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2012工业生物过程优化与控制研讨会

2012工业生物过程优化与控制研讨会

  • 召开年：2012
  • 召开地：上海
  • 出版时间： 2012-08

主办单位：中国微生物学会

会议文集：2012工业生物过程优化与控制研讨会论文集

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  • 摘要：研究了不同剪切及接种条件下氧传递对黑曲霉(Aspergillus niger)产糖化酶特性和生长特性的影响.结果表明氧传递对糖化酶生物合成有重要影响,较高的氧传递可以促进产酶.采用菌丝接种时在氧限制阶段菌球会大量出现,但其出现的时间和数目会随着剪切而发生变化.较低的剪切条件下菌球提前20h出现，发酵120h后，菌球浓度是较高剪切条件下的2倍，这在一定程度上改善了发酵液的流变特性，促进了发酵液中的氧传递，最终使发酵液中的糖化酶酶活力提高了34%。为进一步提高菌球密度，降低发酵液的粘度，采取了菌球接种的方式，菌球数量大幅度提高，发酵120h后，其浓度是较高剪切条件下的3倍，但由于菌球平均直径超过O.5mm，氧传递的限制性步骤转移到菌球内部，造成菌丝的综合产酶能力大大降低。
  • 摘要：从酒曲中筛选出一株高产蛋白酶的菌株,命名为OPY6,初步鉴定为假单胞菌,经Plackett-Burman Design设计和Box-Behnken响应面设计对其产酶培养基做了优化,最优产酶条件为:葡萄糖2.83％,淀粉0.87％,酵母膏0.55％,氯化钙0.001％,氯化钠0.5％,黄豆粉1％,初始pH=7.0,在最佳培养基添加量下蛋白酶活提高到134.718U/ml;又对该酶在水产蛋白降解过程中的酶解效果进行了评价,发现酶解后的五种样品:虾头,虾粉,海参,文蛤,牡蛎的氨基态含量分别是原来的1.5倍,6.0倍,2.0倍,2.3倍,7.6倍,证明OPY6是一株具有进一步改造利用价值能够用于生产的产蛋白酶菌株.
  • 摘要：本文研究在葡萄酒发酵中的三个阶段,发酵温度(13℃和25℃)和发酵培养基(模拟葡萄汁培养基和葡萄汁培养基)对甘油和乙醇代谢的影响.结果表明,无论在哪种发酵培养基下,13℃发酵的酵母存活率都比25℃发酵的要高.为了平衡高渗透压的环境，甘油含量，都达到最大。无论在哪个培养环境下，低温GPD活性和GPDI表达量在发酵初期甘油。虽然13℃发酵其ADH活性和ADHI(13℃)发酵都比25℃发酵产生更少的表达量都比25℃发酵的要低，但却产生较多的乙醇。在发酵末期，由于乙醇的胁迫，HSP104和ALD6的表达水平都增加。而且在高产甘油产生的同时，乙酸和玻拍酸的含量却明显增加。
  • 摘要：本文主要通过基因沉默技术来筛选和验证支持细胞中功能分子对骨髓间充质干细胞分化的调控作用。首先对支持细胞中的己报道过的功能分子进行基因沉默，然后证明其功能。主要选择了生长转化因子-β3(Transforming growth factor beta 3,TGF-β3)和胰岛素样生长因子1(Insulin-like growth factor 1,IGF-1)两因子，通过NCBI上的基因信息设计高效特异性的3-4条针对靶基因的siRNA，合成设计好的DNA并退火形成双链DNA，克隆到特异性载体上后转染导入支持细胞中后进行筛选。采用电转和脂质体转染两种转染方法优化后得到的转染率达到了8.9%。通过200ug/ml的G418浓度进行单克隆筛选，得到稳定的靶基因沉默的细胞。将筛选后的细胞与大鼠骨髓间充质干细胞进行共培养，在分析验证其对大鼠骨髓间充质干细胞(MSC)分化的促进作用。在此实验基础上，在支持细胞二级质谱分析结果的基础上筛选几种未知因子，利用RNA干扰技术可以进一步研究其对MSC细胞分化是否起到相关作用。
  • 摘要：人类乳头瘤病毒(HPVs)属于乳多空病毒科乳头瘤病毒属,感染HPV后易发生宫颈癌.病毒样颗粒疫苗是目前宫颈癌预防性疫苗的主要形式.病毒样颗粒(VLPs)自装配的过程是加快安全有效的疫苗以低成本走进市场的一个有效的方法.此类疫苗是通过基因工程技术表达并纯化后获得，人乳头瘤病毒病毒样颗粒(HPV VLPs)在表达过程中具有自组装的特点。本文就毕赤酵母培养工艺条件(温度、甲醇浓度、所需氨基酸等)加以研究，以期在发酵水平上提高人乳头瘤病毒病毒样颗粒的表达量。
  • 摘要：目前对木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC2955进行遗传转化的方法有电穿孔和化学转化的方法,其中对电转化条件还缺乏系统的研究.本文通过研究酶解方法、细胞的生长状态、细胞浓度、电击电压和感受态细胞储存等条件对电转化转化效率影响,确定了适用于木葡糖酸醋杆菌的最佳电转条件:在酶浓度为1046.40 u/mL、酶解时间93.80 min、酶解温度30.60℃下制备浓度为l×l08CFU/mL感受态细胞,经2.40 kV电压电击能得到最高的转化效率,可达到8.76×105CFU/μg DNA;感受态细胞经-70℃储存后其转化效率明显降低.本研究为外源DNA导入木葡糖酸醋杆菌等分子学实验操作提供了重要的参考依据.
