模拟青霉素分批补料发酵过程的细胞自动机模型

根据青霉素产生菌的生长机理和青霉素分批补料发酵过程的动力学特性,在Paull等建立的形态学结构动力学模型的基础上,建立了模拟青霉素分批补料发酵过程的细胞自动机模型。模型采用三维细胞自动机作为菌体生长空间,采用Moore型邻域作为细胞邻域,其演化规则根据青霉素分批补料发酵过程中菌体生长机理和简化动力学结构模型设计。模型中的每一个细胞既可代表单个产黄青霉菌体细胞,又可代表特定数量的这种菌体细胞,它具有不同的状态。对模型进行的仿真实验结果表明：模型不但能一致地复现形态学结构动力学模型所描述的青霉素分批补料发酵过程的演化特性,而且较形态学结构动力学模型更加直观地刻画了青霉素分批补料发酵过程的演化行为。最后,对所建模型在实际生产过程中的应用问题进行了分析,指出了需要进一步研究的问题。     

面包酵母流加发酵生产过程的投入产出优化

以某酵母厂实际生产过程为背景,对面包酵母流加发酵生产进行了总体效益优化仿真。优化仿真是以作者早期建立的面包酵母代谢一循环模型系统为基础的。效益函数是单位时间内过程产出产品的价值与总投入价值之差。仿真结果表明,在给定的价格体系下,欲使总体效益函数取得极大值,各操作变量,如补料速度,补料浓度、通气量和发酵周期等,均存在最优操作区域。     

柠檬酸清液发酵的补料工艺研究进展

柠檬酸是一种重要的食品添加剂。微生物批次发酵是当前国内外柠檬酸企业的主流生产方式,而更高生产强度的补料发酵工艺开发逐渐成为行业领域的关注热点。本文分别对不同菌种发酵的补料工艺进行比较,从补料培养基、补料起始点、补料控制方式等角度介绍各自的补料工艺控制,为柠檬酸工业发酵的补料工艺提出可行性建议。     

补料优化降低抗体生产过程中宿主细胞蛋白残留的研究

目的:通过上游工艺中补料培养基优化以降低单克隆抗体生产中的宿主细胞蛋白(HCP)水平。方法:本文在3 L反应器的工艺开发过程中考察了不同的商品化补料培养基和细胞接种密度对HCP水平的影响,筛选出最优条件后,进行了补料工艺的优化和金属离子的添加试验,最后将优化后的工艺放大至200 L中试规模。结果:在小试阶段发现Cellvento 4Feed可以显著降低HCP,同时CuSO4可以进一步促进HCP降低的水平,最终将工艺放大至200 L中试进行生产并取得了相似的结果,验证了工艺的稳定性和可放大性,中试规模的HCP水平相比最初的工艺降低了65%左右。结论:补料培养基优化可以有效降低细胞对HCP的比生产速率,使收获液中整体的HCP水平显著下降。     

补料工艺对两株法夫酵母菌株产虾青素的影响

【目的】考察不同补料工艺对法夫酵母菌株生长和虾青素合成的影响。【方法】对法夫酵母JMU-VDL668和JMU-MVP14菌株在7 L罐中进行分批及分批补料培养; 同时, 测定发酵过程中生物量、虾青素和葡萄糖含量的变化。【结果】采用恒DO补料, 法夫酵母JMU-VDL668菌株获得的生物量最大(64.6 g/L), 是分批培养的2.2倍; 采用恒pH补料发酵, 虾青素的产量最高(20.6 mg/L), 是分批培养的1.5倍。与JMU-VDL668菌株不同, 虾青素高产菌株JMU-MVP14菌株采用恒pH补料, 获得生物量最大(48.5 g/L), 但虾青素产量大大降低(仅17.5 mg/L); 采用脉冲补料, 虾青素产量最高, 达到414.1 mg/L, 与分批发酵相比提高了200.2%; 采用恒DO补料, 生物量(38.5 g/L)和虾青素产量(403.2?mg/L)增加显著, 与分批发酵相比分别提高了133.1%和192.3%。【结论】不同补料工艺对法夫酵母菌株生产虾青素影响很大。其中, 采用恒pH补料工艺, 法夫酵母JMU-VDL668菌株可以获得最高的虾青素产量, 而采用脉冲补料工艺, 最适于法夫酵母JMU-MVP14菌株发酵生产虾青素。     

