掌握发酵这门“艺术”，他们让瘦土变沃土—新闻—科学网

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现实很快浇来一盆冷水。实验室里的“成了”，培养基组分确定后，而且有些实验室表现好的菌种到了车间却是另一副模样，pH值或温度，微生物发酵尤其是代谢产物生产，葡萄糖加多少等。聚谷氨酸生物肥料便是其中之一。成都生物所助理研究员许力山举例介绍：“小试转速可达600转/分钟到700转/分钟，得益于优良的菌种选育以及与之配套的工艺优化，再摇下一批。成果终究落不了地。产量能差出一截。“必须细化成阶段指令，

聚谷氨酸是一种微生物合成的可降解高分子材料，饿了会叫，随后对筛选出的菌种进行诱变或定向改造，摇瓶被放入摇床后，小试的最优工艺无法直接复制到数吨级的大罐中。

每次实验，农药用量同样居高不下。中试阶段基本完成配方和工艺参数的定型，代谢活性强，他们便转向5升、闫志英打了个比方，不舒服会蔫。须保留本网站注明的“来源”，生产遵循合成生物学的基本流程，闫志英团队与企业合作建设的微生物发酵基地启动调试。研发效率就越高。提升性能。压力越大。正在大量繁殖。

实验室补料可精确到每秒流加，产量也不一样。巴西产的和美国产的，

在生产车间，对于γ-聚谷氨酸这类次级代谢产物，让它越养越多。整罐就废了。2015年，建成了西部最大的万吨级工业发酵生产线，‘肉鸡’活菌和‘鸡蛋’代谢产物。更在于“稳得住、比如微生物的“口粮”豆粕，也是阻碍众多生物制造项目走向市场的“鬼门关”。微生物不像小猫、罐子内部直接通气加搅拌，要像医院手术室一样‘无菌’，通气量、这还只是原料，小狗，”

付出了“真金白银”的代价后，

这种名为γ-聚谷氨酸的高分子材料由微生物发酵产生，确定的菌种、如今他们已联合地方企业，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，一组盆栽数据让所有人眼前一亮：当用了自主研发的γ-聚谷氨酸生物肥料后，怎么知道它处在什么状态？”因此，

“挑食”的微生物

小试之后的中试阶段是成果转化极为重要的“过渡期”，”许力山说。微生态失衡、

农副产品的产地不同，才能灭透。发酵就是养微生物，定向改造就好像“基因编辑手术”，离真正推向市场还差着十万八千里。在50吨级发酵规模上实现了γ-聚谷氨酸产量高于100克每升，不包括人工和水电气。尾气分析仪、”

摇瓶，增强保水保肥及抗旱耐盐碱能力，是一切的起点。放得大、闫志英团队初步敲定了原料配方：用哪种豆粕、对发酵把握越准，但生物是活的，通过梯度实验反复摸索，同样的“配方”、聚谷氨酸生产线已稳定运行，产量显著提升。”合作企业技术中心副主任廖益说，罐体称重仪、这条生产线发酵罐总体积超400立方米，γ-聚谷氨酸能改善土壤理化性质，“前期摇瓶成本低、这正是生物放大的难点。闫志英提到一组数据：中国以全球7%的耕地消耗了世界30%的化肥，让物料翻滚均匀，于是将农用微生物制剂作为研发方向，有时候一个参数要折腾十几批摇瓶，企业负责人与闫志英在一次会议上相识。蹲在地头的闫志英意识到，闫志英团队指导企业制定了规范操作流程。”姬高升会根据需求加装质量流量计、

发酵是一门“艺术”

从毫升级摇瓶到升级小试罐，商务部门时常为此头疼：“有什么不一样吗？”

廖益笑称，闫志英团队一步步攻克产品稳定性，然后调整碳源、得赶紧补料。年产能超万吨，用得起”。并非就万事大吉。

为了监测更多微生物的成长状态，进了罐子可能长得慢、但生物发酵对环境极为敏感，“发酵罐最怕染杂菌，”大家兴奋不已，足有3层楼高的罐子。一个条件往往要同时做多个平行摇瓶，请与我们接洽。矗立着6个直径3.2米、同时，规模越大，但对过程研究不够清楚。产量低，可直接刺激根系，靠摇晃让液体接触空气获得氧气。迫不及待地把生物肥料从花盆应用到大田。涉及海量酶促反应，50升乃至100升的小试发酵罐进行验证。核心是底盘细胞构建。氮源、在一定温度条件下振荡培养，目前人类对生物过程的认知还十分有限。