  • 摘要：随着市场对生物制品的质量和数量要求的不断提高,疫苗生产技术也正经历着一场具有重大意义的技术变革,即由传统的转瓶生产疫苗技术向大规模高效的反应器生产疫苗的发展.传统的鸡胚或转瓶生产方式存在着效率低,产量少,资源利用率少,工作劳动强度大,生产成本高等缺陷,高新技术领先的国家早已开始规模化使用生物反应器来取代传统的生产模式.激流式生物反应器作为一种新型细胞培养设备,采用一次性培养袋式耗材培养动物细胞,已经在国内数十家疫苗生产企业得到应用,并在蓝耳病,法氏囊,猪瘟,禽流感,狂犬等多个项目上取得了较理想的结果,与转瓶工艺相比,毒价至少能提高一个滴度以上,这样,无论在产品的质量还是产能,都会在取代传统动物疫苗生产模式的变革中,具有领先的意义.
  • 摘要：本文利用计算流体力学(CFD)方法对不同操作条件下(如装液量、转速)带挡板摇瓶内的流场进行了数值模拟。首先将带挡板摇瓶与不带挡板摇瓶内的剪切和传质进行了对比。然后，对不同装液量(从SOmL到1 SOmL)和不同转速(从1 OOrpm到250rpm)下挡板摇瓶的模拟结果进行了详细分析，定量的描述了挡板摇瓶内的剪切力和氧传质系数。最后，通过丝状菌的发酵，验证了挡板摇瓶内独特的氧传递和剪切特性。
  • 摘要：ATS高压均质机应用于生物制药，疫苗等项目的研发和生产，作为发酵工程的下游设备，目前已广泛应用于国内各大生物企业。ATS高压均质机通过高压释放原理可以使细胞破碎率至少达到95%以上，其内置式控温可以使温度控制在4℃以内，充分保证生物样品的活性，性能优于国内外同类产品，且能够实现完美的中试、生产要求，得到业内一致好评，是生物制药企业的重要选择。
  • 摘要：生物制造是以现代生物技术为基础,大规模生产人类所需基础化学品与材料等的一种工业方式.本文指出生物制造产业是生物产业重点行业之一，是关系国计民生的重要产业，在我国社会和经济生活中具有不可替代的作用。近年来，我国生物制造产业按照“自主创新、规模发展、产业集聚、拉动内需、稳定市场”的原则，努力增强产业自主发展能力、加快产业结构优化升级、提高国际化水平、扩大产业规模，取得重要进展。
  • 摘要：在了解国内外制糖行业各类专利授权量的基础上,从传统制糖技术、新型糖品制备技术、新型多糖的应用及节能减排新技术等方面进行分析,客观地指出我国制糖行业技术创新的不足,并阐述了当代糖工程领域未来发展的四大方向,包括:碳水化合物绿色加工技术、糖类药物制备技术与原理、糖生物技术及其安全控制、功能碳水化合物材料及其制备等.最后，通过科学分析在工业生物过程中得到广泛应用的膜分离技术存在的主要问题后，提出，在多糖膜分离浓缩过程中，可以利用多糖分子带负电的特性，借助施加静电场和超声波的作用来减少膜污染和浓差极化现象。据此，对膜分离腔内的流场、膜组件的整体结构以及膜分离浓缩工艺系统和空间布局等进行了系统设计，重点研制了具有自动控制效能的南瓜多糖膜分离浓缩体系，并实现了产业化，对于促进生物活性多糖分离浓缩技术的发展具有明显的促进作用。
  • 摘要：从序列出发定量探讨嗜热蛋白稳定性机理并对其进行模式识别,可为半理性设计新型热稳定性酶类提供理论依据.本文介绍如何对嗜热和常温蛋白进行模式识别，并探讨了借助分子动力学模拟来进行研究。
  • 摘要：本研究利用自主研发的ARTP技术和仪器，对微生物突变机理进行了不同层次的解析，建立了对真菌、细菌等各种微生物菌株进行了快速突变的操作平台，结果显示该方法能够对微生物基因组突变具有快速、多样、突变库容大、突变遗传稳定性高等特点。其中在阿维链霉菌的ARTP突变中，菌株的总突变率约为30%，正突变率达到21%。其中一株突变株G1-1遗传稳定性高，不仅在Bla与阿维菌素的总产量比野生菌株各提高了40%和18%，而且总阿维菌素中的Bla含量达到47.8%，高于野生菌株的39.1%。这些结果表明突变株在代谢网络上发生了显著的变化。到目前为止，ARTP已成功地用于甲烷氧化菌，产气肠杆菌，酵母和微藻等30余种微生物的快速突变，筛选出了表型变化显著的突变株，并建立了突变库。本研究通过对突变库质量的评价，结合高通量筛选方法和系统生物学方法，证明ARTP能够成为微生物快速进化育种的平台技术。
