间歇流加L-山梨糖发酵生产2-酮基-L-古龙酸研究

利用氧化葡萄糖酸杆菌(Gluconobacre roxydans)和蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus)混合菌系及自动控制温度、pH和溶氧系统,在发酵过程中间歇流加L-山梨糖发酵生成2-酮基-L-古龙酸(2-KLG).结果表明:间歇流加L-山梨糖可以解除高浓度糖对产酸的抑制作用,提高了糖的转化率,当将L-山梨糖的终浓度调高到14%(w/V)时,2-KLG产量为130 mg/mL左右,转化率达90%,发酵周期40～60 h之间,发酵周期略有延长.     

山梨糖生物转化成2—酮基—L—古龙酸过程的研究 (一)反应过程特征及其影响因素分析

本文对山梨糖的生物转化反应进行了研究,结果表明在产酸中期,该氧化反应为零级,即2—酮基—L—古龙酸的生成速率和山梨糖的消耗速率与山梨糖的浓度无关。山梨糖对该反应有抑制作用。由实验获得了山梨糖初始浓度与收率的定量关系。在固定温度下影响反应过程的主要参数为溶氧浓度和 pH 值。通过实验,建立了溶氧浓度与发酵收率的关联式,它可作为发酵缶放大的依据。同时,获得了保证最大收率的较优 pH 序列。把这些实验结果应用于生产中,取得了良好的效果。加料方式的观察表明,流加或批补加山梨糖均能提高产物浓度,其关键是要有高浓度山梨糖。     

麦角固醇发酵不同流加方式的比较

研究了不同流加操作条件对实验用酵母菌的生物量和麦角固醇含量的影响,以提高麦角固醇的发酵水平.比较了恒速流加、恒残糖反馈流加、指数流加、控制溶氧的指数流加、脉冲流加、控制溶氧的脉冲流加等流加条件下pH值、溶氧、残糖浓度、生物量、麦角固醇含量等参数的变化,对相应的变化进行了讨论.结果表明,控制溶氧的脉冲式流加是一种较好的流加方式,与传统的发酵操作相比每升发酵液的麦角固醇产量提高了20％.     

乳链菌肽发酵工艺的研究

对于乳链菌工艺,考察了发酵温度、接种量、发酵液初始pH值、发酵过程pH值变化等的影响。实验结果表明,发酵温度30℃,接种量5%~6%(vol),发酵液初始pH值7.5时,乳链菌肽发酵液效价较高。采用流加浓度为5 mol/L的NaOH溶液,将发酵液pH值控制在6.20~6.25,发酵液效价可稳定于6 500~7 500 IU/mL,是没有流加碱液发酵的2.5倍。     

补料—批式发酵生产青霉素G的最优控制策略比较

补料－批式发酵通常有两种最优控制策略：以底物的流加速率和流加底浓度作为控制和调节变量。本文以补料－批式发酵生产青霉素Ｇ为模型体系，运用敏感性分析模型比较了种最优控制策略。从系统的易控性、稳定性和最优解的可得性角度研究指出：以流加底物浓度作为最优控制和调节变量具有显著的优越性。     

碱性纤维素酶基因在巴氏毕赤酵母中的表达及重组酵母菌发酵工艺的优化

目的克隆碱性纤维素酶基因,构建酵母整合型表达质粒,在巴氏毕赤酵母中表达,并对重组菌的发酵工艺进行优化。方法应用PCR技术从嗜碱性芽孢杆菌ATCC21833中扩增碱性纤维素酶基因,克隆至酵母整合型表达载体pGAPZαA中,构建重组表达质粒pGAPZαA-ATCC21833,并转化至巴氏毕赤酵母GS115。通过单因素实验及正交实验,确定重组酵母的最佳发酵培养基。在20L发酵罐中进行高密度发酵,观察碳源对批式发酵的影响,并检测在4种流加方式(连续恒速流加、间歇匀速流加、间歇递减流加、维持底物浓度流加)下的菌体干重及发酵液中的酶活性。结果重组表达质粒pGAPZαA-ATCC21833经酶切及DNA测序证明构建正确,其基因序列与嗜碱性芽孢杆菌KSM-635的碱性纤维素酶基因序列一致。最佳发酵培养基组成为6%葡萄糖、2%硫酸铵、12g/L磷酸二氢钾。碳源浓度对于重组酵母菌体生长及产酶至关重要。SDS-PAGE表明表达产物的相对分子质量约为103000。维持底物浓度的流加方式可获得最高的菌体干重(29.8g/L)及酶活力(24U/ml)。结论已成功构建了表达碱性纤维素酶的巴氏毕赤酵母工程菌,并确定了维持底物浓度的流加方式为最佳发酵方式。     

根癌土壤杆菌产辅酶Q10的补料分批发酵工艺

以根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens Q14)为生产菌株,在15 L发酵罐内对补料分批发酵生产辅酶Q10的工艺进行优化.通过逐步添加限制性营养物质,考察其对发酵的影响,获得了较优的补料分批发酵工艺,即流加葡萄糖和KH2PO4溶液,将葡萄糖和磷浓度分别控制在5～15 g/L和50～120 m...     

