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。

基于动力学模型的法夫酵母发酵生产虾青素的补料策略优化

对法夫酵母的不同补料发酵方式进行了研究。基于底物抑制模型,提出了一种优化的两阶段补料策略,用于法夫酵母产虾青素的高密度发酵。在发酵的延迟期和对数生长期早期,糖浓度控制在25 g/L左右,在此条件下,生物量可以达到最大,且时间缩短。在对数生长期后期及稳定期,糖浓度控制在5 g/L,虾青素的合成时间可以有效延长。与传统的补料方式相比,采用此补料策略取得了较好的发酵效果。发酵终点细胞干重达到23.8 g/L,虾青素产量达到29.05 mg/L,分别比分批发酵提高了52.8%和109%。

间歇发酵螺孢菌产碱性果胶酶过程动力学研究

以自行筛选获得的螺孢菌ZG9901可以生产用于棉麻织品加工的碱性果胶酶。根据间歇发酵螺孢菌产碱性果胶酶过程菌体生长和孢子产生等规律,建立了螺孢菌ZG9901产碱性果胶酶过程动力学模型,并以摇瓶和发酵罐间隙发酵过程实验数据拟合了动力学模型参数。建立的模型同时考虑了菌丝体生长与孢子形成与产酶的关系和蛋白酶带来的产物失活。

地衣芽孢杆菌2709产碱性蛋白酶的发酵动力学研究

应用自动控制的微生物发酵罐分批发酵地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)2709,通过获得的生长曲线、糖消耗曲线和产酶曲线探索其生长与代谢的基本规律。选择适宜动力学公式,通过分批发酵的一系列实验数据计算,获得参数K_S、μm、Y′_(X/S)、m_S、α和β的值,从而建立了能够描述地衣芽孢杆菌2709发酵过程的动力学模型。

黄原胶补料分批发酵工艺的试验研究

研究了黄原胶补料分批发酵的工艺。试验发现,碳源水解20min可以促进黄原胶的发酵,其最佳的DE值为32.5%。进一步利用正交试验考查了培养基起始碳源的浓度、补料培养基的组成、补料的开始时间及补料的方式对产胶的影响,结果表明采用起始碳源浓度为4%,24h开始进行指数补料,补料培养基含0.1%的蛋白胨的发酵方式效果最佳。动力学结果显示,该工艺条件优于间歇发酵的结果。

Kitasatospora sp. MY5-36产ε-聚赖氨酸分批补料发酵动力学

以北里孢菌(Kitasatospora sp.)MY 5-36为供试菌株,对ε-聚赖氨酸分批补料发酵动力学模型进行研究。建立了该菌株发酵合成ε-聚赖氨酸的菌体生长、产物合成和总糖消耗的动力学模型,并通过Origin 8.1软件对模型参数进行非线性拟合。结果表明:菌体量和聚赖氨酸的产量分别为16.25和13.15 g/L,产物合成与菌体生长的关系为部分耦联型。经验证,预测值与实验值有良好的拟合性,拟合度分别为0.999、0.995和0.992,说明所构建模型能够较好地反映ε-聚赖氨酸分批补料发酵过程。

生物破乳剂产生菌XH-1的发酵动力学

为了优化生物破乳剂生产的发酵过程,提高生物破乳剂的产量,对破乳剂产生菌Bacillus mojavensis XH-1的分批发酵过程进行了研究.根据破乳剂产生菌XH-1发酵过程的特点,在Logistic方程和Luedeking-Piret方程的基础上,建立了菌株XH-1发酵过程中菌体生长、基质消耗和蛋白类破乳剂形成的动力学方程.采用Origin 7.5软件对试验数据进行处理,得到了破乳菌XH-1的分批发酵动力学模型参数.结果表明:模型预测值和试验值吻合较好,所建立的方程能较好地预测其实际发酵过程,具有很好的适用性,对生物破乳剂的发酵生产具有一定的指导意义.