运用氨基酸分析法和DOE法优化抗PD-1单克隆抗体生产用培养基

本研究采用氨基酸分析法结合DOE设计法优化并获得高表达抗PD-1单克隆抗体生产用基础和补料培养基。通过对市售多种基础和补料培养基进行筛选,获得细胞生长状况较优的基础培养基和抗体表达较高的补料培养基,利用氨基酸分析法检测较优基础培养基和补料培养基中氨基酸消耗情况,确定影响细胞生长和抗体表达的关键氨基酸种类,利用DOE分析软件设计分别在较优基础和补料培养基中添加不同浓度的氨基酸种类及浓度,根据细胞生长及抗体表达,优化得到抗PD-1单克隆抗体的基础和补料培养基组合。最终优化后基础培养基配方为:Hycell CHO培养基中添加1.04 mmol/L L-天冬酰胺和0.76 mmol/L L-谷氨酰胺。最终优化后补料培养基配方为:OPM CHOCD Feed1补料培养基中添加38.7 mmol/L L-组氨酸,75.0 mmol/L L-酪氨酸,64.0 mmol/L L-丝氨酸,49.2 mmol/L L-谷氨酰胺和18.7 mmol/L L-半胱氨酸。经过3 L反应器培养验证,优化后的培养基比未优化时,最大活细胞密度(PVCD)提高了62.7%,抗PD-1单克隆抗体表达量提高了71.5%,且活性无明显差异。     

补料方式对酵母菌生产谷胱甘肽的影响

比较了酵母菌发酵生产谷胱甘肽（GSH）的几种补料分批培养方式。实验发现补料可以明显地促进酵母菌的生长和谷胱甘肽的合成,同时还发现不同的补料方式对发酵液中的菌体浓度和GSH浓度有不同的影响。采用指数流加方式可获得极高的菌体浓度,但菌体中的GSH浓度较低;而采用恒－pH补料分批培养既可以达到较高菌体浓度,菌体中又含有较高的GSH含量,因此,其总的GSH产量最高,可达到977.8mg/L。     

搅拌式光生物反应器培养海带配子体细胞：不同脉冲补料方式的研究

本文以批次培养为对照,研究了七种脉冲补料方式对搅拌式光生物反应器中培养大型褐藻海带配子体细胞生长和培养液内氮磷营养盐消耗的影响,并首次探讨了脉冲补料方式下不同补料时间点和补料量的影响作用。培养条件设定为50 mg DCW (细胞干重) L-1接种密度、培养液为改良的APSW人工海水、光强60 µE m-2 s-1、光周期16/8 h L/D、通气速率和搅拌速率分别为50 mL min-1和100 rpm。结果表明少量补料利于细胞对氮磷的协同吸收,进而利于生物量扩增。当培养液内氮磷富足或耗尽时补料对于生物量大量生产效果甚微,可能由于氮磷吸收变缓、其储存现象显著,或是其吸收协同性降低。文中当细胞生长至对数中期开始频繁补加少量氮磷营养盐,即维持培养液内氮磷浓度在各自起始浓度的1/3至1/2之间,对生物量生产最有效,生物量增长倍数高达12.270倍。     

鸟苷补料分批发酵的研究

目的:以枯草芽孢杆菌TA208为出发菌株,研究了补料分批发酵方式下各种参数对鸟苷产量的影响。方法:采用补料分批发酵工艺,利用纸层析法测定发酵液中鸟苷的产量。结果:确定了葡萄糖、酵母粉和次黄嘌呤的最优补料方式,使鸟苷产量达到32.05g/L,较分批发酵方式提高了36.3%。结论:发酵工艺过程控制对发酵生产鸟苷具有重大影响。     