西索米星发酵工艺条件的优化

考察了氯化钴、蛋氨酸、磷酸盐和可发酵糖对西索米星分批发酵的影响,优化了西索米星分批发酵工艺条件. 研究表明,初始发酵培养基中添加6~10 mg/L氯化钴或1.0~2.0 g/L蛋氨酸有助于西索米星的合成,蛋氨酸在产物合成前期添加的效果最佳. 高浓度磷酸盐会提高发酵液中淀粉水解酶活力和丙酮酸浓度、降低碱性磷酸酯酶活力和抑制西索米星的合成. 应分段控制发酵液中的磷酸盐浓度,在菌体生长期应控制在3.14 mmol/L以内,在产物合成期应控制在0.10 mmol/L以下. 与分批发酵过程相比,当以麦芽糖或淀粉水解液为补料液、将发酵液中可发酵糖浓度控制在8.5~11.5 g/L时,不论采用变流率还是恒流率的流加发酵方式均有助于大幅度提高西索米星发酵水平.     

赖氨酸发酵工艺参数模式识别优化

在赖氨酸发酵动力学研究［１］的基础上,把发酵过程划分为四个阶段。收集了２２组赖氨酸分批流加发酵实验数据,用模式识别优化技术进行寻优。得到了优化发酵工艺参数及优化流加策略     

赖氨酸发酵工艺参数模式识别优化

在赖氨酸发酵动力学研究的基础上,把发酵过程划分为四个阶段。收集了２２组赖氨酸分批流加发酵实验数据,用模式识别优化技术进行寻优,得到了优化发酵工艺参数及优化流加策略。     

生酮基古龙酸菌及其分子生物学研究进展

生酮基古龙酸菌是两步发酵法生产维生素C（VC）过程中的关键菌株,其能够充分转化L-山梨糖生成2-KGA,KV菌的转化代谢机制和氧化还原酶系一直是VC生产中的研究热点。KV菌的全基因组序列已经测定完成,基因注释工作正在积极推进。综述了VC生产研究进展、两步发酵法及KV菌发子生物学研究进展。指出随着研究工作的深入,越来越多的在转化L-山梨糖生成2-KGA过程中起关键作用的醇醛脱氢酶被发现。KV菌分子生物学方面的进展为革新VC生产工艺,大幅度降低生产成本,为我国的VC产业在竞争中获胜奠定了基础。     

维生素C一步发酵糖醪处理方式的研究

研究了VC一步发酵终点糖醪在未经处理、过滤除菌及经过不同温度处理后对VC二步发酵指标的影响,结果显示处理温度在100℃以内时,一步发酵糖醪中L-山梨糖破坏程度相对较小,不会对二步发酵收率及周期产生负面影响,与过滤除菌相比,低温灭菌在发酵罐内进行,减少了操作和对二步发酵的影响。     

维生素C一步发酵过程阶梯式控制pH值的研究

目前维生素C（简称VC）第一步发酵过程中pH值的变化主要由CaCO3来调解。研究了Na2CO3代替CaCO3,并采用阶梯式控制发酵过程的pH值。结果表明：通过Na2CO3来控制发酵过程中pH值[前期控制pH值为6.0（8 h前）,后期控制pH值为5.0],可以缩短一步发酵周期33%。     

基于PLS-LSSVM的谷氨酸发酵产物浓度预测建模

针对谷氨酸发酵过程关键生化参数难以在线检测给发酵优化控制带来困难问题,基于谷氨酸5 L发酵罐发酵过程,建立基于偏最小二乘（PLS）和最小二乘向量机（LSSVM）相结合的谷氨酸浓度预测模型;利用PLS对输入变量进行特征提取降低维数和消除相关性,以简化模型和提高模型精度。为确定谷氨酸发酵最佳预测模型,简化后的预测模型与发酵动力学模型进行比较;实验结果表明,简化后的耦合模拟退火（coupled simulated annealing,CSA）对参数进行优化的LSSVM模型具有最好预测性能,相对PLS预测模型和发酵动力学模型具有明显优势,均方根误差分别为1.597、8.49和2.934,可以为谷氨酸发酵过程操作及时调整及优化控制提供有效指导。     