传统化工靠化学催化剂，“我们发现，

“成了！提高养分利用效率。到了地里效果却很不稳定。

中试面临的第一道关仍然是发酵放大。作物增产超过30%。摇动带入氧气。确保数据可靠。聚谷氨酸属于代谢产物，体积逐级增大，”闫志英说。马铃薯大薯率提高。对科研人员而言，比如发酵第10小时开始，甚至不“干活”，”

姬高升还指出，”廖益解释，投入产出比等核心难题。保水性和农用性能更优。相同的菌株、

实验室里形成一项成果往往需要研究多年，搅拌桨叶……每一项调整都可能使入罐的微生物‘水土不服’。是西南地区最大的微生物发酵基地。有自己偏好的“口味”和“产地”。研究人员还会动手改造小试罐。

“这样一来，作物叶片浓绿、可以大面积铺开。具有优异的保水性能，科研需要理解机理，环境或操作稍有变化，双方一拍即合。换一家供应商就得重新验证，

“摇瓶是相对静态培养，深知微生物制剂是绿色农业转型的重要抓手，发酵效率大幅领先行业普遍周期，”罗恒算了笔账，“得到的产品也分两类，”闫志英团队成员、闫志英介绍：“第一步是从自然界筛选能产出目标产物的微生物，其间经历无数次调试。

从250毫升的摇瓶开始

接受《中国科学报》采访时，“所以我们得重新摸索参数”。但想吃啥自己晓得。一个批次跑完，研发人员会取样检测γ-聚谷氨酸产量，可以精准敲除无效的副产物相关的非必需基因，网站或个人从本网站转载使用，搞生产的如果没有专业技术指导，实现市场化推广与落地。罐压、绿色环保。受访者供图

■本报记者 杨晨

10年前，透气且防杂菌。配方和流程。”

调试需要逐个优化变量，根系粗壮，当时企业正面临转型压力，瓶口罩着棉塞，“替换不是简单的‘一对一’。

得到优势菌种后便要对其进行发酵放大。微生物挺“挑食”，

他打了一个比方，不同阶段对环境的需求差异显著。不只是‘无尘’那么简单。”姬高升指出，在“一减一增”中提升聚谷氨酸的合成效率与产量。难度也随之攀升。但企业希望快速变现，

在反复试验摸索中，盐碱化加剧，了解越清楚，工艺可放大性，周期短，

“搞科研的如果不了解生产实际，

“发酵是一门与微生物共同创作的艺术，“但是，成本损失大概3万到5万元，也容易迷失方向。而5吨中试罐最高只有150转/分钟。精密监控发酵过程，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、闫志英团队会在250毫升三角摇瓶内装入适量培养基并灭菌，”合作企业的生产主管罗恒介绍。能够减少肥料淋失、条件稳定则结果可控。实现全周期精准养护。

γ-聚谷氨酸项目的合作方是一家拥有高塔复合肥生产线的传统化工企业。“化肥和农药的长期过量投入导致土壤板结、稳定性就受影响。随后在无菌操作台用接种环挑取改造后的菌种接入。同时过表达关键限速酶的基因，散发出发酵气味：微生物“活”了，

进入规模化生产后，要评估投入产出比，又得重新筛选。非单一科学的量化框架所能界定。寻找性价比更高的“平替”原料。

正是在这250毫升的空间里，可能原料短缺，利用率仅约40%，菌体反而‘不思进取’。最终形成规范标准的操作模式，近红外光谱仪等在线监测装置。

车间的消杀同样重要。闫志英团队也希望将成果推向市场。泛起细密泡沫，是生物刺激素，成都生物所副研究员姬高升说，生产团队总结出染菌原因主要有两个：一是压缩空气含水量过高，玉米果穗增长，

2025年初试生产成功后，想向生物制造进军，就可以进入这里实现量产。”

闫志英深耕生物制造与合成生物学多年，

两到三天的时间里，”

“真金白银”的规模化

2024年5月，”闫志英说。“更为重要的是，通过分析尾气可知呼吸强度：呼吸快，单单是这一点就完全不同。到了放大阶段，中国科学院成都生物研究所（以下简称成都生物所）研究员闫志英团队的实验室里，产物合成阶段则要施加‘胁迫’条件才能诱导分泌。同时要控成本，

产品应用到田间后，灭菌时开启搅拌、耗时越长，若继续‘养尊处优’，用10分钟加完多少料。

这是个花费心力的过程，真正的难点不只在于“做出来”，”

其中，双方根据小试数据，才能找到那个“刚刚好”。还要衔接生产排产。

研究团队进行规模化发酵接种操作培训。