  • 摘要：研究了以甘油为限制性底物时丁酸梭菌分批培养产1,3-丙二醇的动力学.实验结果表明丁酸梭菌的比生长速率与限制性底物的浓度的关系不符合Monod方程,Logistic方程也不能很好地描述丁酸梭菌的比生长速率与菌体浓度之间的关系,而Contois方程(μ=μmaxS／Ksx+S)能较好的描述分批培养丁酸梭菌过程中的比生长速率的变化,表明在分批培养丁酸梭菌的过程中,菌体的比生长速率不仅受限制性底物浓度的影响,还受菌体浓度的影响.通过非线性拟合得到动力学参数μmax=0.865h-1，Ks=128.5，产物得率系数为0.50gg-1，维持系数为0.042gg-1h-1，而菌体得率系数为2.2×10-12gg-1，表明限制性底物主要用于产物的生成，少量用于菌体维持，而用于菌体生长的底物量可忽略不计。
  • 摘要：研究了以工业废甘油为底物,丁酸梭菌分批发酵产1,3-丙二醇的培养基优化.采用均匀设计对发酵培养基的5种主要成分进行实验设计,先用二次多项式逐步回归的方法对均匀设计实验结果进行回归分析,结果显示回归得到的二次多项式模型不能很好的模拟实验结果,因此改用人工神经网络对均匀设计实验结果进行建模,结果显示人工神经网络模型能很好的模拟实验结果,通过人工神经网络模型结合遗传算法进行寻优得到优化的发酵培养基,优化后,在5L发酵罐中进行分批发酵14h后,1,3-丙二醇的浓度为33.0 g L-1、转化率为0.55 g g-1、生产强度为2.36 g L-1 h-1,较优化前分别提高了32.5％、7.17％和35.6％.
  • 摘要：本文对年加工30万吨玉米秸秆生产纤维素燃料乙醇的工业生产过程全流程建立了严格流程模拟模型.流程模拟软件使用Aspen plus(version 11.0),物性模型采用严格的热力学方法模型,对涉及的27种生物质组分建立严格的生物质物性数据库.对纤维素乙醇工业生产过程进行严格的质量和能量衡算，对过程能耗和废水排放进行了多参数案例计算。结果表明，过程蒸汽生产比蒸汽消耗约高24%，可以实现过程的蒸汽能耗自平衡;产出综合能量(燃料乙醇和蒸汽)折合标准煤比消耗的综合能量(电耗和蒸汽)约高54%，过程能量平衡均为正。对过程的高废水排放进行了不同方案的废水减排计算，先进的极限低水技术可以实现每吨乙醇废水排放不超过6.4吨，残渣(含水40%)不超过4.1吨。应用本Aspen plus流程模拟数学模型可以对各种尺度和工艺技术选项的纤维素乙醇生产过程进行过程设计、全局调优以及技术经济评价。
  • 摘要：在本课题中，我们尝试在甲醇酵母一毕赤酵母中进行无标记基因修饰的方法，其中以大肠杆菌的毒蛋白MazF作为反向筛选标记。mazF是在AOXl启动子的严紧控制之下，它在毕赤酵母中的诱导表达会抑制细胞的生长。在构建的质粒中，mazF基因和Zeocin抗性基因分别作为反向和正向筛选标记，并且，mazF-ZeoR单元两侧有两个正向重复序列，用于标记回收。从模式质粒构建而成的线性化质粒通过同源重组，整合到毕赤酵母的基因组中，实现基因改造。由于反向筛选是在诱导AOXl的甲醇培养基中进行，通过两侧正向重复序列间的同源重组，此标记可以得到有效的回收，此操作不会引入非必要的筛选标记。这种新的方法使得此筛选标记基因可以重复使用，从而完成多种基因修饰，这种方法成为毕赤酵母研究中十分有用的工具。
  • 摘要：利用动物细胞培养基质生产病毒疫苗已经成为疫苗行业越来越普遍的生产工艺,但对于疫苗生产过程中的物质与能量代谢情况以及相应的调控工艺研究还鲜有报道.本文首先在实验室自制的低血清培养基上优化病毒的接毒时间、MOI、收毒时间,优化生物反应器微载体悬浮培养PK-15细胞生产猪细小病毒(PPV)的工艺.在此基础上进一步研究PPV病毒接种PK-15细胞前后胞内ATP, NADH、中心碳代谢流的变化情况，系统研究PK-15细胞在病毒接种后的代谢迁移情况。在物质与能量代谢研究的基础上，结合活细胞传感仪、尾气质谱仪、在线取样系统以及补料流加系统等高效的动物细胞反应器控制体系，建立高效的PPV病毒生产工艺。