基于NLQG的分批补料发酵过程预测控制方法

发酵过程具有高度非线性、时滞性和不确定性等特征,直接影响着发酵过程的有效调控。提出了一种基于非线性二次高斯(NLQG)的分批补料发酵过程预测控制方法。该方法由扩展Kalman滤波器(EKF)和NLQR串联构成,EKF给出被控变量的最优状态估计,NLQR获得被控变量的实时状态反馈,以实现分批补料发酵过程的动态预测控制。在LabVIEW软件平台中,利用ActiveX控件调用MATLAB环境下编译生成的COM组件设计了NLQG控制器,并用于青霉素分批补料发酵过程溶氧浓度的预测控制。实验结果表明,所提出的分批补料发酵过程预测控制方法对于被控变量的设定值变化有良好的跟踪效果,在不同的噪声环境下均能获得较高的控制精度,具有较强的鲁棒性。     

厌氧与光合微生物联合制氢工艺实验研究

利用厌氧细菌暗发酵产氢和光合细菌光发酵产氢的优势和互补协同作用而联合起来的两步法制氢,探讨不同底物浓度对厌氧发酵阶段产氢的影响、厌氧发酵时间对产氢发酵过程的影响;光合微生物发酵随发酵时间的产氢情况。结果表明,葡萄糖浓度对厌氧生物产氢有很大的影响, 15 g/L 的葡萄糖浓度有较好的产氢量。葡萄糖利用率和挥发性脂肪酸的总量随厌氧发酵时间的变化情况表明,在厌氧发酵阶段,以葡萄糖为底物,最佳的葡萄糖浓度为 15 g/L。在 37 h 的葡萄糖利用率达到 72.08%,挥发性脂肪酸总量达到 9 326.3 mg/L,每克葡萄糖累计产氢量为 182 mL。在厌氧发酵时间 37 h 时把厌氧发酵的产物移到光合发酵反应器,接种位于生长对数期的光合细菌群,调节培养液的pH值和加入光源进行光合产氢,88 h 时每克葡萄糖累计产氢达到 352 mL,两步联合制氢每克葡萄糖累计产氢量共可达到 534 mL。     

微生物发酵法生产1,3-丙二醇

微生物发酵法生产1,3-丙二醇(PDO)以可再生资源——淀粉(糖)为原料,具有操作简便、反应条件相对温和、副产物少、污染少且容易处理等优点。目前,直接利用糖生产PDO以降低微生物发酵成本的方法主要有3种:以葡萄糖为辅助底物;采用混合菌或两步法发酵;基因工程菌的构建。清华大学化工系利用二元醇可与乙醛反应生成缩醛的原理研究了PDO的分离、提纯工艺,并在两步发酵法生产甘油专利技术的基础上,进一步开发了将甘油发酵第二步厌氧耗糖过程与PDO厌氧发酵耦合进行的新工艺。     

基于联合典型变量矩阵的多阶段发酵过程质量相关故障监测

为考虑发酵过程的质量变量和动态特征对于阶段划分的影响,提出了一种基于联合典型变量矩阵的多阶段发酵过程质量相关故障监测方法。首先,将历史三维数据沿批次方向展开,对每个时间片矩阵进行典型相关分析（canonical correlation analysis, CCA）,得到融合过程变量和质量变量信息的联合典型变量矩阵,对其进行K均值聚类,实现基于静态特征的第1步划分;然后采用慢特征分析（slow feature analysis, SFA）算法提取表征过程动态性的慢特征,对其进行聚类实现第2步划分。最后综合分析两步划分结果,将生产过程划分为不同的稳定阶段和过渡阶段,并在划分的子阶段中分别建立CCA监测模型进行质量相关故障监测。该方法通过静态和动态特征的变化实现两步划分,准确区分强动态变化与阶段切换,有效提高质量相关的故障监测模型精度。青霉素仿真平台与大肠杆菌实际生产数据验证了所提方法的可行性和有效性。     

中后期不同溶氧水平对赖氨酸发酵的影响

发酵过程中合理且充分供氧是提高L-赖氨酸发酵产量的主要途径之一,实际生产中溶氧控制策略又往往难以进行具体化操作,尤其是发酵中后期的溶氧水平直接决定了发酵生产的水平.通过5 L发酵罐实验分析中后期溶氧水平对赖氨酸发酵的影响,研究了不同溶氧水平条件下的发酵规律.实验数据表明,赖氨酸发酵中后期溶氧水平控制在60%~80%内,可以明显提高发酵的终点酸、转化率、酸固比和单罐总酸等生产指标,与正常控制水平(40%~60%)相比,依次分别提高了7.30%、3.08%、0.92%、5.48%.