流加培养技术

现在有三种生物反应器运转方式,即纯批式、连续式和流加式(fed-batch)或称作半批式,在批式发酵过程中,除要调节pH和在通气培养情况下需供给氧气外,所需要的全部养料在接种前都已存在于培养基中。连续发酵过程中有营养培养基的流入和流出,因此反映器中     

普鲁兰的底物流加补料发酵研究

在批式发酵优化条件基础上,通过对流加补料方式、流加起始时间、批式流加间隔时间、补料液的组成等对发酵过程的各种参数,如产物量、转化率、生物量、溶氧、发酵液pH、发酵液黏度以及产物分子量等的影响进行了研究,确定了普鲁兰流加补料发酵的优化条件,使发酵转化率达到70%以上,产物平均分子量在10万以上。     

重组类人胶原蛋白工程菌补料发酵过程建模

对产类人胶原蛋白的重组大肠杆菌Escherichia coli(E. Coli) 的批式和分批-补料培养动力学进行了研究。通过检测发酵过程的基质浓度、菌体量和产物浓度,建立了一组反映发酵的动力学模型,并考虑了非工程菌存在的影响,分析了细胞生长、底物消耗、基因工程产物生成的过程,结果显示该动力学模型可以很好的拟合发酵过程。     

田菁蛋白胨的研究

田菁蛋白胨的氨基酸含量及水解程度低于鱼蛋白胨和英国大豆蛋白胨。田菁蛋白胨在代替动物蛋白胨用于庆大霉素的发酵试验中,发酵单位提高17.6％(P<0.01);田菁蛋白胨可以完全取代动物蛋白胨用于红霉素和洁霉素发酵,部份取代动物蛋白胨用于四环素发酵,发酵单位提高9.2％。     

微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇过程的优化

本文考虑了微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇的过程优化问题.用非线性切换系统描述拙式流加发酵过程.考虑终端时刻1,3-丙二醇的浓度最大化,给出了以甘油流加速度和流加时刻为控制变量的带有连续状态变量不等式约束的最优控制问题.应用时间转换方法处理变动切换时刻,应用惩罚函数和障碍函数方法处理连续状态变量不等式约束,然后基于梯度最优化算法和粒子群优化算法给出计算方法.     

预处理对泔脚发酵产氢的强化研究

采用热(80℃,15 min)预处理的城市生活垃圾厌氧消化污泥为接种物,考察了不同预处理方法对泔脚中温(36℃)批式发酵产氢的影响。Gompertz模型拟合结果表明:微波850 W,4 min与pH9.0下预处理泔脚的发酵产氢延迟时间λ、最大比产氢率、产氢率、生物气中氢气的最高体积分数分别为:3.47 h,9.43 mL/(g.h),186.23 mL/g及46.0%时,具有更大的产氢优越性。泔脚的发酵产氢过程也是一个酸化过程,发酵产氢结束后,4个预处理方案的发酵产氢余物的pH在4.40~5.00之间,pH均有较大幅度的下降。     

神经网络预报在发酵过程异常诊断中的应用

在发酵过程中 ,罐批异常 (如染菌 )会导致产率和产品质量的下降 ,如果能及时给出预警 ,就能采取相应措施避免或减少经济损失。利用三层BP网络 ,以头孢菌素C发酵为例 ,对罐批进行了超前 3步预报 ,比较了正常罐批和异常罐批的预报误差 ,给出了异常罐批的三个特征 ,并利用这些特征和其它辅助信息 ,成功地对异常罐批进行了故障早诊断。     

丙酮酸对肺炎克雷伯氏菌微氧发酵甘油产1,3-丙二醇的影响

微氧条件下,考察肺炎克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇过程中柠檬酸和丙酮酸对发酵过程的影响。摇瓶实验结果表明:添加柠檬酸能抑制菌体生长和1,3-丙二醇合成;丙酮酸对菌体生长和1,3-丙二醇合成有一定的促进作用。5 L发酵罐批式发酵表明:补料培养基中加入8 g/L丙酮酸,1,3-丙二醇的产量提高了约10.8%,转化率提高了约4.4%,比生长速率提高了约10.8%。上述结果初步表明,强化能量的产生能够有效促进1,3-丙二醇的合成,可以利用分子生物学手段强化丙酮酸的产生以促进1,3-丙二醇的合成。     