  • 摘要：阿维拉霉素是由绿色产色链霉菌(Streptomyces viridochromogenes)发酵产生的一种兽用消化促进剂和代谢调节剂,被广泛应用于畜禽饲料中,具有较好的应用前景.阿维拉霉素是以糖为骨架的低聚糖抗生素,其生物合成途径主要以1-磷酸葡萄糖、GDP-D-甘露糖和5-磷酸核糖为前体.反应器尺度对比本实验室筛选的高产菌株S.viridochromogenes MY-20与对照菌NRRL2860发现，高产菌株发酵糖消耗速率、细胞生长速率明显低于对照菌。因此，尝试采用代谢工程手段强化阿维拉霉素生物合成中与糖酵解相连的起始关键酶(dTDP-葡萄糖合成酶，AviD)，提高阿维拉霉素合成代谢流。首先建立绿色产色链霉菌种属间接合转移方法，以pSET152做为接合转移载体，MS做为接合转移最优培养基，供体菌E.coli ET12567(pUZ8002)和受体菌Streptomyces viridochromogenes 1:1的比例是Streptomyces viridochromogene:接合转移体系的最优条件，实现了阿维拉霉素生物合成基因aviD在绿色产色链霉菌中的强化表达，并得到了重组菌株TF-1、TF-2。发酵摇瓶结果显示，重组菌株的产量比对照菌阿维拉霉素A组分提高了150%，同时，阿维拉霉素副组分B消失。结果表明，通过强化表达阿维拉霉素D-olivose和2-deoxy-D-evalose路径的起始酶dTDP-葡萄糖合成酶，能有效提高阿维拉霉素A的生物合成代谢流。
  • 摘要：以毕赤酵母GS115作为宿主细胞进行重组人血白蛋白的表达研究,初步结果表明获得的生产菌株甲醇代谢能力强,表达量高,但发酵后期目的蛋白降解严重,主要降解物为45kD大小的片段.本研究采用析因法和响应面法进行试验设计,对氨氮含量及补料策略进行优化,结果表明基础培养基中氨氮浓度达到8000ug/ml时能明显抑制目的蛋白降解,诱导前期的比生长速率μ控制在0.015～0.020h-1,当氨氮浓度降至2000ug/ml时,μ降低至0.002h-1,获得最大的比产物速率0.5mg rHA/gcell/h.以本研究获得的生产工艺进行重组人血白蛋白的生产,降解比列由原来的40～45％下降至25～30％,同时白蛋白表达量增加近30％.
  • 摘要：哺乳动物细胞可以对蛋白进行正确的折叠及翻译后修饰,已逐渐成为国际生物制药的主要平台技术.但这个平台在实际应用中有两个主要弱点.一个是哺乳动物细胞代谢慢,生长速度慢,蛋白产量低,造成生物药的高生产成本.另一个是哺乳动物细胞对环境及剪切力极度敏感，为工艺放大和大规模生产造成障碍。这个报告将讨论哺乳动物细胞发展趋势以及进行大规模细胞培养所需考虑的关键因素。
  • 摘要：本实验室筛选出一株可以生产硫酸软骨素(CS)的菌株,经过生理生化和16S rRNA鉴定,确定该菌株为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis BN,通过单因素实验和正交实验确定了最佳发酵培养基,并在7L发酵罐中进行分批发酵实验.CS是Bacillussubtilis BN的荚膜多糖，CS的生产与菌体浓度密切相关。实验结果表明，当搅拌为400 rpm，通气量为1.7 wm,pH=7时产量可以达到4.7 g/L, CS的产率为0.157 g/L,葡萄糖消耗速率为3.75g/L，单位细胞生产CS的能力为0.783g/L，CS生产强度为0.39 g/(L·h)。
  • 摘要：为了构建适于工业化生产的工程菌，我们尝试应用Red重组及IS负筛选策略将AD合成途径基因全部整合到大肠杆菌染色体上。首先将操纵子ES整合到DHGT7基因组上lpxM位点处，诱导表达合成甲经戊酸，在摇瓶中培养48h，甲经戊酸产量达到8.2g/L，是质粒载体的两倍。受其鼓舞，继续将MVD-ispA-ADS整合到基因组上另一位点处，阿拉伯糖诱导后AD合成水平达到390mg/L。这一结果提示，基因组整合表达异源合成代谢途径是提高目标产物合成能力的一种有效手段。所构建的工程菌在培养过程中不需要添加抗生素等选择压力来维持常规工程菌中质粒稳定性，产物诱导采用环保廉价的阿拉伯糖，因此更适于工业化生产。
  • 摘要：龟裂链霉菌是工业生产土霉素的主要菌种,本文研究了龟裂链霉菌工业生产菌结合转移条件的优化.实验结果表明,利用菌丝体作为结合转移的受体与利用孢子作为结合转移受体相比,后者的转化效率低但是获得的突变株稳定,利用菌丝体作为结合转移受体的情况下,菌株容易发生负突变.工业生产菌株结合转移的最佳条件为:作为供体的大肠杆菌的最佳浓度为108个/ml，作为受体的抱子重悬于无菌2×YT培养基中，浓度为10-6个/ml,抱子悬液于30℃温浴10min后50℃热激10min,筛选平板中蔡陡酸的最佳浓度为50μg/ml，阿普拉霉素的最佳浓度为60μg/ml。