乳链菌肽补料分批发酵过程动力学模型

针对Lactococcus lactis subsp lactis W28生产乳链菌肽的发酵体系,建立了变体积补料分批发酵生产乳链菌肽的动力学模型,确定了模型参数值。结果表明,改变补料速率后菌体生长、乳酸积累、蔗糖消耗及乳链菌肽合成的模型计算值与实测值的平均相对偏差为4.84%,11.91%,13.17%及3.25%,因此所建动力学模型能较好地反映变体积补料分批发酵生产乳链菌肽的过程。

毕赤酵母产木聚糖酶的动力学及流加策略

为优化发酵工艺，通过单罐恒化培养对组成型毕赤酵母X-33产木聚糖酶XYL1的动力学进行了研究，并探讨了比生长速率与菌体生产率和产物生产率的关系．基于动力学研究，在50 L发酵罐中采用分段控制工艺表达XYL1．结果表明：比生长速率与葡萄糖浓度的关系基本符合Monod方程，最大比生长速率为0．35 h-1，饱和常数为0．38 g/L；当比生长速率介于0.024～0．212之间时，XYL1生成动力学模型可用一元二次方程描述；比底物消耗速率与比生长速率呈线性关系；最佳稀释速率为0．316 h-1，实验预测的最大菌体生产率为7.509 g/（L·h）；当产物生产率最大时，比生长速率达0．156 h-1；最终发酵菌湿重达（415±12）g/L，酶活达（2788±85）IU/mL，实现了XYL1的高效表达．

酵母菌HL的批次发酵及发酵动力学初探

在摇瓶培养的基础上，对酵母菌Ｌｉｐｏｍｙｃｅｓ ｓｔａｒｋｅｙｉ ＨＬ进行了小型发酵罐的分批和分批补料发酵及其发酵动力学的初步研究。结果表明，通过后期补料既可明显地延长菌体脂类合成期，减缓油脂比合成速率的降低，又可增加菌液的细胞密度，最终提高了整个发酵罐的油脂产量和平均容量产率。发酵结果如下：发酵时间１２０ｈ；油脂产量１１.０ｇ／Ｌ；菌体生物量１９．４ｇ／Ｌ。油脂百分含量 ５６．５％，显然比分批培养８４ｈ所得的１１．２ｇ／Ｌ细胞生物量和 ６.１ｇ／Ｌ油脂产量分别增长了７３％和８０％。此外，通过分批补料，获得了０．０９ｇ／Ｌ·ｈ的油脂平均容量产率和３１．５ｍｇ／ｇ·ｈ的最大油脂比合成速率。

复合型生物絮凝剂产生菌发酵动力学研究(英文)

为了优化复合型生物絮凝剂生产的发酵过程,对絮凝剂产生菌F2-F6发酵生产复合型生物絮凝剂的动力学进行了研究,利用数学建模方法得到了描述F2-F6菌体生长,絮凝剂合成及底物消耗动力学方程和动力学参数.实验和方程数据的比较结果证明动力学方程计算值与实验值拟合良好,为复合型生物絮凝剂的放大工业化生产提供依据.

法夫酵母分批发酵虾青素动力学研究

通过三联30L全自动发酵罐对虾青素产生菌法夫酵母的分批发酵动力学进行了研究,结果表明,法夫酵母的生长与限制性基质葡萄糖浓度之间符合Logistic方程,建立了细胞生长、产物合成和基质消耗随时间变化的数学模型。应用MATLAB软件对发酵动力学模型进行最优参数估计和非线性拟和,获得最大比生长速率(umax)和产物得率(Yp/x)分别为0.1829/h、0.1524g/g,虾青素分批发酵中细胞生长与产物合成属于偶联型,模型模拟计算结果和实验值能较好地吻合,动力学研究结果表明该模型能较好地反映细胞的生长、底物消耗和产物合成过程机制。

黄海黄杆菌YS-9412-130低温碱性蛋白酶发酵过程动力学研究

应用自动控制发酵设备 ,对黄海黄杆菌 YS- 94 12 - 130碱性蛋白酶发酵动力学和工艺条件进行了研究。从基本的动力学概念和方程出发 ,通过分批发酵试验摸索了黄海黄杆菌 YS- 94 12 - 130生长与代谢的基本规律 ,证明了发酵过程中低温碱性蛋白酶的形成为生长部分关联型。采用补料分批培养方法限制生长基质浓度 ,确定其一系列参数值 。

