应用代谢通量法分析花生四烯酸的合成过程

代谢通量分布分析已经成为研究发酵过程特性的有效方法.今建立了花生四烯酸(AA)在高山被孢霉ME-1(Mortierella alpina ME-1)体内合成的代谢通量模型,求解不同氮源浓度下发酵各时期的碳流分布.充足氮源发酵时,指数生长期、减速期、稳定期流向AA的碳流分别占总碳流的3.28%,8.80%,6.97%.而通过限制性氮源发酵并在96 h补加0.05%的NaNO3成功地引导了发酵碳流迁移,将各时期流向AA的碳流提高至3.95%,19.21%,39.29%,并最终实现AA产量从1.3 g·L-1提高到3.5 g·L-1.这些结果表明限制性氮源发酵并在稳定期补加低浓度的氮源能显著提高AA产量.     

花生四烯酸发酵过程动力学模型

通过对被孢霉发酵生产花生四烯酸过程的分析,建立了菌体生长、油脂形成动力学模型。应用实验数据回归了动力学模型参数,并将模型预测值与实验值进行了比较。结果表明,模型预测值与实验值较吻合。     

1,3-丙二醇分批发酵动力学模型

在分批发酵中，研究了Klebsiella pneumoniae的生长、底物甘油消耗及1,3-丙二醇的产生特性. 基于Logistic方程和Luedeking-Piret方程，得到了描述1,3-丙二醇分批发酵过程的动力学模型及模型参数，该组模型能很好地拟合发酵过程，并在初始甘油浓度变化较大的范围内表现出很好的适用性. 同时，所建立的模型也基本反映了Klebsiella pneumoniae分批发酵过程的动力学特征. 基于分批发酵动力学模型，提出了以甘油为单一碳源时的底物流加策略，通过与其他流加策略条件下的发酵对比实验表明，通过基于动力学模型的流加策略可获得更高的1,3-丙二醇浓度及生产强度.     

苏云金杆菌生长的结构动力学模型

考察了苏云金杆菌(Bt)的间歇及流加培养.根据对Bt间歇发酵实验现象的分析和讨论,提出了一个基于Williams分室模型的四组分结构模型,并从实验数据确定了各组分的初值.该模型能较好地拟合Bt间歇发酵实验数据.从间歇发酵获得的模型参数推算出流加培养曲线与实验值也基本吻合.     

类人胶原蛋白基因工程菌生长期动力学模型

研究类人胶原蛋白基因工程菌生长期动力学模型,为优化发酵调控提供理论依据和指导。应用元素衡算和代谢衡算(EMB)方法,建立类人胶原蛋白基因工程菌生长期的动力学模型,并利用线性规划法对动力学模型参数αh和mX进行估算。结果表明,αh和mX分别为1.173 mol/C-mol和2.326 mol/(C-mol.h),该模型能较好地预测重组大肠杆菌生长期的宏观反应速率,且确立了葡萄糖的流加方程。利用EMB方法建立的动力学模型具有重要的应用价值,若要进一步减小氮消耗速率和CO2产生速率预测误差,需要对重组大肠杆菌的代谢网络进行系统分析,建立该模型的修正系数。     

土曲霉固态发酵lovastatin的动力学研究

对Aspergillus terreus ATCC 20542固态发酵产lovastatin的过程进行了研究,根据发酵过程中菌体生长和产物生成等规律,建立了土曲霉固态发酵的过程动力学模型,并对模型进行了参数拟合和验证.模型在一定程度上揭示了lovastatin 发酵代谢过程的特征,可以用于分析固体发酵过程.     

