高粘发酵体系不同搅拌桨的CFD模拟及发酵验证

搅拌桨是高好氧高黏度微生物发酵实现高效反应必不可少的因素之一,不同搅拌桨组合对发酵过程的影响十分重要。威兰胶是由产碱杆菌在高耗氧高粘度发酵体系下合成的胞外微生物多糖,广泛应用于水泥、石油、油墨、食品等行业中。本研究借助于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法,以威兰胶发酵液体系为研究体系,研究了6种不同搅拌桨组合在反应器内流体速率分布、剪切速率、和气含率等参数。将模拟效果较好的3种组合用于威兰胶发酵过程。研究表明MB-4-6搅拌桨组合对改善发酵罐内部的溶氧及流场分布效果最明显,威兰胶产量水平提高了13%。同时在该组合下威兰胶的产品粘度得到有效提高。     

用于红霉素生产的500m3生物反应器的理性设计

红霉素(erythromycin)是由绛红色糖多胞菌(Saccharopolyspora erythraea)发酵生产的次级代谢产物,其生产水平不仅受发酵工艺的影响,也受反应器结构影响。为解决红霉素发酵过程放大问题,本研究采用时间常数法和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟验证相结合的方法设计了500m³超大规模红霉素耗氧发酵生物反应器。首先,通过对50L反应器红霉素发酵过程研究,发现溶氧是关键性限制因素,通过氧消耗速率(oxygen uptake rate,OUR)等参数分析计算得到设备的氧供应时间常数t_mt需小于6.25s。然后,基于时间常数法和经验关联式理性设计500m³反应器搅拌桨叶组合方式,即底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的搅拌桨组合,并通过经验公式及CFD方法对设计结果进行了模拟验证。两种验证方法结果均表明500m³反应器采取底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的组合方式时设备的氧供应时间常数小于6.25s,且反应器内流场特性(如持气率、剪切率和速度矢量等)均能满足红霉素大规模发酵的需要。经实际发酵验证,设计的生物反应器能够满足红霉素的工业规模发酵应用。     

机械搅拌式动物细胞反应器不同桨型组合的CFD数值模拟与优化

生物反应器已成为哺乳动物细胞生产治疗性抗体药物和疫苗的核心。文中采用CFD数值模拟方法对目前常用的机械搅拌式生物反应器在不同的搅拌形式下的流场进行了分析,获得了5种搅拌桨型组合条件下的速率矢量、持气率、含气率和剪切力分布的特征。通过构建的重组CHO细胞在不同搅拌形式条件下的流加分批培养发现,细胞密度和抗体表达水平与反应器内的最大剪切率直接相关,在FBMI3搅拌形式下细胞密度和抗体表达水平均最高。结果表明该CHO细胞在悬浮培养时对剪切环境比较敏感,且最大剪切力是工业规模放大的关键因素。     

搅拌对红霉素发酵的影响

在20t工业发酵罐中,研究了涡轮桨和翼形轴流桨搅拌对红霉素发酵过程的影响,重点考察了粘度、溶氧、效价、搅拌电流和糖代谢等过程参数的变化,以及搅拌功耗与发酵产量之间的关系。研究结果表明：(1)不同的搅拌桨搅拌其发酵过程参数(粘度,溶氧,效价等)随时间的变化曲线有明显的差异;(2)搅拌功耗同发酵产量之间的关系,翼形桨明显不同于涡轮桨;(3)在相同的生产条件下,用翼形桨代替涡轮桨可节省搅拌功耗。     

折流元件对环流反应器性能影响及用于苏云金茅杆菌发酵的效果

本文讨论了折流元件对环流反应器的流体力学性能的影响及用作生物反应器的研究结果。实验是在外筒规格Φ0 .2 19( 0 .2 10 )× 1.6m ,内筒规格Φ0 .153( 0 .150 )× 1m反应器内进行的 ,材质为不锈钢 ,括号内表示的是导流筒的内径。内筒装有具有强化传递过程作用的折流元件。BT发酵实验表明折流元件可改善环流反应器的发酵性能。将研究结果放大到 2 0m3的气升式环流反应器中 ,与工厂同等规模的搅拌式发酵罐相比 ,在完全省去搅拌功耗又不增加无菌空气用量的条件下 ,发酵液毒力效价高于在机械搅拌式发酵罐内的发酵结果约 10 %并且节电 30 %以上。     

