发酵优化与控制

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1、发酵过程的优化与控制1.举例说明反馈控制系统是如何工作、间接优化发酵性能的。答：以《应用溶氧反馈控制高密度培养重组大肠杆菌过程中乙酸的产生》为例简介如下:J_口TimeTime图1A比摄If速率比摄氧速卑心场乙腋产生条的关系示意图B.当比⑷低于（点1）或高丁（点时帑氧pO2对补料履舉F脉冲何号的理论响应在供氧充足的条件下，当大肠杆菌比摄糖速率qg2临界值qgcritW（图1A）,就会产生乙酸，溶氧信号pCh在产生乙酸时为图1B中的2,不产生乙酸为图1B中的1；在葡萄糖限制培养的条件下，脉冲补入葡萄糖，当qg^qgcrit时，大肠杆菌比摄氧速率q°升高，pCh值降低。脉冲过后，葡萄糖浓度

2、的下降，qg下降，pO2值也逐渐冋升（图1B）。当脉冲补入的葡萄糖过多，大肠杆菌的摄糖速率超过临界值时，大肠杆菌的摄氧能力处于饱和状态，pO2值的响应就不会随着葡萄糖的脉冲补入而产生振荡变化（图1B）O120r1800t0.3010203040Time/h图4应用溶氧反馈控制焙养梵组大肠杆歯及讲导衷达的过程曲线如图：在补料的前阶段（15~28h）,以对数增加的流速补入葡萄糖时，pCh值随着葡萄糖脉冲补入而上下振荡；加入IPTG开始诱导（26h）重组大肠杆菌表达人表皮生长因子后，在接近30h时，振荡的幅度变小，这标志着重组菌的比摄糖速率逐渐接近产生乙酸的临界比摄糖糖速率（qgcril），

3、而此后降低补料速率则乂使pO2的振荡幅度有所增加。根据pO2值的振荡变化来控制葡萄糖的补料速率（30〜44h），能使重组大肠杆菌继续保持较高的生长速率，同时发酵液中的乙酸和葡萄糖的浓度也维持在较低的水平，大肠杆菌的细胞T重在44h时达到48g/L,人表皮生长因子的表达量比第二批提高45%。2、实现发酵过程优化的目标有哪些？如何根据发酵过程的特点实现这些目标的相对统一？举一例进行表述。答：⑴实现发酵过程优化的目标：使细胞生理调节、细胞环境、反应器特性、工艺操作条件与反应器控制之间这种复杂的相互作川尽可能的简化，并对这些条件和相互关系进行优化，使之最适于特定发酵过程的进行，以达到高产量（提

4、高设备利用率；降低产品提取费用），高转化率（降低原料成本；减少环境污染），高生产强度（缩短生产周期；降低设备投资）的目的。⑵举例说明实现发酵目标相对统一：《L■组氨酸发酵优化》①L-组氨酸测定方法的研究产物的快速测定，可以帮助生产者及时知道发酵过程进行的水平。快速测定方法的建立不仅给生产带来方便，也节约了生产成本。本研究中应用"Paully试剂比色法”对发酵液中L-组氨酸进行了定量分析研究，确立了L-组氨酸定量测定条件和计算方法，并对其精确度进行研究，证明Paully试剂比色法能够快速，准确的测主发酵液中【厂组氨酸含量。②L-组氨酸发酵条件的优化组氨酸工业优生产的关键是发酵，发酵水平的

5、高低是决定产品成本的主要因素。提离发酵水平的途径有二条：一是选育适合工业化生产的优良菌种，二是获得与生产菌种相匹配的最住发酵工艺条件和控制手段。前者是建立在代谢控制发酵研究基础上的现代菌种选育技术，后者是建立在生化反应工程基础上的发酵过程技术。只有二者紧密结合才能最终实现发酵生产的高水平。本研究中进行了分批发酵和补料分批发酵的条件优化，通过研究培养方式、营养条件控制、无机盐影响、生长因子影响以及环境条件控制对于L-组氨酸发酵的影响，从而提高了组氨酸的产量。O•“0.12如图3-1所7碳源，菌体浓度0.10omomOH图3-1种子培养基不同碳源影响箭萄糖和果糖作为蔗糖产酸最高，葡萄糖次之

6、，而果糖和麦芽糖的L-组氨酸产量相比之下较低。J1A0图3-2种子培养站不同氮源形响图3-2为不同氮源对于种子培养基的影响，得到以氯化钱为无机氮源，菌种的I厂组氨酸产暈提高幅度最大，因此以氯化馁为种子培养基氮源。表34种子正交实验方差分析Table3*4Thevarianceanalysisresult~另差来源偏差平方和FbtF0.10显著性蔗糖0.71623.838•3.110■氯化诙0.12520.3213.110MgSO<・7H2O0.67423.6303.110kh2po40.04320.1103.110误差•1.568通过种子培养基正交实验，得到图3-4的方差分析表，按照对

7、菌体产酸影响作用大小排序为：蔗糖〉MgSO4・7出0>氯化技〉KH2PO4,从而得到最适种子培养基配方（g/D:蔗糖30,氯化镀26,酵母膏5,MgS0>・7比01,KH2PO1O.5,K2HPO.t0.5,NaHP040.5,CaCOs20,pH7.6〜7.8o(§)翘耒禅图3-5賛色短杆葡TV2564的生长曲线随后乂通过实验确定种子培养基的最适培养条件，包括最适pH,最佳装液量，种子培养时间，如图3-5为黄色短杆菌生长曲线，可以看出。黄色短