2-酮-L-古洛酸的补料分批发酵的研究

通过对２－酮－Ｌ－古洛酸的一般发酵与补料分批发酵过程比较研究,发现了补糖分批发酵的一些表观特征,为其发酵控制提供了依据。     

重组人干扰素α2a发酵工艺的研究

对干扰素工程菌ＰＢＶ３２０／７１１８－α２ａ型发酵工艺,由批式培养改为反馈式流加培养［１］可显著提高工程菌ＰＢＶ３２０／７１１８－α２ａ在４０Ｌ发酵罐中的菌体产量及干扰素的表达水平。     

α2a型基因工程干扰素发酵工艺的研究

对干扰素工程菌PBV320／7118－α2a型发酵工艺,由批式培养改为反馈式流加培养^[1]可显著提高工程菌PBV320／7188－α2a在40L发酵罐中的菌体产量及干扰素的表达水平。     

原位显微镜在细胞生物量在线监测中的发展与应用

随着现代生物技术的快速发展,生物发酵过程在工业生产中的重要性日益增加。为获得质量稳定的发酵产品,通常需要对发酵过程进行监测与调控。生物量可以直接反映生物反应器中细胞代谢的主体——细胞的生长状况,因此实现生物量的在线监测对发酵过程的调控具有重要意义。原位显微镜是一项非侵入式的、基于图像分析的技术,可以实时监测生物过程中的细胞量。文中就原位显微镜的发展及其在细胞生物量实时监测中的应用进行了综述。     

葡萄糖和甘油的酸化发酵方式探究

本研究在序批式反应器中探究了餐厨垃圾中的两种主要基质(葡萄糖和甘油)的发酵产酸方式。实验结果表明,葡萄糖更易被消化分解,且产酸量要高于甘油。葡萄糖的酸化方式以丁酸型为主,在挥发性脂肪酸(VFA)最大产量时,丁酸的比率为43%。而甘油发酵中酸化类型以丙酸型发酵为主,在VFA的最大量时,丙酸的比例为36%。进一步研究表明,两种基质发酵均能造成酸的过度积累,进而抑制产甲烷菌的活性,造成甲烷产量下降。     

毕赤酵母高密度表达重组猪胰岛素前体的研究

对摇瓶和50L罐上的重组菌毕赤酵母(Pichia pastoris)表达猪胰岛素前体(PIP)的发酵过程进行了研究。摇瓶发酵中,最佳诱导周期为60 h左右,诱导期甲醇的最佳加入量为每日2．0%～2．5%。50L发酵过程分为批发酵、补料和诱导表达3个阶段。生长期(批发酵和补料阶段)细胞干重与培养时间的关系可用模型y= 0．6525e~(0．1909t)来描述。在批发酵阶段和补料阶段,流加的氨水和甘油几乎全部用来合成菌体和维持,没有其他副产物产生。诱导表达阶段流加的氨水和甲醇分别约有80%和70%被菌体利用。将摇瓶与发酵罐的实验结果进行了比较,发现摇瓶发酵的限制因子很可能是溶氧,而罐发酵的限制因子为碳源,因此,将摇瓶实验的结果放大到发酵罐时调整了控制策略,加大了甲醇的补料速率,最终PIP浓度达到1．72g/L。     

酵母抽提物对CHO细胞生长及抗体表达的影响

为了深入认识酵母抽提物在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞生长及单克隆抗体表达过程中所发挥的作用,综合考察了传代培养和批式培养过程中,不同浓度酵母抽提物条件下CHO细胞生长、抗体表达以及营养物代谢的情况。传代培养过程中,低浓度(1 g/L)的酵母抽提物能够显著促进CHO细胞的生长,高浓度(5-10 g/L)的酵母抽提物则会显著抑制CHO细胞的生长;同时,传代过程中添加酵母抽提物不会影响种子细胞在批式培养中的表现。批式培养过程中,抗体比生成速率随酵母抽提物浓度的提高而升高,浓度为10 g/L时获得最高抗体产量。通过采用细胞生长阶段低浓度、产物表达阶段高浓度的添加策略,酵母抽提物在动物细胞培养过程中可发挥巨大的应用价值。     