  • 摘要：Xylaria sp.(No.2508)是在我国南海地区红树林Angiosperm树的种子中发现的一种海洋真菌,xyloketal B是其发酵液中的一种缩酮类化合物,可以作为潜在的治疗动脉粥样硬化的药物.本研究对海洋真菌Xylaria sp.(No.2508)生产xyloketal B的摇瓶发酵过程进行了初步优化.结果表明，Xylaria sp. (No.2508)在培养120 h时xyloketal B产量最高，当培养168 h后菌体进入衰亡期且xyloketal B迅速降解，因此Xylaria sp.(No.2508)生产xyloketal B的最适发酵周期为120 h;Xylaria sp.(No.2508)合成xyloketal B的过程及用乙酸乙酯萃取xyloketal B的过程对pH非常敏感，其中最适xyloketal B生产的发酵液初始pH为5.7，利用乙酸乙酯萃取xyloketal B时的发酵液最适pH为3.0;最适接种量为10%(v/v);接种前发酵液中加入10%的大孔树脂XAD-16可以降低某些代谢产物对xyloketal B合成的抑制作用，从而使产量提高2倍左右，而菌体进入稳定期以后加入大孔树脂XAD-16对产物产量没有影响。
  • 摘要：报告分析了微生物发酵培养基发展趋势,强调应加大力度从事精细有机氮源制造与应用技术研究.rn 报告阐述了安琪酵母浸出物和酵母蛋白胨的先进制造工艺,从氨基酸组成及含量、蛋白质(或肽)分子量分布、维生素种类及含量、核苷酸及微量元素种类及含量等方面分析了产品的营养特性.酵母浸出物和酵母蛋白膝无转基因争议、无风俗禁忌、无致病性与过敏性问题，是微生物生长的优质营养源。rn 报告介绍了安琪开发的安琪酵母浸出物和酵母蛋白膝在微生物发酵中的应用效果。在大多数使用高档酵母浸出物和蛋白脉的发酵行业，安琪产品完全可以替代进口产品。
  • 摘要：利用比较基因组学和文献组学注释了土曲霉衣康酸合成途径的相关基因,并基于土曲霉基因组规模代谢网络模型,研究了以葡萄糖为限制性底物时,铵离子、磷元素、氧气和pH对衣康酸合成能力的影响.自葡萄糖的衣康酸合成途径由63个基因编码,其中衣康酸胞外分泌蛋白为pH响应型,理论pI 4.5.模拟结果表明中性pH适于菌体生长，酸性pH因抑制生长而促进衣康酸合成。钱离子、磷元素促进菌体生长，但过多会抑制产酸，其中磷元素的抑制作用更为明显。氧气缺乏将严重抑制产酸和生长，而产酸受缺氧的影响更为严重。
  • 摘要：旨在从工程学角度控制丝状真菌的形态,以利于目标产物的高效生产.以土曲霉发酵生产衣康酸为模型,借助优化培养环境的策略,利用显微镜和图像分析软件测定菌体形态,研究菌体形态与发酵表型之间的定量关系.在比耗糖速率最大时,菌丝发酵液的稠度指数比菌团高63.5％,流动性指数比菌团低26.5％;菌球内部较紧实,两者均不利于底物传递.因此，菌团是土曲霉发酵生产衣康酸的最佳形态，衣康酸产量为28.2 g/L，比菌丝和菌球分别高出297.2%和72%，此时菌团直径的范围为0.402-0.634 mm(从开始明显耗糖到发酵结束)。由KH2P04浓度对菌团直径产生影响的实验发现，进一步降低菌团直径更利于土曲霉发酵生产衣康酸。借助降低温度能降低菌体直径的策略，将温度从37℃降低为35℃时，衣康酸产量提高至41.5 g/L，得出最佳直径的范围为0.298-0.443 mm。在发酵罐中运用此结论，从开始明显耗糖为起始点，利用改变转速能改变菌体形态的策略将菌团直径控制在上述最佳范围内，衣康酸产量从20.7 g/L提高至37.8 g/L。研究成果为土曲霉发酵生产衣康酸以及其他丝状真菌发酵生产代谢物提供潜在的控制策略。