高山被孢霉菌丝形态结构及其对产花生四烯酸油脂影响的研究进展

花生四烯酸是人体必需的多不饱和脂肪酸之一,因其在食品和医药等领域有着广泛应用而得到人们越来越多的关注。当前利用高山被孢霉发酵法生产富含花生四烯酸的油脂已成为花生四烯酸的主要来源。发酵过程中,合适的菌体形态对花生四烯酸油脂的高效生产极为重要。本文总结了在高山被孢霉培养过程中,氮源、消耗的碳氮比、氨基酸、无机盐、溶氧等因素对其形态的影响,各种形态特征对花生四烯酸油脂产量的影响以及培养过程中的形态控制策略。提出以后研究工作的重点是进一步探究影响高山被孢霉形态的因素,建立与花生四烯酸油脂产量相关联的形态学参数标准,以此来指导工业生产过程中良好形态的精确控制。     

2,3-丁二醇发酵过程中葡萄糖碳流分配数学模型

产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca在利用葡萄糖产2,3-丁二醇过程中,底物葡萄糖主要有7种去处:转化为生物量;通过TCA循环支路产生CO2和H2O;通过各发酵支路分别产生2,3-丁二醇、乙醇、乙偶姻、乙酸以及乳酸等代谢产物.在拟稳态假设的基础上分别利用ATP及辅酶平衡建立了该过程中葡萄糖碳流在这7条支路之间分配的数学模型,着重分析了氧气供给量对发酵过程影响的相关机制;并应用实验数据回归了模型参数,将模型预测值与实验值进行了比较.结果表明,模型预测值与实验值较吻合,该模型能较好地反映Klebsiella oxytoca发酵产2,3-丁二醇过程中葡萄糖碳流的分配规律,对利用溶氧合理控制代谢流分布具有一定的指导意义.     

发酵法生产多价不饱和脂肪酸的研究

γ-亚麻酸在医药、食品、化妆品和饲料领域拥有广阔的应用前景,研究发现采用小于16％糖浓度的流加工艺进行发酵时,γ-亚麻酸产量为2.4g/L,生产周期短,生产消耗低,适合实际生产应用,适宜的产物提取方法是乙醇-正己烷两步法;DHA、EPA等不饱和脂肪酸主要结合在甘油的2-位,利用脂肪酶对油脂选择性水解的特点对鱼油进行水解反应可以达到富集多价不饱和脂肪酸的目的,筛选了两种目标酶并研究了其固定化方法;用被孢霉属菌株在100L发酵罐中生产花生四烯酸,菌干重可达36g/L,花生四烯酸达4.9g/L。     

黑曲霉生产柠檬酸的控制论模型

黑曲霉发酵是工业生产柠檬酸的主要途径,研究该过程的动力学模型对更好地理解这一工业微生物的代谢机理有重要意义。基于黑曲霉(Aspergillus niger)柠檬酸发酵过程主要代谢途径的分析,构建了简化的碳代谢网络,建立了胞内物质和酶浓度的平衡模型。引入一阶闭环调节器模型描述发酵初期微生物酶系的建立过程。结合生物反应器模型,给出了重要宏观状态变量(如细胞物质浓度、基质浓度、产物浓度)和胞内酶浓度的动态仿真结果与实验值的对比。     

pH值控制下γ-氨基丁酸分批发酵动力学模型

在3.7 L发酵罐中研究短乳杆菌CGMCC NO.1306控制pH=5.0发酵生产γ-氨基丁酸(GABA)的过程。结果表明,γ-氨基丁酸的发酵过程大致分为菌体生长和产物合成2个阶段。基于Logistic方程和改进的Luedek ing-P iret方程,分2个阶段建立了控制pH=5.0的细胞生长、底物消耗以及GABA合成动力学模型,运用MATLAB 6.0软件处理实验数据和模型,拟合出描述发酵过程的模型参数。经验证,模型的拟合结果和实验值吻合较好,表明此动力学模型对指导GABA的发酵生产具有实际意义。     

新型生物絮凝剂REA-11的代谢模型建立与代谢网络分析

利用代谢通量分析方法,对谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum CCTCC M201005分批发酵不同阶段和不同溶氧浓度下的代谢网络模型进行了计算,考察了代谢节点对絮凝剂REA-11合成的影响,并对C. glutamicum生长代谢过程中能量和还原力的产生及消耗问题进行分析.结果发现,磷酸戊糖途径(PP)通量在整个发酵过程中始终维持在较高的水平;REA-11合成通量随溶氧浓度的增加而降低,菌体合成通量则随溶氧水平的增加而增加;ATP通量的增加可以促进菌体生长,而与REA-11的合成呈负相关.     

