生物发酵一直是人类利用微生物将原料转化为有用物质的重要手段。从古代的酿酒到现代的抗生素生产，发酵技术在医药、食品、化工等多个领域发挥着关键作用。然而，随着合成生物学的飞速发展，传统发酵技术面临着效率低下和成本高昂的挑战。国内外不少企业以生物发酵技术为切入点，希望能够解决当下传统发酵技术所面临的挑战。
在这样的背景下，美国生物发酵服务公司Pow.Bio应运而生，以其革命性的智能连续发酵技术，为生物制造领域带来了新的希望。Pow.Bio由Ouwei Wang博士和Shannon Hall于2019年共同创立，总部位于加利福尼亚州伯克利，是一家专注于通过生物发酵技术实现可持续生物制造的初创公司。
随着全球对可持续和环保产品需求的不断增长，Pow.Bio的技术解决方案显得尤为重要。目前，公司在A轮融资中成功筹集了950万美元，由Re:Food和Thia Ventures领投。这笔资金将用于扩大其在加利福尼亚州阿拉米达的示范工厂的运营，进一步推动其智能连续发酵平台的商业化应用。
连续发酵技术：高效、稳定、节约成本，解决传统发酵技术痛点
Pow.Bio专注于以连续发酵技术赋能生物制造，他们希望能够解决传统发酵技术的诸多痛点问题。
传统批式发酵作为一种成熟的生产方式，在工业生产中曾占据重要地位。然而，随着技术的发展和市场需求的提升，这项工艺面临着一系列挑战。
首先，批式发酵的生产效率相对较低，因为每批生产之间需要中断进行设备清洗和重新接种，这限制了设备的连续运行能力。而频繁的人工干预和清洗过程增加了生产成本，同时也增加了微生物污染的风险。
其次，批式发酵在产品一致性方面存在挑战，每批发酵条件的微小差异可能导致最终产品在质量和性能上的波动。这种不一致性可能会影响产品在市场上的竞争力。同时，批式发酵难以实现大规模生产，尤其在高需求时期，其周期性生产特点限制了对市场变化的快速响应。
此外，批式发酵过程中能耗较高，因为每次生产前后都需要对设备进行加热和冷却，这种温度变化会导致能源浪费。而且，底物和产物浓度的控制也较为困难，这可能会影响微生物的代谢活性和生产效率。
技术升级方面，批式发酵的自动化和智能化水平相对较低，限制了其在现代工业生产中的应用潜力。数据采集和分析的局限性也制约了对发酵过程的深入理解和优化。在菌种性能验证方面，批式发酵的效率较低，难以满足合成生物学时代对快速性能验证的需求。
在污染环境方面，批式发酵也存在问题。频繁的清洗和消毒过程会产生化学废物，对环境造成压力。
为了应对这些挑战，工业生产正逐步向连续发酵或半连续发酵技术转型，以实现更高效、成本效益更高的生产过程，同时减少对环境的影响。
高效连续发酵技术通过自动化控制实现微生物的连续生长和代谢产物的连续产生。这种技术具有多项优势，包括提高生产效率和稳定性、减少生产成本、提高产品纯度和设备利用率，以及降低能耗和环境影响。它还有助于解决底物和产物浓度控制问题，优化微生物生理生化特性研究，应对市场多变和产品特性差异大的挑战。
更值得注意的是，连续发酵技术能够灵活调整生产过程，快速响应市场变化和产品需求差异，同时推动发酵过程的数字化和智能化。这为合成生物学时代带来的高通量筛选和菌种构建提供了解决方案，满足了高性能菌种在性能验证和工艺开发上的需求。
Pow.Bio创新连续发酵平台，生产成本降低40%以上，生产效率提升5到10倍
连续发酵技术潜力无限，但也存在设备和控制系统复杂、运行控制困难以及对无菌操作的高要求等挑战。随着技术的发展，这些挑战正逐步被克服。很多企业致力于改进现代发酵技术和过程控制，有效地降低菌种变异和污染的风险，使连续发酵技术在工业应用中的潜力得到充分发挥。
Pow.Bio便是其中之一，公司CEO Shannon Hall 博士首创了一种发酵技术，解决了生物生产的容量问题，其关键竞争力在于可以运行数百小时的高性能连续发酵过程。面对发酵技术与规模化生产问题，Pow.Bio有着自己理解，他们认为，更大容量的生物反应器并不能推动生物制造领域的进步，智能、现代、高效的生物反应器才是提高生产效率、释放经济可行性的关键。
“缺乏商业规模精准发酵的可用产能是当下生物制造领域需要解决的重要问题。” Pow.Bio的CTO Ouwei Wang博士表示：“一个不争的事实是，合成生物学公司目前还未能以一种能够取代传统石化或动物源产品的具有竞争力的价格来生产生物材料。在我们能够以与这些传统产品成本相当或更低的成本生产生物材料之前，只有那些高成本的生物制品才可能在商业市场上占有一席之地。而我们真正应该追求的是经济可行性，实现这一目标需要生物制造技术的进步。”