  • 摘要：随着全球经济的迅速发展,能源日渐短缺的问题越来越突出,开发和利用可再生能源的需求也愈显迫切.微生物生产所获得的生物柴油是一类清洁的有潜力的新型替代能源.解脂耶氏酵母是模式产油脂酵母,具有较好的脂肪酸合成性能,然而针对该菌株的代谢网络解析以及途径工程改造的研究手段仍然有限.基于解脂耶氏酵母的全基因组序列，以KEGG、IMG、UniprotKB及Enzyme等数据库为基础筛选注释信息，加以合理的修正及整理，构建出该菌的基因组规模代谢网络。并通过VBA编程将网络模型转化成Matlab可读的数学模型，通过填补代谢网络缺口等最终构建出该产油脂模式菌株基因组规模代谢网络模型iYL619_PCP。该模型包含619个基因，847个代谢物，1148个反应，模型中添加了127个交换反应，240个运输反应及13个自发反应。利用该模型，通过计算机模拟预测了该菌株在29种不同培养基下的生长，准确率达83%。确定了该菌株的最小培养基，通过流平衡分析预测出该菌的143个必需基因，同时通过流扰动分析为构建该菌突变株作指导。该菌基因组规模代谢网络模型的构建及模拟仿真对于实际的菌株代谢工程改造具有一定的指导意义。
  • 摘要：研究可利霉素菌渣作为氮源的再利用,以减少其排放.基于菌渣的元素分析结果,以可利霉素效价为目标,研究可利霉素菌渣作为氮源的效果.元素分析表明,4％的菌渣中Ca、S、P、K的含量已经超过对照培养基,正交试验结果表明菌渣的最佳加入量为4％,KH2PO4减少至对照的20％时,可利霉素效价达到对照的88％.液相色谱分析表明，菌渣作为氮源时，可利霉素组分中的总异戊酰螺旋霉素含量有一定提高，而异戊酰螺旋霉素Ⅲ含量几乎没变化。可利霉素菌渣作为氮源能够再用于可利霉素发酵生产，对于环境保护具有重要的意义。
  • 摘要：在本研究中，我们通过电镜观察菌丝形态及胞内物质变化，同时检测胞内DNA和蛋白质含量，首先分析了S.hygroscopicus液体培养过程中的菌丝分化。电镜观察发现，在培养36h后胞内核酸和蛋白质会有明显降解，然后细胞经过一个短暂停滞期后细胞继续生长;S.hygroscopicus在液体培养60 h后抱子开始形成。上述结果表明，S.hygroscopicus在液体生长过程中同样存在分化过程;抱子萌发形成第一阶段菌丝(MⅠ)后经过一段时间生长进入停滞期，此后分化形成第二阶段菌丝(MⅡ)。MTG活力分析表明，MTG在停滞期产量最高。为MTG与链霉菌分化的相关性，改变接种量(105和107spores/ml)后观察细胞分化及MTG产量的变化。结果发现，停滞期越长，MTG活力越高。为进一步提高MTG产量，在菌丝体刚进入停滞期时进行20℃低温胁迫(2h)，促使停滞期延长4h。结果发现，停滞期延长使MTG产量提高了39%。上述研究表明，调控链霉菌的分化是一种提高MTG发酵产量的有效策略。
  • 摘要：本文结合传统酱油发酵的生产工艺流程与控制过程,在传统生产原料中添加富含丰富营养物质且价格低廉的脱脂南极磷虾粉,对虾酱油的生产工艺进行了优化与控制研究.实验结果表明以脱脂南极磷虾粉用量30％、润水量100％、蒸料时间30min、制曲温度30℃、制曲时间48h、发酵温度42℃、发酵时间14d为参数条件进行发酵工艺优化与控制时,所得酱油成品集酱香、酯香和虾鲜味于一体,且氨基酸等营养成分丰富.
  • 摘要：研究了不同溶解CO2 (dCO2)水平对谷氨酸发酵过程的影响.在谷氨酸合成期,通过调节进气CO2比例,控制dCO2水平为50、100、200、300mg/L,对发酵过程中谷氨酸合成、胞外副产物积累及关键酶活进行了分析.结果表明dCO2在200mg/L以下时，菌体代谢没有表现出明显差异;dC02升至200mg/L以及300mg/L时，TCA中有机酸积累量明显升高，在300m叭下乳酸积累速率可以达到2.1mM/h/gCDW,乳酸脱氢酶活力增高4.5倍;200mg/L的dC02浓度对谷氨酸合成影响不明显，当进一步升高至300mg/L时，放罐谷氨酸浓度减小13%。因此在谷氨酸大规模发酵过程中，应通过调节通气量或罐压尽量避免dCO2浓度过高。
  • 摘要：五环三萜类化合物的糖链、糖基及其去糖基对其生物活性有重要的影响.甘草酸(Glycyrrhizin)是植物甘草中最重要的天然产物,具有消炎、抗病毒和天然甜味剂等多重功效,是目前临床上使用或者配伍使用最常用的药物之一,也作为很多保健品、化妆品的低能量的多功能防腐甜味剂.甘草酸经转化获得的单葡萄糖醛酸基甘草次酸其生物利用度和甜度都得到了很好的改善。本研究围绕自然界中三种不同转化甘草酸的典型反应类型的真菌，开展其糖基转化特性、相关β-葡糖醛酸苷酶的基因克隆与表达、酶的糖基化特性和酶的纯化、结晶、晶体结构解析等研究工作，开发了双水相/离子液体的高效转化工艺。从结构上阐明了β-葡糖醛酸苷酶的定向识别天然产物糖基的机理，为酶法定向识别天然产物及其分子改造提供了重要的基础数据。
