求，继而不断丰富科研内涵”。他的大思路就是立足于推动国家发展的大局，从生物技术产业化过程，尤其是针对一线企业生产中凝练出的科学问题，开展基础研究与关键共性技术研究。他说，基础研究就好比发现牛顿定律，找到理论与方法，关键共性技术研究就好比打造一套基本工具，适用于万物。为了将技术真正落实到生产一线，他带领项目组，以产品为对象，开展工艺、工程、装备一体化研究，不仅给企业输送技术，并且为企业设计、优化生产装置，同时还为企业培养了大量的技术人员。如此周到的一条龙服务大大提升了我国发酵企业的生产与技术实力。

巧施连环计　关键技术破解掣肘

事实上，取得骄人的成绩，令研发硕果遍地开花，并不轻松。环环相扣的关键技术创新赋予了项目强大而持久的生命力。

发酵过程优化与放大问题，一直是困扰发酵工作者的难题。何谓发酵工程？张嗣良形象地解释：“发酵工程就是建立发酵罐，在其中加入适量需要的物质，让微生物在里面吃好喝好，然后指挥它们按照我们的要求产出我们所需要的产品。”而发酵过程优化与放大，就是要让微生物在几十吨的大规模发酵罐中，又快又好地产出所需产品。长期以来，人们研究发酵过程大多停留在反应器的宏观层面，采用的是静态操作方法，主要依靠人工经验反复摸索，效果差强人意。而项目组则是强化生物学与工程学相结合的研究，从细胞外深入到细胞内，以细胞生理特性分析与调控为核心，进一步发展了由宏观到微观的基于过程信息处理的发酵过程优化新方法，并形成了大型生物反应器流场特性与细胞生理代谢特性研究相结合的发酵过程放大技术。

项目组自主研发的用于生物反应器细胞生理代谢特性检测与分析的装备体系，为发酵过程的优化与放大提供了强有力的软硬件基础。其中，包括先进传感器集成、微型反应器及控制系统以及相关参数分析的计算机软件包。此外，为适应分散在不同实验室或异地工厂的发酵过程数据的同步实时分析需要，项目组还集成了用于发酵过程数据处理和远程分析的计算机互联网系统，使得多种分析仪器与执行装置的信息无缝对接，发酵过程数据实现同步实时共享。

从理论方法、装备体系、发酵过程优化到发酵过程放大，项目组环环相扣，从而能够根据不同的微生物特性、产品要求，为企业度身打造相应的工艺装置，进行工业规模改造，实现发酵过程的优化与放大，往往半年左右就能够让企业出效益。

技术产业化　经济社会效益显著

在张嗣良接受采访期间，又陆续有数个有关新产品的电话打来。与此同时，就在同一栋大楼的实验室内，研究人员正在众多小试和中试发酵罐中进行大量的反应与实验，通过小试罐获得过程的动力学模型，并据此设计中试的发酵要求，最后根据中试数据再设计更大规模的满足生产需求、符合细胞代谢特性的反应器。而在上海、浙江、湖北、山西等各地相关企业的生产一线，多个经过实验室孵化成熟的生产技术已经过建设投入实际运用。 与张嗣良课题组合作的宜都东阳光公司自动化发酵车间堪称国际一流。达到国际先进水平的372m3大吨位、高耗氧的发酵罐傲然挺立在公司厂区，这些有六七层楼那么高的大块头大幅提升了产品质量，不仅使企业成为国内最大的红霉素发酵工厂，并且在与国际同行美国雅培公司的竞争中拔得头筹。2011年，东阳光公司的国际市场占有率达30%。与此类似，得益于发酵放大过程新工艺的实现，另一个合作企业山西威奇达药业有限公司克服了设备缺陷，降低成本，成为国内最大的克拉维酸生产企业。而武汉新华扬在与张教授他们合作后，生产出的畜禽饲料添加剂产品绿色、高效，克服了长期无法实现的基因工程菌高吨位高效工业生产的问题，产能大幅提高，跻身“全国50强饲料企业”。

如今，仍有许多企业不断向项目组抛出橄榄枝，表达合作意愿。站在技术的源头，感受到项目技术推广给企业带来的收益，张嗣良自豪而欣慰。如此高效的发酵优化与放大技术，不仅提升了企业在国际、国内市场上的竞争力，节能降耗成效显著，同时还带动了发酵工程与生化工程学科的发展，怎能让人不高兴呢？