拟干酪乳杆菌发酵生产L-乳酸过程中在线生理参数CER和RQ用于指导发酵过程优化

生理参数二氧化碳释放速率(CER)和呼吸商(RQ)对于深入理解生物过程的变化具有非常重要的意义。本研究以拟干酪乳杆菌发酵生产L-乳酸过程为研究对象,解析了发酵过程中CER和RQ变化与细胞生长和代谢之间关系,结果表明,CER与细胞生长速率密切相关,能够有效表征菌体的生长状态,而RQ值能很好地反映过程中代谢途径的变化。将CER和RQ作为在线指导参数,通过分阶段氮源添加策略,使得L-乳酸产率和转化率较原始发酵工艺分别提高了5.9%和3.0%,而且副产物乙酸和乙偶姻的浓度分别下降了31.3%和24.7%。因此,通过生理参数CER和RQ的变化对发酵过程进行优化,能够有效地提高L-乳酸的发酵产量和质量。

以CER为判据从摇瓶到反应器的ATP放大生产

在Ｙ－Ｚ型多功能摇瓶中由固定化啤酒酵母将腺苷转化成ＡＴＰ，得到一组过程参数曲线；以摇瓶转化过程中的ＣＯ２释放率（ＣＥＲ）－转化时间曲线为参照曲线，在液流循环式固定化啤酒酵母流化床反应器中进行放大试验。对比实验结果，表明以ＣＥＲ为判据进行固定化啤酒酵母生产ＡＴＰ从摇瓶到反应器的放大是成功的。

并联型混合建模方法在诺西肽发酵过程中的应用

针对诺西肽发酵过程中菌体浓度的估计问题,提出了一种并联型混合建模方法。该混合模型分两部分:机理模型部分和误差补偿模型部分。利用二氧化碳释放率方程与菌体生长动力学模型,推导出了一种新的菌体生长动态模型,并以此作为混合模型的机理模型部分;利用神经网络构成误差补偿模型部分,其中该部分的辅助变量是在分析与诺西肽发酵过程对应的非结构模型的基础上,根据隐函数存在定理选取的。实验结果验证了所提方法的有效性。

固定化酵母催化的ATP生产与CO_2释放率的关系研究

用Ｙ－Ｚ型多功能摇瓶，考察了固定化酵母转化腺苷生产三磷腺苷（ＡＴＰ）过程中ＣＯ２释放率（ＣＥＲ）与葡萄糖、腺苷、腺苷二磷酸、磷酸腺苷在反应液中的积累情况。结果表明，ＣＥＲ在整个反应过程中可分为缓慢上升、快速上升和下降３阶段。根据ＣＥＲ的变化可很快估算出葡萄糖的消耗状况，分析判断出反应进程。

基于生理学参数的低糖酵母发酵过程优化

以低糖酵母发酵过程为研究对象,对发酵过程中的生理参数呼吸商(RQ)、二氧化碳释放速率(CER)和氧气吸收速率(OUR)等参数变化进行了检测和分析。以RQ值作为主要在线指导参数,通过耦合RQ优化发酵过程中的碳源流加速率,使得低糖酵母干物质总量由1 125 g提高到了1 650 g。通过这种优化控制生理参数RQ的方法实现了低糖酵母发酵过程的优化,有效提高了低糖酵母的发酵产量。

代谢参数指导补料速率提升糖化酶发酵水平

为改善黑曲霉发酵后期产糖化酶速率,通过二氧化碳生成速率(carbon evolution rate,CER)指导补料,对发酵后期的补料方式进行优化。结果表明,在发酵中后期CER开始出现下降趋势并持续36 h后停止补料,直至CER反弹为峰值时恢复补料能够明显提升氧消耗速率,糖化酶在发酵后期依然保持较高的合成速率,最终糖化酶酶活性达到20895 AGI/mL,比优化之前提高了60%。

氮源对阿维菌素合成的影响及基于二氧化碳释放速率的阿维菌素发酵调控

中国是世界上最大的也是唯一的阿维菌素原料生产国,但在工业规模生产中与同类型大环内酯类抗生素相比其产量相对偏低。文中通过研究不同氮源对阿维链霉菌生长、代谢的影响,发现氮源在发酵中后期对菌丝活性、菌丝浓度以及阿维菌素B1a的合成都有较为显著的影响。在100 L生物反应器中,于发酵中后期基于二氧化碳释放速率(CER)控制补入酵母粉,效价达到8697mg/L,与原工艺相比,提高了26.9%。这一结论若在实际工业生产中应用,有望带来实际的经济效益。