Analysis of Data on Xanthan Fermentation in Stationary Phase Using Black Box and Metabolic Network Models

The xanthan fermentation data in the stationary phase was analyzed using the black box and the metabolic network models. The data consistency ls checked through the elemental balance in the black box model. In the metabolic network model, the metabolic flux distribution in the cell is calculated using the metabolic flux analysis method, then the maintenance coefficients is calculated.     

沙雷氏菌Serratia sp.BK-98发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺优化及动力学研究

Based on the optimization of culture conditions for producing 2-keto-D-gluconic acid(2-KDG)by Serratia sp.BK-98 in a Erlenmeyer flask, the factors of dissolved oxygen(DO)and pH affecting 2-KDG batch fermentation in 100 L fermenter were further optimized to be 30% and 6.0 respectively.Under the DO-stat and pH-stat batch culture conditions, 2-KDG production reached 211.2 g·L^-1.The kinetics of DO-stat and pH-stat batch fermentation were also investigated and the models for biomass, substrate consumption and product were established respectively based on the Logistic equation, Leudeking-Piret equation and Modified Leudeking-Piret equation.Curve fittings for the above models by using experimental data were performed by the non-linear least squares method with the software Origin 8.0.With the evaluated model parameters, the calculated values of the models and experimental data were in good agreement and the models could provide guidance for 2-KDG fermentation production.     

沙雷氏菌Serratia sp.BK-98发酵生产2-酮基-D-葡萄糖酸的工艺优化及动力学研究

引言 2-酮基-D-葡萄糖酸(2-KDG)有着广泛的用途,它能被用作食品添加剂、水泥增塑剂、洗涤剂,是照片显影剂的重要成分[1];同时它也是除草剂[2]、D-核酮糖、D-阿拉伯糖,特别是D-异抗坏血酸合成过程中的重要前体.     

基于非结构模型的纳他霉素分批发酵动力学及调控策略

建立了褐黄孢链霉菌分批发酵生产纳他霉素过程基于非结构模理的菌体生长、基质消耗和产物形成的动力学方程。模型验证实验数据表明,在0-80h内模型值与实验值拟合良好。据此采取分段控制的调控策略,30L发酵罐中发酵80h纳他霉素产量达4．41g/L,综合考虑发酵周期等因素,文章结果已达较高水平。     

以高产量、高产率、高生产强度为目标的发酵过程优化技术

以高产量、高底物转化率和高生产强度为目标,综合运用微生物反应计量学、生化反应和传递动力学、生物反应器工程及代谢工程理论,开发了:(1)基于微生物反应计量学的培养环境优化技术;(2)基于微生物代谢特性的分阶段培养技术;(3)基于反应动力学模型的优化技术;(4)基于代谢通量分析的优化技术;(5)基于系统观点的生物反应系统优化技术。将这些技术广泛应用于多种产品的发酵过程优化研究中并取得了成功。在此基础上总结出“简化、定量化、模型化和阶段化”的发酵过程优化基本原理,这一基本原理对提高我国发酵工业技术水平、促进生物食品产业的健康发展将起重要作用。     

Z5-G菌生产聚β-羟基丁酸发酵动力学模型

研究了Z5 G菌株在 3L搅拌发酵罐中以蔗糖为碳源分批发酵生产聚β 羟基丁酸 (PHB)的生长特性。在Lo gistic方程和Luedeking Piret方程的基础上,建立了Z5 G菌发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物形成的动力学模型。应用MathCAD软件处理实验数据和模型,拟合出所有模型参数,建立了动力学模型,经过验证模型预测值和实验值吻合较好,表明此动力学模型对指导PHB的发酵生产具有实际意义。     

丙酸杆菌的两种固定化细胞反应器发酵生产丙酸及其代谢通量分析

根据构建的费氏丙酸杆菌合成丙酸的生化反应网络,利用代谢通量分析法分析了课题组构建的两种固定化细胞反应器对丙酸发酵的影响.结果表明,固定化细胞发酵可以调节葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸节点处的代谢通量分布,从而最终影响生物量和各种有机酸的合成.与游离发酵相比,两种固定化发酵方式戊糖磷酸途径通最都有显著提高,乙...