Pow.Bio 的使命是改变这一现状，让精准发酵公司能够部署连续而非批量生产的工艺。这又与人工智能控制软件相结合，加速工艺优化并推动自主操作。
Pow.Bio的技术核心是其人工智能控制的自动化发酵软件SOFe与创新的硬件系统集成。这种技术不仅提高了生产效率，还大幅降低了生产成本，实现了高效、连续的发酵过程，使得生物制造产品能够与传统产品在成本上竞争，为合成生物学产品的商业化提供了可能。
通过模拟工业生产线的连续性，Pow.Bio的智能连续发酵技术解决了传统批式发酵过程中的效率和成本问题。这种技术的应用，有望在替代蛋白质生产、合成生物学产品开发等多个领域发挥重要作用，推动生物经济的发展。
据介绍，Pow.Bio的创新技术通过连续发酵结合先进的AI控制方法，实现了微生物长期维持超高产状态的目标，这一突破使得成本支出大幅降低，同时将生物制造能力提升数个量级。与传统批式发酵相比，Pow.Bio能够使同一原料的生产率提高5到10倍，显著提高了系统运行的效率，减少了设施和储罐的需求，从而降低了资本和运营成本。
Shannon Hall强调，Pow.Bio能够为客户提供精细化学品和食品蛋白质的技术经济模型，清晰地展示连续生产方式的资本需求和单位成本。例如，对于年需求量为1万吨的精细化学品，传统批式发酵的资本支出可能在1.5亿至1.8亿美元之间，单位成本约3.50美元。相比之下，Pow.Bio平台能够以4000万美元的成本生产同等数量的产品，并将单位成本降至2美元以下，展现了Pow.Bio技术在成本效益方面的显著优势。
当然，连续发酵工艺也有一定挑战，其中最大的问题在于污染与菌株突变。面对这一挑战，Pow.bio通过开发一种双室系统来解决这些问题。该系统将微生物的生长阶段与生产阶段分离，有效降低了污染风险并避免了菌株突变。在生长反应器中，微生物被允许增殖而不生产产品；在生产室内，通过限制营养物质来停止微生物生长，使细胞专注于生产。这种创新的流程设计不仅提高了系统的适应性和稳定性，而且凸显了Pow.Bio在流程创新方面的核心优势，而非进行单纯的硬件制造。
Ouwei Wang强调，Pow.Bio的工艺在理论上能够支持无限期的精准发酵。然而，在实际操作中，为了适应时间安排和确保操作的便利性，公司通常会将运行周期设定为三到四周，大约21天或500小时。这一周期被证明是能够满足生产需求的。根据Pow.Bio进行的技术经济分析，一旦系统运行超过500小时，他们就能够实现显著的生产力提升。
已实现创收，从根本上改变精准发酵经济性
目前，Pow.Bio作为一家“发酵即服务”的公司，专注于使用其智能发酵技术为生物制造行业提供定制化服务。Ouwei Wang指出，公司主要研究细菌和酵母，生产高价值的有机酸、食品蛋白质和其他成分。Pow.Bio的服务包括帮助客户验证菌株、优化工艺，并生产用于监管和市场测试的材料，目的是利用其连续发酵技术帮助客户实现高效生产。
Shannon Hall提到，公司未来的商业模式可能包括技术授权或建立合资企业，具体取决于合作公司在制造所有权方面的愿景。目前，Pow.Bio已经开始通过满足不同客户需求创收，这些需求可能包括选择最佳菌株、提高生产效率或直接生产特定数量的产品。
Pow.Bio的服务优势在于其连续发酵系统能够快速生产原型产品，并且由于系统特性，能够提供丰富的数据，帮助客户实现即时改进和设计高效的菌株。这种服务模式不仅加速了产品开发过程，也为生物制造行业带来了创新的解决方案。
据Shannon Hall所述，Pow.Bio的发酵技术通过模仿高效的装配线流程，实现了生产率的显著提升，同时确保了产品的质量和一致性，避免了污染和性能的不稳定。这种技术进步对于公司的合作伙伴来说是一个巨大的利润驱动因素，因为它可以大幅降低制造成本，从而增加利润空间。
对于那些需要通过降价策略来推出新产品的合作伙伴，Pow.Bio的平台不仅提供了一种成本效益高的生产方式，而且在某些情况下可能是实现市场目标的唯一可行选择。通过Pow.Bio的技术，合作伙伴能够在保持产品质量的同时，优化成本结构，增强市场竞争力。
在完成A轮融资后，Pow.Bio将扩大其位于加利福尼亚州阿拉米达的示范工厂建设，实现通过新型双室发酵系统，从克级实验过渡到生产数百公斤成品的目标。“我们的首要目标是建立一个 1000 升的演示平台，以实现我们在 30 升和 300 升下展示的高效率输出。” Shannon Hall表示。该工厂将于2024年投入运营，加速推进Pow.Bio的商业规模部署。
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