操作条件对5′-单磷酸胞苷晶体粒度分布的影响

为了研究操作条件对5。单磷酸胞苷（5′-CMP）晶体粒度分布的影响,分别采用不同形式的搅拌桨、搅拌速率以及反应液流加速率,并且运用激光粒度仪和扫描电镜对晶体粒度分布及形貌进行分析观测。结果显示：采用不同形式的搅拌桨形成的剪切力、颗粒聚集以及二次成核现象的差异导致了晶体粒度分布峰值数量不同;分别选取50、100和150r／min的搅拌速率以及1、3和6mL／h的流加速率时,晶体平均粒径在铆式搅拌桨作用下,在120．3—212．1μm范围内递减,而在45°斜角四折叶式搅拌桨作用下递减范围为3．17～150．2μm,且粒度分布更为均匀,为工业生产中的优化控制提供了一定的理论依据。     

控氧发酵对干酪乳杆菌合成苯乳酸的影响

在静置、搅拌及通气搅拌3种不同控氧条件下,分别用干酪乳杆菌Lactobacillus casei B3发酵及全细胞转化合成了苯乳酸,考察菌体生长、葡萄糖消耗及其发酵与转化合成苯乳酸的规律。结果表明:在转速100 r/min的搅拌条件下,L.casei B3发酵合成苯乳酸的浓度比静置发酵条件下提高了41.4%;但在空气流量2 L/min及转速100r/min的通气搅拌下,发酵合成苯乳酸的浓度较静置发酵时下降了60.3%;以8 g/L苯丙酮酸为底物,以相应静置、搅拌及通气搅拌条件下所得的菌体为全细胞催化剂转化合成苯乳酸,其摩尔转化率分别为67.2%、62.7%和35.9%。此结果说明:适度的搅拌促进了发酵过程的底物和产物传质,但充足或过量供氧会影响细胞内的转化合成酶系,不利于苯乳酸的全细胞转化合成。     

医药上的应用

抗生素和干扰素931958在始旋链,菌中诱导产生原始.案〔英万Paquet,V.…/Bioteehnol.Lett一1992,14(11)。-1065~1070〔译自DBA,1903,12(i),。3-00090] 利用若干内酩检测了始旋链霉菌非生产突变株 (C16/4)和高产突几变株(Prn)中原始霉素 (PM)生产的调节作用。将Prn置于含复合培养基(pHe.s)的21发酵罐内,于27℃、450~1000rpm搅拌和41/min通气条件下培养。再于含合成培养基的201发酵罐内搅拌(5。。印m)培养Prll (pH6.s、27℃、通气51/min),以生产诱导因子。温育48小时后PM产生达最大。具长侧链的内醋(0 .25产g/ml诱导浓度)均对PM生产有…     

自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合酵母回用工艺的研究

模拟现有酒精发酵行业普遍采用的多级发酵罐串联系统,建立了一套由三级串联操作的搅拌式发酵罐和两个沉降罐组成的反应器系统,以脱胚脱皮玉米粉双酶法制备的糖化液为发酵底物,培养基初始还原糖浓度为220g/L,添加(NH4)2HPO41.5g/L和KH2PO42.5g/L,以0.057h-1的恒定稀释速率流加,将自沉降浓缩后的酵母乳先后经活化和不活化两种方式处理并循环至第一级发酵罐,系统在两种操作条件下分别达到了拟稳态。实验结果表明活化处理对改善发酵工艺技术指标方面发挥了显著的作用,发酵终点乙醇浓度达到101g/L,还原糖和残总糖分别在3.2和7.7g/L左右,发酵系统的设备生产强度指标为5.77g/(L.h),与无酵母回用的搅拌式反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇发酵工艺相比,提高了70%。     

高发酵活力面包酵母的高产率流加培养策略研究

首先优化了面包酵母生产过程中分批培养阶段的操作条件,然后在连续培养实验的基础上．确定了面包酵母流加培养的最佳参数,并得出了发酵活力与比生长速率之间的关联式。根据这一关联式和指数流加培养模式,提出了两阶段控制比生长速度的流加培养策略。研究结果表明：采用初糖浓度为15～30g／L、残糖控制浓度为3～6g／L以及分阶段控制搅拌转速以提供不同的传氧速率;应用提出的流加培养策略进行面包酵母培养．在产率达到0．432g/g的同时发酵活力达到1180ml,可实现面包酵母培养过程高产率和高发酵活力的统一。     

