突破合成生物材料规模化瓶颈，金坤生物搭建多条千、万吨级生产线

被誉为”第三次生物技术革命“的合成生物学，目前已经被广泛应用在医疗健康、绿色能源、日化美妆、生物基材料、食品消费等领域，展现出强大的产业化应用潜力。据麦肯锡数据，预计到2025年，合成生物学与生物制造的市场规模将达到千亿美元，未来全球60%的物质生产可通过生物制造的方式得以实现。

在医美领域，上游的原料生产十分依赖动植物或者化合物，不仅规模化困难、价格昂贵，且存在较大的环境污染问题。随着基因测序、基因编辑、基因合成三个合成生物学底层技术成本降低，合成生物材料高纯度、安全性和同源性的优势也不断突显，对于解决现下医美领域的原料扩产具有十分现实的意义。

一旦在技术和产业化方面取得突破，势必会为医美上游原料带来更多的想象空间。目前，合成生物材料同样存在规模化量产难的瓶颈问题。

规模化生产是合成生物材料实现商业化的路径，放大生产过程中的不稳定因素，容易造成定向生产失败。合成生物材料的生产制造技术难点主要体现在底盘菌株的选择和优化（菌株的选择及改造）以及包含发酵和分离纯化等环节在内的产品生产两个部分。

底盘菌株是合成生物材料的“硬件基础”，是代谢反应的宿主细胞。由于底盘菌株的复杂性及代谢特性，人工置入的生物元件、线路或系统会受到细胞内原有代谢与调控途径的影响，因此在生物合成材料生产过程中需要对其进行一定的设计改造，以期实现人工菌体发酵效率的最优化。

底盘菌株代谢通路存在限制产量的瓶颈。由于代谢通路的复杂程度不同，构建出可以产业化的菌株所需时间也就不同。基于目前合成生物学的学科发展水平，代谢通路简单的菌株大概需要2~3年，复杂的菌株则有可能经过十数年的研究却仍未构建出可以产业化的菌株。

完成底盘菌株选择及优化后，就要通过发酵过程实现合成生物材料生产，包括发酵、分离纯化、改性合成和产品开发应用等步骤。

工业量级发酵一般采用大发酵罐，发酵过程中会释放大量的发酵热，需要将冷却水导入发酵罐的夹层或换热管中以保证恒温发酵，同时需要注意pH值的变化和发酵前的无菌化处理等工艺。

生产规模扩大并不是简单的发酵罐规格的放大，从“克”到“千克”、再到“吨”，随着规模的扩大，发酵水平经常会下降，因此每一个步骤都需要重新摸索和优化。放大时需要对发酵罐和发酵工艺进行合理计算和设计，并在放大过程中根据经验不断改善发酵工艺，提高发酵水平。此外，在生产规模扩大过程中，也要继续监测菌种的代谢情况，调整菌种的代谢通路，从菌种的生产能力、繁衍能力、对环境的耐受力等方面提高整体的发酵水平。

用于不同场景的合成生物产品对纯度要求不同，对分离纯化的技术也就提出了挑战，目前工业上对于生物高分子材料大都采用有机溶剂沉淀法进行量产，但容易产生有机溶剂残留，纯度达不到医美级别。在放大生产环节，由于纯度达不到需要进行更多步骤，从而增加制造成本。

总的来说，在合成生物材料的放大生产环节，一是要研究底盘菌株代谢通路设计，发掘多种可产业化的菌株；二是要提升发酵工艺和分离纯化技术，降低不稳定因素影响，提高产品质量及产能效率。

合成生物材料的成本下降主要由两方面催化，一方面是技术的积累与进步将设计出更高效的代谢路径、选出更高效的工业菌株、更低成本的分离工艺和更低成本的原材料；另一方面，随着合成生物学底层技术成本下降，合成生物材料的制造将进行大规模扩产，可进一步降低成本。

在面对成本控制和市场衔接的风险过程中，如何实现合成生物材料的高效率量产，仍然是目前产业内面临的焦点问题。合成生物材料具有生物相容性、可降解性、可再生性和功能多样性等优点，能够被广泛应用在医药工业、医美、农业等多个领域，需求量巨大。

据了解，金坤生物克服了底盘菌株选择与优化、包括发酵和分离纯化等产品生产环节的关键技术问题，已经走通从小试到产业化的道路，搭建出多条千、万吨级合成生物材料生产线，解决了原料规模化生产难题，即将释放巨大产能，满足多个领域的原料需求。

金坤生物新产线工厂规划

在底盘菌种的选择和优化上，金坤生物经过多年积累，为多种生物合成材料积累了100株以上的底盘菌株，并在不断的革新迭代中进行升级。这种多菌株的合成路径，能够针对不同区域原材料选择特定的底盘菌株，大大提升其产能效率。如其聚谷氨酸生产线上，菌株的产量可达80g/L，超过平均水平一倍，提高生产效率的同时有效降低生产成本。

在产品生产的发酵和分离纯化问题上，金坤生物也进行了突破性的工艺打造。

在发酵环节，金坤生物建立了基于多组学研究的发酵过程控制系统，逐步扩大产品发酵量级。据介绍，金坤生物目前采用50m³量级的大发酵罐进行发酵，已经完成中试和产业化试验，即将产业化落地，“容量扩大后成本将会缩减60%以上。”

在分离纯化环节，金坤生物采用的全水化提取工艺是一种无有机溶剂添加的分离提纯方法，相较于其他提取方式，能够做到终端产品无有机溶剂残留，增加安全性的同时能够投产，应用领域被大幅扩大，尤其适用于医美系列产品。而在纯度上面，经该工艺生产的聚谷氨酸纯度能够达到99%以上。

目前，金坤生物即将产业化落地聚谷氨酸、普鲁兰多糖等多条原料生产线。据介绍，聚谷氨酸的产能将达到万吨以上，普鲁兰多糖千吨以上，预计年底将释放出巨大产能。

合成生物企业的商业化历程，首先是基础研究、技术转化、产品初创等技术范畴，其次便是从产品的大规模生产能力，这考验着企业在成本控制、产品质量等方面的能力。

2013年着手创立开始，金坤生物就在医美原料研发和产业化生产方面下足功夫，搭建出研发及工业化研发应用平台。在基础研究层面，金坤生物利用基因编辑、生物信息学、高通量筛选、代谢工程及多组学技术（基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢物组学）多学科打造出具有自主知识产权的生物高分子材料菌株资源库。

在应用研究层面，金坤生物针对生物高分子材料高粘体系建立了特有的发酵工艺，同时设立发酵中试平台和绿色分离提取平台，可实现工业化放大实验及工艺包设计，为完成高分子材料的产业化、工程化、配套化提供基础。

在质量标准控制层面，金坤生物设立了质量控制平台，以完成理化测试、生物安全评价、方法学开发、质量管理等多项工作，保证产品安全和质量的稳定性。

值得注意的是，合成生物材料在工艺放大的背后，其实是大量的试错。这需要大量专业性人才的支持。而整个合成生物学行业所面对的挑战之一就是，发酵工程等相关专业在行业爆火前并不火，受到的关注度低，已经出现了人才断档。

在如此快速的产业化落地面前，金坤生物背后站着的是大量相关专业性人才。其团队包括具备多年微生物工艺放大经验的首席技术官、具有极丰富合成生物工业生产管理经验的生产负责人等。

多位业内人士认为，量产技术是合成生物转化应用的破局关键。而现在，破解规模化难题的金坤生物，已经处在合成生物材料行业的超车道。