  • 摘要：利用30L发酵罐研究了大肠杆菌HNJL生产L-苏氨酸的发酵工艺.考察了不同初始碳源对L-苏氨酸发酵的影响,结果表明应选择适宜浓度的葡萄糖作为初始碳源.研究了初始葡萄糖浓度与发酵过程中残糖浓度对生物量、L-苏氨酸产量、乙酸含量、质粒稳定性及糖酸转化率的影响.最终确定:初始葡萄糖浓度为20 g/L，采用葡萄糖反馈控制补料方式流加葡萄糖。利用葡萄糖反馈控制补料技术进行发酵培养，可将残糖浓度维持在较低水平，比生长速率较低，有效地减少了乙酸含量，质粒稳定性较高，菌体生物量与L-苏氨酸产量得到显著提高，分别为34.71 g/L,128.57 g/L，且糖酸转化率高达51.87%。
  • 摘要：中国对虾的产量已经连续几年位居世界首位,2005年达到50万,其中南美白对虾的产量约占30-35万吨.目前我国南美白对虾产品主要以虾仁为主,每年对虾的加工过程中会产生大量的虾头、虾壳下脚料(约占整虾30％-40％).这些副产物含有丰富的蛋白质、虾青素、钙、甲壳素等营养物质。传统化学加工方法不可避免的造成环境污染。利用嗜热链球菌发酵虾头，嗜热链球菌发酵造成的高酸环境可以防止虾头、虾壳在自溶过程中发生腐败，大大延长自溶时间，加强嗜热链球菌产生的蛋白酶与虾头自身内源蛋白酶的自溶作用，保证蛋白质的充分水解和高利用率，以及虾青素的高回收率。对发酵条件:虾头含量水平(X1),葡萄糖水平(X2)、反应时间(X3)、温度(X4)、接种水平(XS)和初始pH ( X6)进行了优化，采用Box-Behnken响应曲面法，以最终pH和蛋白质水解度作为响应变量进行优化。最终的优化条件为虾头含量1鲍、葡萄糖含量5g、时间66h,温度42℃、接种量2.2ml和初始pH为5.00。接着通过验证性实验对该条件下的发酵结果进行分析得到和预测符合的最终pH2.72和脱蛋白率92.7%。经乳酸菌发酵后的上清液氨基酸含量690.213 mg/L由升高至796.978 mg/L，必须氨基酸含量是发酵前的1.54倍，占发酵后氨基酸总量的50.99%;总酚含量由282.75μg/ml升高至554.14μg/ml;虾青素含量由0.628μg/ml升高至1.173μg/ml.DPPH自由基清除率由46.36%升高至85.45%;亚铁离子鳌合能率由48.51%升高至69.18%。获得的甲壳素红外光谱分析和X一衍生分析以及脱乙酞度的测定表明微生物发酵工艺处理的甲壳素脱乙酞度达到9.12%,明显高于酸碱工艺处理的甲壳素。
  • 摘要：借助SAS软件,采用Plackett-Burman试验设计及响应面分析法,对本研究室一株淀粉酶产色链霉菌发酵生产ε-聚赖氨酸的培养基进行优化.首先利用Plackett-Burman试验设计对基础发酵培养基的8个营养因素进行筛选,筛选出了对ε-聚赖氨酸产量影响显著的3个因素,再以最陡爬坡试验得到的中心点来逼近最大响应区域,然后在此基础上利用Box-Behnken试验设计及响应面回归分析确定最优培养基.结果表明，葡萄糖、酵母粉、(NHa)ZS04与。一聚赖氨酸产量存在显著的相关性，其最适浓度分别为56.92,7.22,7.43g/L，在此条件下，ε-聚赖氨酸产量达到0.948±0.030g/L，与预测值0.970 g/L非常接近，与优化前相比ε-聚赖氨酸产量提高了43.1%。
  • 摘要：基于比浊法测定抗生素体外抑菌活性原理,以红霉素发酵液为研究对象,采用96孔微孔板培养检定菌,直接用酶标仪检测各孔的光密度,定量分析发酵液中红霉素含量,并与管碟法比较.本文建立的抗生素生物效价检测方法具有快速、高效、样品和试剂用量少、结果可靠等优势,适合在有检测大量样品和快速获取结果的工作中推广.
  • 摘要：生物过程的在线分析对于了解反应过程,进而实现工艺优化和实时控制有着十分重要的意义,其中尾气中各种气体的浓度在各种在线数据中有着相当重要的地位.过程质谱仪具有测量精度高、漂移小、分析速度快等特点,以及多位点、多组分的同时分析能力,可实现长期连续监测生物过程中的多种气体组分.