Real-time fluid dynamics investigation and physiological response for erythromycin fermentation scale-up from 50 L to 132 m<Superscript>3</Superscript> fermenter

The physiological response of erythromycin fermentation scale-up from 50 L to 132 m³ scale was investigated. A relatively high oxygen uptake rate (OUR) in early phase of fermentation was beneficial for erythromycin biosynthesis. Correspondingly, the maximal consistency coefficient (K) reflecting non-Newtonian fluid characteristics in 50 L and 132 m³ fermenter also appeared in same phase. Fluid dynamics in different scale bioreactor was further investigated by real-time computational fluid dynamics modeling. The results of simulation showed that the impeller combination in 50 L fermenter could provide more modest flow field environment compared with that in 132 m³ fermenter. The decrease of oxygen transfer rate (OTR) in 132 m³ fermenter was the main cause for impairing cell physiological metabolism and erythromycin biosynthesis. These results were helpful for understanding the relationship between hydrodynamic environment and physiological response of cells in bioreactor during the scale-up of fermentation process.     

肝细胞生长因子对人羊水干细胞迁移和黏附能力的影响

目的分离培养及鉴定羊水干细胞（hAFSC）,并研究肝细胞生长因子（HGF）对羊水干细胞迁移、黏附能力的影响。方法使用细胞贴壁法分离培养羊水干细胞,细胞免疫荧光及westernblot鉴定羊水干细胞,Transwell小室分析HGF对羊水干细胞迁移的作用。明胶贴壁法分析HGF对羊水干细胞黏附能力的作用。两组之间数据的比较采用独立样本t检验。结果分离的羊水干细胞均表达特异性标记物Oct-4、c-kit、SSEA-4、CD105。HGF在体外对hAFSC的迁移有趋化作用,对照组和HGF组每个视野的迁移细胞数分别为38±2.5和80±3.2。对黏附能力有促进作用,对照组和HGF组每个视野的黏附细胞数分别为19±1.5和50±2.7,差异均有统计学意义（P〈0.01）。结论 HGF可趋化羊水干细胞的迁移,增强羊水干细胞的黏附能力。     

Evaluation of mixing effect and shear stress of different impeller combinations on nemadectin fermentation

Mass transfer and shear force have significant effects on nemadectin production by Streptomyces cyaneogriseus ssp. noncyanogenus. They are always the conflict-ridden problems in nemadectin fermentation process. In this study, the flow field characteristics under different impeller combinations were quantitatively evaluated in 5 L stirred-tank bioreactor through the laser particle image velocimetry (PIV) system. Results demonstrated that the radial-axial impeller combinations with the time average velocity at 0.38-0.54 U_tip, the turbulent kinetic energy dissipation rate at 6.4–10.6 ε/N³D², and the shear stress rate was 40-150 s⁻¹, were more conductive to cell growth, nemadectin biosynthesis, cell’s activity, respiratory metabolism than other combinations. The highest nemadectin yield was evaluated up to 1543.3 ± 18.5 μg/mL, which was 31.68 % higher than that of the radial flow impeller combinations. This study provided the important guideline for the selection impeller combinations’ on large-scale nemadectin production.     

Rotational locomotion by the cockroach Blattella germanica

Locomotion on complex substrata can be expressed in a plane by two geometric components of body movement: linear locomotion and rotational locomotion. This study examined pure rotation by analysing the geometry of leg movements and stepping patterns during the courtship turns of male Blattella germanica. Strict rotation or translation by an insect requires that each side of the body cover equal distance with respect to the substrate. There are three mechanisms by which the legs can maintain this equality: frequency of stepping, magnitude of the leg arcs relative to the body and the degree to which legs flex and extend during locomotion. During the courtship behaviour of Blattella germanica selected males executed turns involving body rotation along with leg movements in which the legs on the outside of the turn swung through greater average arcs than those on the inside of the turn. This difference should have resulted in a translation component. However, legs on the inside of the turn compensated by flexion and extension movements which were greater than those of opposing legs. The net effect was that both sides of the body covered equal average ground. These cockroaches used a wide variety of stepping combinations to effect rotation. The frequency of these combinations was compared to an expected frequency distribution of stepping combinations and further to an expected frequency of these stepping combinations used for straight walking. These comparisons demonstrated a similarity between interleg coordination during straight walking and that during turning in place.     