赖氨酸发酵动力学研究——流加方式优化

在４０Ｌ中试发酵罐上用优选菌株进行了Ｌ—赖氨酸分批流加发酵，用实验数据对文献报道的分批发酵动力学模型进行了验证。结果发现所有模型都不能很好的描述赖氨酸分批发酵过程动力学。最后，探讨了赖氨酸分批发酵的动力学机理，给出了流加优化方案。

生化过程的神经网络组合模型

用神经网络描述未知的反应动力学参数，结合反应器物料平衡方程，提出了生化过程的神经网络组合模型。并提出了特别适合微生物发酵过程的Ｍｏｎｏｄ饱和型和基质抑制型的神经元传递函数。在Ｈｅｂｂ学习的基础上，引入教师指导信号，提出了神经网络误差一次反向传播的快速学习算法。将此组合模型用于某流加发酵过程状态变量和动力学参数的在线估计，仿真研究获得了满意的结果。组合模型具有训练速度快、预测精度高等优点，为动力学结构未知的生化过程模型化提供了一条新的途径。

耐氨米根霉的分批补料发酵及发酵动力学初探

以氨水为中和剂,替代CaCO3,对耐氨米根霉R.oryzaeJS-N0-2-02进行15L自动发酵罐的分批和分批补料发酵及其发酵动力学的初步研究,结果表明,降低起始糖浓度,产酸期补糖可明显提高菌体L-乳酸比生产速率和耗糖产酸能力,提高L-乳酸产量和纯度,降低残糖。在发酵起始时添加1 g/L CaCO3能进一步提高补糖发酵的L-乳酸比生产速率,增强发酵后期菌体耗糖产酸能力,从而进一步提高L-乳酸产量和纯度,降低残糖。发酵结果:起始糖浓度为120 g/L,25h时补糖使最终发酵总糖浓度达137 g/L,发酵培养60 h,L-乳酸产量可达101.8 g/L,纯度97.3%,菌体耗糖转化率76%,比生产速率0.27 g/g.h,残糖降至3 g/L。

赖氨酸发酵动力学研究——兼流加方式优化

在40L中试发酵罐上用优选菌株进行了L-赖氨酸分批流加发酵,用实验数据对文献报道的分批发酵动力学模型进行了验证。结果发现所有模型都不能很好的描述赖氨酸分批发酵过程动力学。最后探讨了赖氨酸分批发酵的动力学机理,给出了流加优化方案。

流加发酵法生产碱性蛋白酶

采用流加法生产碱性蛋白酶,与分批发酵法相比,产酶活力提高10％以上,特别是以糊精为碳源时,产酶活力可提高20％以上。

植物乳杆菌发酵动力学及高密度培养研究

为提高具有益生特性植物乳杆菌的产量,基于发酵动力学模拟,对其培养基组成、发酵条件和补料方式进行了优化。在该研究中,通过建立人工神经网络(artificial neural network,ANN)和遗传算法(genetic algorithm,GA)结合的智能模型对培养基成分进行优化,结果为碳源36.64 g/L(葡萄糖-麦芽糖质量比2∶3)、氮源47.83 g/L(酵母粉-蛋白胨质量比1∶1)、柠檬酸二铵33.27 g/L。发酵动力学采用Logistic和Luedeking-Piret模型,对植物乳杆菌的发酵过程进行拟合,菌体生长、底物消耗和产物生成动力学模型相关系数R 2分别为0.995,0.998,0.993,表明这些模型能够精确的模拟植物乳杆菌的发酵过程。此外,对培养条件和分批补料进行了优化,最佳培养条件为温度35℃,初始pH值5.0,接种量4%。在分批添加中和剂NH_(3)·H_(2)O和葡萄糖30 g/L的情况下,菌体产量可达12.64 g/L。

脱氮假单胞杆菌产维生素B_(12)分批补料发酵动力学研究

以脱氮假单胞杆菌(Pseudomonas denitrificans)为供试菌株,对维生素B12分批补料发酵动力学模型进行研究。建立了该菌株发酵合成维生素B12的菌体生长、产物合成和总糖消耗的动力学模型,并通过Origin7.5软件对模型参数进行了非线性拟合。结果发现,预测值与实验值有良好的拟合性,说明所建模型能较好地反映维生素B12分批补料发酵过程。