高山被孢霉发酵产花生四烯酸油脂的补料工艺

为了缩短高山被孢霉(Mortierella alpina)产花生四烯酸(ARA)油脂发酵周期,以提高ARA油脂生产强度,主要研究了不同底物流加方式对M.alpina产ARA油脂的影响。考察分批发酵、残糖反馈补料分批发酵对ARA油脂发酵的影响,并进一步在残糖反馈补料发酵的基础上建立了一种反复补料分批发酵工艺。结果表明:与分批发酵相比,虽然细胞干质量和油脂浓度变化不显著,但是残糖反馈补料方式ARA生产强度从0.93提高至1.33g/(L·d)。在残糖反馈补料基础上反复补料分批发酵一共进行了4批,细胞干质量稳定在30 g/L左右,油脂含量稳定在50%左右,ARA含量分别达到42.81%、43.17%、42.30%和39.71%。     

补料发酵工艺的应用及其研究进展

综述了补料工艺在发酵工业中应用和研究。介绍了补料发酵工艺及其优点,着重讨论了补料发酵动力学和控制理论研究,以期为补料发酵的应用提供充分的参考依据。     

裂殖壶菌发酵产DHA过程呼吸参数的在线检测分析

利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中的O2、CO2含量进行实时检测,建立了裂殖弧菌发酵生产DHA过程中的呼吸参数在线检测方法,实现了裂殖壶菌补料分批发酵过程及双阶段供氧控制发酵过程中的呼吸参数在线检测分析。通过呼吸参数在线检测分析,从氧消耗机制方面解释了双阶段氧传递控制工艺能获得较高生物量、油脂和DHA含量的原因,从而为该工艺过程提供了理论指导。根据发酵过程中菌体生长不同时期的呼吸参数的变化情况,建立了基于呼吸商变化的在线补料控制方法,设计了一种基于RQ-Stat的补料工艺。RQ-Stat补料方式最终获得的油脂含量、DHA产量和产率比间歇式补料工艺分别提高了11.58%、12.19%和11.40%。     

基于pH的反馈补料方法在谷氨酸发酵中的应用

为简化谷氨酸发酵补料工艺,提出了一种新型的基于pH的补料方式。考察谷氨酸发酵过程中氨消耗量 (x) 和糖消耗量 (y) 发现,两者之间存在较好的线性关系 (y=7.4744x,R2=0.9989),以此为pH反馈补料工艺中补料液中葡萄糖与氨的混合比例,能较好地将谷氨酸发酵过程中葡萄糖浓度稳定在12~21 g/L。比较恒定葡萄糖浓度补料工艺与pH反馈补料工艺发现,采用pH反馈补料工艺进行发酵,葡萄糖转化率、谷氨酸产酸速率分别提高了9.06％和17.5％左右,同时发酵周期缩短2 h以上。     

基于酶电极系统的葡萄糖浓度在线控制

补料分批技术在发酵工业中被广泛应用,其物料流加方式有3类,其中恒流速和指数补料属无反馈控制操作,靠经验或预设的数学模型决定补料速度,但由于发酵过程的复杂性,实际过程往往偏离预设的模型;恒底物浓度流加属反馈控制,通过对特定参数的检测,根据参数的变化情况反馈控制物料的流加,可控制菌生长在最佳条件下,从而获得高浓度的目的产物。反馈控制分直接控制和间接控制。间接     

固态间歇补料乙醇生料发酵新工艺

浓醪发酵是酒精生产的发展方向。与现行酒精厂普遍采用的热蒸煮工艺相比, 生料发酵技术的发展使得浓醪发酵更容易进行。本研究首次在生料发酵中直接采用固态原料间歇补料, 比较了STARGENTM生淀粉水解酶间歇补料工艺和传统无补料工艺, 并对不同补料方式进行了研究。结果表明: 与传统无补料生料发酵工艺相比, 在相同的干基配料浓度30%、相同的生料酶添加量0.22%(W/W)的条件下, 采用15%的起始配料浓度、发酵15~25 h进行间歇补料的新工艺, 酒精产量从17.06%提高到18.50%。该间歇补料优化工艺的建立, 丰富了生料发酵技术的应用。     

