在上周召开的中国工程院化工、冶金与材料工程学部第七届学术会议上,北京化工大学副校长、“973”项目首席科学家谭天伟表示,反应装置放大问题已成为限制我国工业生物技术发展的瓶颈,应该将生物工程与其他学科和技术相结合,解决这一突出问题。
谭天伟认为,我国是工业生物技术大国,但不是强国。我国工业生物产业不仅能耗较高,而且带来了大量的废水、废渣,这主要是因为我国生物技术新产品转化能力差,缺少产品中试、放大技术平台,不能迅速把实验室成果转化为工业产品。目前常见的反应装置放大方法是经验性的逐级放大法,每次放大10倍。从实验室的小试经多次放大到几万吨级工业化规模,通常需要经过十几年甚至20年的试验摸索,而且容易出现高能耗、多排放、目标产物产量下降、副产物增多、原料利用率低等问题。
谭天伟说,人类能够通过语言来交流,微生物之间也有自己的交流方式,这就是微生物的信号传导。他介绍说,我国早在20多年前就已利用微生物的语言开发出了维生素C二步发酵法。维生素C前体物是两个菌种共同发酵完成的,单纯一个菌不能产生目标产物,而两个菌在一起交流就都能发酵产生目标产物,这就是群体效应。但是目前人们对于细胞之间的交流规律,以及微生物和环境关系的研究还远远不够深入,很多生化反应在实验室小试成功了,但在放大时就失败了。这是由于小试的环境适合微生物发酵,但是微生物对环境非常敏感,装置规模放大后菌体的密度发生了变化,群体效应不适合微生物发酵,微生物发生突变,导致很多反应装置放大失败。
谭天伟指出,要解决反应装置放大问题,就必须搞清楚工业生物技术的过程工程科学问题,将不同领域学科、不同技术集成起来,综合应用,特别是将生物工程和化学工程相结合,既充分利用现有的化工理论,又考虑到生物活体的特性,通过反应中间代谢物的研究和化工流体计算方法,寻找微生物之间的信号传导规律。掌握了微生物的语言,就可以充分利用群体效应来控制生化反应规模直接放大,迅速将实验室成果应用到工业化生产中。