奥美拉唑联合法莫替丁治疗反流性食管炎的临床效果分析

目的：观察并分析奥关拉唑联合法莫替丁治疗反流性食管炎的临床效果。方法：选取2008年5月至2012年5月在本院确诊并治疗的反流性食管炎患者45例,随机平均分为三组。联合用药组（15例）：每日早餐前口服20mg奥关拉唑,睡前口服20mg法莫替丁;奥关拉唑组（15例）：每日口服两次奥美拉唑,每次20mg;法莫替丁组（15例）：每日口服两次法莫替丁,每次20mg。每组的治疗时间均为8周。在内镜指导下观察并比较三组患者的胸痛、反酸和烧心等主要病征的改善情况,综合评价三种治疗方法的临床疗效。结果：联合用药组较其他两组获得的疗效更明显,患者的症状得到较好的改善,差异有统计学意义（P〈0．05）。结论：奥美拉唑联合法莫替丁能够有效地抑制胃酸的分泌,对于反流性食管炎的,临床治疗具有良好的效果。     

羊水直接PCR法快速诊断脊肌萎缩症的实验研究

目的：建立一种快速、简便的产前诊断脊肌萎缩症的检测方法。方法：基于运动神经元生存基因SMNc和SMNt的两个同源拷贝碱基的差异,对SMNt基因第7、8外显子进行缺失分析,抽取孕妇羊水后用作者自行研制的“HpH—Buffer”,以离心后羊水沉淀中的胎儿细胞为模板直接进行PCR扩增,扩增产物进行酶切限制性片断长度多态性分析,对2例有脊肌萎缩症患儿生育史的孕妇怀有的胎儿进行产前基因诊断。同时,为考察羊水直接扩增方法的效率,对羊水样本直接扩增和对羊水样本中提取的基因组DNA扩增进行了平行实验。结果：2例胎儿均有SMNt基因第7、8外显子缺失;以羊水为模板和以基因组DNA为模板进行扩增的效率相似。结论：应用“HpHBuffer”直接对羊水样本中SMN基因上外显子7、8进行扩增,结合限制性片断长度多态性分析SMNt上是否发生缺失,可缩短诊断时间,节约诊断成本,减少检测过程中可能出现的样本交叉污染,有望成为临床上产前诊断脊肌萎缩症的新方法。     

清肺散结丸与长春瑞滨和顺铂联用对晚期非小细胞肺癌的疗效观察

目的:观察清肺散结丸与长春瑞滨(vinorelbine,NVB)和顺铂(cisplatin,DDP)联合治疗晚期非小细胞肺癌的近期疗效及毒副作用,为临床用药提供参考。方法:选取2010年11月-2012年3月我院收治的晚期非小细胞肺癌患者146例,随机分为对照组和联合组,每组各73例。对照组常规给予长春瑞滨和顺铂(NP方案)治疗,联合组在对照组基础上加以清肺散结丸治疗。观察两组患者的客观有效率、疾病控制率、生活质量改善率和毒副反应的发生情况。结果:对照组患者的客观有效率为42.5%,联合组为46.6%,差异无统计学意义(P0.05);联合组疾病控制率为85.0%,明显高于对照组的65.8%(P0.05);联合组生活质量改善情况为68.5%,明显高于对照组的41.1%(P0.05);联合组Ⅱ度以上白细胞减少的发生率为54.8%,对照组为75.3%;联合组Ⅲ度以上白细胞减少的发生率为17.8%,对照组为37.0%,差异显著具有统计学意义(P0.05);联合组恶心呕吐的发生率为24.7%,显著优于对照组的49.3%(P0.05)。结论:NP方案联用清肺散结丸治疗晚期NSCLC能够使患者获益并提高患病期间生活质量,降低骨髓移植和消化系统毒副反应发生。