Предисловие

Оптимизация процесса пополнения является одним из наиболее важных направлений исследований оптимизации процесса ферментации, и постоянная и стабильная скорость пополнения часто оказывает большее влияние на синтез конечного продукта и направление метаболизма штамма. Синтез большинства продуктов требует строгого контроля концентрации сахара в питательной среде в процессе пополнения. Традиционный контроль сахара в основном зависит от операторов, которые постоянно отбирают пробы и вручную регулируют скорость пополнения, плохую своевременность, эффект регулирования также хуже. Инженеры ферментации также всегда ищут более стабильные и точные способы контроля сахара. В данном случае в качестве исходного штамма используется штамм производства триптофана E. coli TM01, который использует параллельный биореактор Седолиса (7L) для поддержания концентрации глюкозы в питательных средах двумя различными способами: с помощью стратегии автоматического обнаружения сахара с ручным управлением и с помощью онлайнового детектора биокультурных процессов (BODS), соответственно, и с использованием показателя производства триптофана для сравнения различий в различных режимах контроля сахара.

Рисунок 1 Онлайновый детектор биокультурных процессов Tianju (BODS)

Экспериментальный процесс

Экспериментальный штамм: E. coli WT01.

Растительная среда для семян: пептон 10 г / л, дрожжевой экстракт 5 г / л, хлорид натрия 10 г / л, глюкоза 20 г / л;

Ферментированные питательные среды: глюкоза 25 г / л, дрожжевой экстракт 7 г / л, гидрат лимонной кислоты 1,1 г / л, сульфат аммония 7,5 г / л, фосфат дигидрокалия 2 г / л, гидрофосфат дикалия 3 г / л, гептагидрат сульфата магния 1 г / л, гептагидрат сульфата железа 0,1 г / л, витамин В1 0,1 г / л, глицерин 10 г / л, аскорбиновая кислота 0,45 г / л, добавьте карбонат кальция 5 г / л в бутылку для брожения;

Ферментированная культура в ферментерах: после активации штамма в глицериновой трубке он переходит в семенную культурную жидкость 37°C в течение 12 часов, а затем в ферментированную питательную среду в соответствии с 5 - процентной дозой вакцинации. Процесс ферментации осуществляется в ферментаторе Седолис 7L с пропускной способностью 1vvm, который контролирует растворение кислорода на 30% с помощью скорости смешивания с растворением кислорода и поддерживает pH на уровне 6,9 с помощью потока аммиака. После культивирования до OD600 - 10 температура охлаждается до 30°C и добавляется индукция IPTG. Во время ферментации, когда глюкоза в питательной среде потребляется, раствор глюкозы с потоком 500 г / л удерживает концентрацию остаточного сахара на уровне 2 г / л.

Группа ручных добавок проверяет концентрацию остаточного сахара в питательной среде каждые 1 ч проб и вручную корректирует стратегию добавки в соответствии с измеренной концентрацией. Группа автоматических добавок использует онлайн - детектор процесса биокультуры (BODS) для обнаружения концентрации остаточного сахара в питательной среде в режиме реального времени и автоматически корректирует стратегию добавки сахара с помощью прибора. Концентрация триптофана в ферментативном растворе проверяется и сопоставляется жидкой фазой.

результаты эксперимента

Как показано на рисунке 2, в режиме ручной подпитки концентрация остаточного сахара в питательной среде колеблется больше из - за невозможности наблюдать рост бактерий в реальном времени, а из - за усталости ночного оператора при максимальной ошибке даже достигается разница в + 10 г / л. Колебания концентрации остаточного сахара напрямую влияют на биомассу бактерий и производство триптофана, при этом максимальный объем производства триптофана в сахарной группе, контролируемой вручную, составляет около 0,3 г / л. В отличие от этого, интеллектуальная корреляционная добавка BODS исключает ошибки, вызванные человеческими операциями, Может круглосуточно контролировать рост бактерий в ферментере в режиме реального времени, обнаруживать концентрацию остаточного сахара в питательной среде (в случае автоматического отбора проб в 1 ч и обнаружения один раз) и возвращать его в систему, а затем корректировать стратегию добавки в режиме реального времени в соответствии с заданным значением, чтобы сохранить стабильность сахара на заданном значении (2 ± 0,2 г / л), лучшая стратегия контроля сахара также привела к значительному увеличению производства триптофана, по сравнению с ручным режимом добавки, интеллектуальная добавка BODS увеличила производство триптофана примерно на 71,4%.

Рисунок 2 Сравнение результатов ферментации ручных и интеллектуальных добавок

заключение

Этот случай основан на производстве штаммов триптофана в качестве штаммов и изучает влияние различных стратегий добавок на производство триптофана в штаммах. Эксперименты показали, что более стабильные методы контроля сахара часто приводят к значительному увеличению производства. По сравнению с режимом ручного пополнения, интеллектуальная корреляционная система BODS контролирует стабильный уровень сахара в питательной среде с помощью автоматического отбора проб, мониторинга, регулирования обратной связи, стратегии автономного обучения добавкам и т. Д. В отсутствие оператора, что также увеличивает производство триптофана в штаммах примерно на 71,4%, что свидетельствует о важной роли BODS в оптимизации процесса ферментации. Кроме того, контроль концентрации остаточного сахара в промышленном производстве также является ключевым параметром, который напрямую влияет на качество продукции предприятия, способность BODS в режиме реального времени также помогает работникам производственного цеха контролировать изменения в процессе ферментации в режиме реального времени, своевременно корректировать технологические параметры, чтобы помочь предприятиям лучше завершить увеличение производства продукции.

С самого начала своего существования Tianmu Biological придерживалась принципа превосходства клиента и стремилась предоставить высокоспециализированные программы оптимизации штаммов, чтобы обеспечить более надежный выбор для оптимизации процесса ферментации.