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。     

红麻活性发酵

红麻纺织前的堆仓发酵,是麻纺中必不可少的工艺。过去,每到冬季,由于气温降低,麻仓发酵温度上不去,产品质量下降。1974年以来,为贯彻落实毛主席关于“深挖洞、广积粮、不称霸”的伟大指示,提高冬季麻纺产品质量,我们成立了三结合试验小组,先后进行了20多批小型试验和40多批生产试验,初步摸索到红麻冬季发酵的方法。     

一步法发酵菊芋生产乙醇

利用马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)YX01具有菊粉酶生产能力且乙醇发酵性能良好的特点,直接发酵菊粉生成乙醇.在摇瓶中考察了该菌株最适发酵温度,进而在2.5L发酵罐中考察了通气量和底物浓度的影响.实验结果表明:该菌株最适发酵温度为35℃;在通气量为50 mL/min和100 mL/min时菌体生长加快,发酵时间缩短,但在不通气条件下糖醇转化率明显提高;在菊粉浓度235 g/L时,发酵终点乙醇浓度达到92.2 g/L,乙醇对糖的得率为0.436,为理论值的85.5%.在此基础上,使用近海滩涂种植海水灌溉收获的菊芋为底物,以批式补料方式直接发酵菊芋干粉浓度为280 g/L的底物,发酵终点乙醇浓度为84.0 g/L,乙醇对糖的得率为0.405,为理论值的80.0%.这些研究工作,为以菊芋为原料的燃料乙醇技术开发奠定了基础.     

拉曼光谱分析技术在资源微生物发酵性能评价中的应用

微生物发酵过程是细胞新陈代谢进行物质转化的过程,为了提高目标产物的转化率,需要对微生物发酵动态特性进行实时分析,以便实时优化发酵过程。拉曼光谱(Raman spectroscopy)量化测试作为一种有应用前景的在线过程分析技术,可以在避免微生物污染的条件下,实现精准监测,进而用于优化控制微生物发酵过程。【目的】以运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)为例,建立微生物发酵过程中葡萄糖、木糖、乙醇和乳酸浓度拉曼光谱预测模型,并进行准确性验证。【方法】采用浸入式在线拉曼探头,收集运动发酵单胞菌发酵过程中多个组分的拉曼光谱,采用偏最小二乘法对光谱信号进行预处理和多元数据分析,结合离线色谱分析数据,对拉曼光谱进行建模分析和浓度预测。【结果】针对运动发酵单胞菌,首先实现拉曼分析仪对单一产品乙醇发酵过程的精准检测,其次基于多元变量分析,建立葡萄糖、乙醇和乳酸浓度变化的预测模型,实现对发酵过程中各成分浓度变化的准确有效分析。【结论】成功建立了一种评价资源微生物尤其是工业菌株发酵液多种组分的拉曼光谱分析方法。该方法为运动发酵单胞菌等工业菌株利用多组分底物工业化生产不同产物的实时检测,以及其他微生物尤其工业菌株的选育和过程优化提供了新方法。     

鸟苷发酵过程的多尺度问题研究

以鸟苷发酵为对象,在生物反应器中以多尺度问题的角度,对在线计算机数据进行相关分析,结合中间代谢物及有关酶活性的检测,建立了以代谢流为核心的多尺度调控方法;又通过与代谢流迁移有关的动态化学计量分析,实现了对批式发酵过程的时变系统估算,建立了主体代谢与产物形成的支路代谢间,包括能量与物质流的关系模型;最后,把具有不同生产能力菌株的关键基因与基因库数据进行了序列比较,发现了本文研究的菌株已具备高产能力,即编码sAMP合成酶的基因发生移码突变以及pur操纵子的多处突变,而中心代谢流迁移是过程优化的关键。对开展微生物功能基因组学的研究和工业过程优化的问题进行了探讨,作者提出有必要从生物反应器的系统生物学高度来认识和解决所面临的问题。