在线推定和控制葡萄糖浓度改善谷氨酸发酵性能

谷氨酸发酵过程一般需要定时、人工分批式地添加葡萄糖。该流加操作方式会引起发酵罐内葡萄糖浓度的剧烈波动, 不利于高效、稳定的谷氨酸生产。谷氨酸发酵具有显著的非增殖耦联特征, 产酸期葡萄糖耗量与氨水耗量存在非常明显的关联性。通过在线计量氨水耗量推定糖耗以及葡萄糖浓度, 可比较准确地将谷氨酸发酵产酸期的糖浓度控制在预先设定的水平。当糖浓度控制在5 g/L~10 g/L的低水平时, 最终谷氨酸浓度可以达到80 g/L的较高水平, 高糖浓度下的渗透压效应有望得到缓解, 有利于发酵生产的稳定。     

混合碳源发酵生产头孢菌素C过程优化

本文对头孢菌素C（Cephalosporin C,CPC）发酵过程中碳源补料控制策略进行了优化研究,提出了一种基于DO—Stat的混合碳源流加策略,提高了发酵整体性能。在7L发酵罐上对使用该策略和传统补油策略的头孢菌素发酵性能进行比较,结果表明,采用补加混合碳源（葡萄糖＋豆油）策略时,CPC终浓度最高,达到36．99g／L,CPC得率也从使用传统单纯补油策略时的11．39％提高到22．19％,代谢副产物去乙酰氧头孢菌素C（DAOC）的积累量少,DAOC／CPC只有0．38％,达到生产要求。     

肝素C5异构酶的表达优化及分子改造

肝素和硫酸乙酰肝素是一类应用于临床抗凝血的糖胺聚糖。肝素葡萄糖醛酸C5异构酶(Heparosan-N-sulfate-glucuronate 5-epimerase,C5,EC 5.1.3.17) 是肝素和硫酸乙酰肝素合成过程中重要的修饰酶,催化N-硫酸化肝素前体 (N-sulfoheparosan) 的D-葡萄糖醛酸 (D-GlcA) 上5号位羧基翻转生成L-艾杜糖醛酸 (L-iduronic acid,L-IdoA)。文中以大肠杆菌Escherichia coli为宿主对斑马鱼来源的肝素葡萄糖醛酸C5异构酶基因Glce进行重组表达优化与分子改造。比较了3种不同的表达载体pET20b(+)、pET28a(+) 和pCold Ⅲ对C5表达的差异情况,其中以嗜冷启动型载体pCold Ⅲ表达酶活最高,达到(1 873.61±5.42) U/L。为了进一步提高C5的可溶表达量,在N端融合促溶标签SET2后,可溶蛋白表达量比对照提高了50%,酶活达到 (2 409.25±6.43) U/L。在此基础上,通过理性设计对底物结合口袋进行定点突变,获得最优突变体 (V153R) 的酶活和比酶活分别为 (5 804.32±5.63) U/L和(145.14±2.33) U/mg,是原始酶的2.41倍和2.28倍。肝素C5异构酶改造与表达优化为酶法催化合成肝素奠定了基础。     

生物柴油耦联丙酮丁醇发酵的初步研究

以4种生物柴油(原料为地沟油、菜籽油、棕榈油和废肯德基油)作为萃取剂,开展了丙酮丁醇静态萃取发酵。通过分析发酵过程中的产气量及发酵40 h后油水两相中的溶剂浓度,发现生物柴油对丙丁梭菌有毒性。另外,静置条件下丁醇在不同油水两相中的液液平衡系数大致相同。在发酵24 h时加入棕榈生物柴油(油水体积比为0.4∶1),丁醇发酵强度达到最大值0.213 g.(L.h)-1、比对照(传统发酵)提高10.9%,且生物柴油中的丁醇质量浓度达到6.44 g.L-1。     

木薯和玉米原料丁醇发酵中丁醇丙酮质量比的图论理论计算及其验证

在丁醇发酵产溶剂阶段,乙酸和丁酸的生成途径、消耗途径同时存在,各自形成一个闭环路径。本研究利用图论对丁醇发酵中丁醇丙酮质量比进行了理论计算,并对以木薯和玉米为原料的丁醇发酵进行了模拟计算,结果表明:丁酸闭环路径(L2环)的代谢强度是影响丁醇丙酮质量比的主要因素,并且L2环的代谢强度越弱,丁醇丙酮质量比越高;与玉米原料丁醇发酵相比,木薯原料发酵的m(丁醇)/m(丙酮)提高了16.7%。实验结果证实了以上计算结果:在传统发酵、油醇萃取发酵和生物柴油萃取发酵中,以木薯(适时添加酵母浸粉)为原料的发酵批次与以玉米为原料的发酵批次相比,由于其丁酸闭环路径代谢强度较弱,相应发酵方式下丁醇丙酮质量比分别提高了12.9%、61.4%和6.7%,而且两种原料相应发酵方式的丁醇总产量和生产效率基本持平。另外,高丁醇丙酮质量比的木薯发酵所得改良型生物柴油中丁醇浓度与玉米发酵的相比提高了16%,性能得到进一步提高。     