重组大肠杆菌产疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶分批补料发酵工艺

为了获得低成本的疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶(TLL),在5L发酵罐发酵中对工程菌E.coliBL21(DE3)/pET28b-TLL的分批补料发酵工艺进行研究。结果表明:以葡萄糖为碳源的补料培养基,采用溶氧(DO)反馈补料策略进行补料,当OD600=60时降温至28℃,分2次加入终质量浓度为30g/L乳糖进行诱导表达。优化后TLL的表达量提高到798.5U/L,是优化前的2.4倍。本研究为规模化发酵重组菌生产TLL奠定了基础。     

利用纤维床反应器固定化发酵生产丙酸

构建了一种纤维床反应器(FBB), 并将其应用于丙酸的生产。将棉纤维绕成桶状, 固定于反应器中, 即可用于丙酸固定化发酵。以40 g/L的葡萄糖为碳源, 与游离细胞相比, 利用FBB生产丙酸, 丙酸产量由14.58 g/L提高至20.41 g/L, 发酵时间由120 h缩短至60 h。研究了不同糖浓度条件下FBB生产丙酸情况, 并将补料策略应用于丙酸发酵中。结果表明: 补料发酵能够有效改善Propionibacterium freudenreichii CCTCC M207015在高糖条件下丙酸对葡萄糖转化率较低、副产物较多的问题。经补料发酵280 h, 丙酸产量达45.91 g/L, 丙酸质量约占有机酸总质量比例为72.31%。     

利用纤维床反应器固定化发酵生产丙酸

构建了一种纤维床反应器(FBB), 并将其应用于丙酸的生产。将棉纤维绕成桶状, 固定于反应器中, 即可用于丙酸固定化发酵。以40 g/L的葡萄糖为碳源, 与游离细胞相比, 利用FBB生产丙酸, 丙酸产量由14.58 g/L提高至20.41 g/L, 发酵时间由120 h缩短至60 h。研究了不同糖浓度条件下FBB生产丙酸情况, 并将补料策略应用于丙酸发酵中。结果表明: 补料发酵能够有效改善Propionibacterium freudenreichii CCTCC M207015在高糖条件下丙酸对葡萄糖转化率较低、副产物较多的问题。经补料发酵280 h, 丙酸产量达45.91 g/L, 丙酸质量约占有机酸总质量比例为72.31%。     

补料发酵法制备β-葡萄糖苷酶的研究

研究了黑曲霉制备β-葡萄糖苷酶液态发酵过程中添加麸皮和纤维二糖的补料工艺.补料量及补料次数影响着β-葡萄糖苷酶的分泌.经过四次补加1%菌麸皮干粉,发酵液中β-葡萄糖苷酶活力由未补料的1.72 U/mL增加到5.07 U/mL,提高了近3倍.而且,添加麸皮浸提液能达到同样效果.采用分批补料工艺产酶时,初始浓度为3%的麸皮用量比较适宜,其蛋白含量和β-葡萄糖苷酶的活力均为最高,分别达到0.69nag,/mL和7.00 U/mL.在补料总量和补料次数相同的情况下,以递减方式补料效果最好,产酶达7.34 U/mL.补加纤维二糖对β-葡萄糖苷酶的分泌具有一定的诱导作用,在接种培养48h时补加0.2%纤维二糖比较适宜.研究表明,分批补料发酵有利于黑曲霉分泌β-葡萄糖苷酶,是一种很好的提高酶产量的方法.     

氮源对L-苏氨酸发酵的影响

以L-苏氨酸生产菌TRFC为供试菌株,研究了氮源对L-苏氨酸发酵的产量和糖酸转化率的影响。首先通过摇瓶实验确定发酵的最佳无机氮源和有机氮源分别为硫酸铵和酵母粉,进一步利用10L罐补料分批发酵确定硫酸铵和酵母粉的最佳用量,继续优化培养条件,采用发酵中后期流加硫酸铵和糖氨混合补料等措施,L-苏氨酸产量得到进一步的提高。在最优发酵条件下,通过10L罐补料分批发酵36h,产酸可达118.9g/L,糖酸转化率为47.6%。