甲醇周期诱导控制强化毕赤酵母生产猪α干扰素

利用甲醇营养型毕赤酵母生产猪α干扰素(pIFN-α),诱导过程一般在高细胞密度、定值控制甲醇浓度于5～10g/L下进行,此时、溶解氧浓度(DO)自然下降到接近于0的水平。如果高好氧的毕赤酵母长期处在高甲醇/低DO的诱导浓度环境会导致其代谢活性恶化,胞内甲醇积累严重,pIFN-α表达生产效率低。为此,提出了一种甲醇周期诱导控制策略来强化pIFN-α生产。先将甲醇控制于高浓度达7h,再降低甲醇流加速率,将DO控制在20%左右约4h,一共重复6个循环。采用上述周期控制策略,毕赤酵母代谢活性可以长期维持在较高水平;胞内甲醇处于极低水平(≤0. 003g/g DCW),解除了甲醇毒性效应; pIFN-α活性达到3. 90×10~7IU/ml的最高水平,是定值控制甲醇浓度时的1. 86倍。     

环境条件对丙酮酸分批发酵的影响

考察了搅拌转速、pH和温度对丙酮酸分批发酵的影响。高转速（500r／min）下,丙酮酸产率较高（71％）,但葡萄糖消耗速度较慢（1．23g／（L·h））;低转速（300r／min）下,细胞消耗葡萄糖的速度加快（1．95g/（L·h））,而丙酮酸产率（0．48％）却明显下降。将搅拌转速恒定在400r／min可在一定程度上获得较高的丙酮酸产率（0．62％）和葡萄糖消耗速度（1．66g／（L·h））。CaCO3调节pH时,较多碳流从丙酮酸节点转向α-酮戊二酸节点和细胞生长,最终丙酮酸产量比NaOH调节pH时的发酵结果低38．7％;NH3·H2O调节pH时最终细胞浓度和丙酮酸产量仅为NaOH调节时的77．8％和90．9％。pH5．5时最利于丙酮酸的合成。较高的发酵温度加速T.glabrata积累丙酮酸,但同时会导致α-酮戊二酸的提前积累;而较低的温度下甘油和α-酮戊二酸积累较少,丙酮酸发酵的最适温度为28～30℃。     

添加表面活性剂改善丁醇萃取发酵性能

研究了各种表面活性剂对丁醇萃取发酵的影响。丁醇发酵中有大量H2、CO2气体生成,生成的气泡携带发酵溶剂产物（丁醇、丙酮）进入萃取液相,促进了水相中发酵毒性产物向萃取液相的移动。研究发现,表面活性剂可以降低气-液膜的表面张力,促使大气泡破碎,从而使发酵产气以较小气泡的形式穿过萃取液相。添加表面活性剂可以强化发酵溶剂产物从水相到萃取相的移除速度,缩短发酵产物在油水两相中达到平衡的时间。有利于提高发酵生产强度。以地沟生物柴油为萃取剂,吐温-80的添加量为质量分数0．140％时,与对照相比（无表面活性剂的萃取发酵）,相同发酵时间内萃取相中丁醇体积分数提高了21．2％．总溶剂生产强唐也提高了16．5％．     

采用CFD数值模拟技术优化发酵罐内桨叶组合

使用CFD模拟软件Fluent对实验室用7L通气搅拌发酵罐内不同桨叶组合的搅拌效果进行气液两相流模拟.首先对发酵罐自带桨叶组合进行模拟,针对模拟结果提出两种改进桨型组合,对比分析3种组合的速度矢量图、速度分布柱形图和速度云图,以此优化出一种搅拌效果较好的桨型组合.结果表明:发酵罐内的流场可受通气的影响而发生改变,通气发酵过程的模拟采用多相流模型更为准确;底层桨离底距离的不同可导致发酵罐内流场的不同,以六直叶圆盘涡轮桨为底桨时,离底距离应不小于T/3;液相死区的大小是由桨叶组合、桨叶安装位置以及气液两相的相互作用共同导致的,不能单纯靠提高转速改善;在800 r/min下,搅拌效果组合3为最佳.