  • 摘要：本课题组在利用统计学方法优化其发酵培养基的基础上，在SL反应器进行发酵优化。实验发现接种量、DO和搅拌转速对产物合成有重要影响，且过程中发酵液pH的变化也会显著改变产物代谢通路，并影响产物的最终产量。本文综合四种发酵参数，最终确立了多参数关联的发酵调控工艺，即按照0.22 g菌种干重/L培养基的比例接种，发酵前期限定DO下限为30%，发酵后期限定DO上限为40%，搅拌转速由300 rpm提高至400 rpm，过程中pH不得低于3.5。进一步在中试放大过程中，按照搅拌桨末端线速度相等的原则将海洋红树林内生真菌No.1403的发酵放大至500 L。通过对发酵工艺及过程放大的实验研究，海洋红树林内生真菌No.1403的SL反应器发酵产量达到1.5g/L，500 L反应器发酵产量达到1.1g/L。
  • 摘要：基于强化流体在光照方向混合开发了一种类似梯形的内部构件，并将该内部构件应用于平板式光生物反应器，明显提高了微藻培养效率。同时，采用CFD模拟与微藻光衰减特性相结合的方法获得了光生物反应器内混合及藻细胞受光特性参数，并结合热模实验初步确定了影响微藻培养效率的敏感性参数。在此基础上，对平板式光生物反应器及敞开式大池进行优化与放大并通过微藻培养实验予以验证，初步建立了一套光生物反应器优化与放大方法，为光生物反应器的设计、优化和放大，及微藻光自养培养工艺的优化及放大奠定了基础。
  • 摘要：本研究以自主筛选的A. pullulans CCTCC 2012223为出发菌株，建立生物资资源发酵生产聚苹果酸及酸水解生产苹果酸新工艺技术。5 L发酵罐游离细胞补料发酵，140 h实现产苹果酸87.6叭，得率0.66 mol/molglucose;进一步采用固定化纤维床反应器进行高强度补料发酵，199 h苹果酸产量达到142.2 g/L，得率0.76 mol/mol glucose，发酵结果尚未见文献报道。此外建立苹果酸下游简化工艺，经乙醇沉淀，IRA-900树脂纯化，可实现酸水解苹果酸纯度接近100%;酸水解动力学模型表明，酸水解过程符合P=Peq(1-e-kt)方程;同时以鲜甘薯生物资源为发酵原料，游离细胞补料发酵，%h苹果酸产量达到44 g/L以上。相比传统苹果酸发酵生产工艺，采用聚合物策略生产聚苹果酸及联产苹果酸，能较好的实现生产工艺的多目标系统优化与集成创新。
  • 摘要：本实验研究了使用GC-MS定量拟干酪乳杆菌代谢组的样品处理方法。分析比较了不同灭活剂，60%甲醇、60%甲醇//0.9%碳酸铵(pH 9.0), 60%甲醇/0.9%碳酸铵(pH 6.0),60%甲醇/0.9%氯化钠、40%乙醇/0.9%氯化钠和60%甘油/1.35%氯化钠的灭活效率和代谢物渗出，发现60%甲醇/0.9%氯化钠灭活效率最高并且能够有效降低胞内代谢物渗出。此外，分析比较了几种不同的萃取胞内代谢物的方法，即100%甲醇、70%甲醇、甲醇/氯仿(1:1,v/v)、乙腈/甲醇/水(2:2:1,v/v/v)。70%甲醇、乙腈/甲醇/水萃取效果比较好，但是萃取出来代谢物水平有所差异，将两者结合起来，进行连续萃取，达到了最好的萃取效果。
  • 摘要：梅特勒-托利多作为过程分析产品的行业领导者,一直致力于提供高性能的过程分析产品,帮助客户更好的监测和控制生物过程,本讲座将重点介绍过程分析产品在生物过程控制中的应用及重要性,过程分析的新技术和新产品,如ISM智能技术可以预先告知您传感器何时需要校准和更换,从而避免因传感器故障引起的批次质量问题,新型光学溶解氧测量技术,更加稳定、漂移更小,尤其适用于发酵周期长的生物过程；新型的溶解C02测量技术帮助您更好的控制发酵液中的二氧化碳浓度,确保最终产品质量和收率；如何通过及时发现出晶点来优化最终产品的晶型,确保产品纯度和效价；使用“在线”的方法来监测OD,更及时的发现生物过程中的异常并进行相应的调整等.
  • 摘要：总糖、柠檬酸是柠檬酸发酵过程的关键生化参数.本文采用自动水解装置与补色还原糖微量热滴定装置组合,建立了柠檬酸发酵液中总糖的快速测定方法.结果表明,该法测定柠檬酸发酵液总糖的标准偏差(S)=0.41,变异系数(CV)=0.026,回收率为97.3％；采用补色光度技术,以百里香酚兰作为指示剂研建的柠檬酸测定仪,实现了柠檬酸发酵液中柠檬酸的快速测定,测定周期小于2分钟.柠檬酸测定仪法的标准偏差(S)=0.32,变异系数(CV) =0.005,回收率为98.7％.以上总糖和柠檬酸的快速测定方法与传统手工滴定方法比较,具有测定方便,准确程度高,重现性好的特点,适合柠檬酸发酵过程总糖和柠檬酸的快速测定.
  • 摘要：生物反应过程伴随着生命体的生长、繁殖与代谢,过程十分复杂,且与发酵环境条件如温度、溶氧、培养基成分等密切相关,因此,检测技术是生产优化及控制的核心和基础.目前,大规模生产中常用的在线检测技术主要是物化参数,如温度、溶氧、pH、二氧化碳、转速、罐内压力、菌体浊度、气体流量、料液流量等.
  • 摘要：本文详细介绍了在线活细胞传感仪的检测原理，并列举了它在细菌、真菌、霉菌以及哺乳动物细胞培养过程中的应用情况。结果表明，在线活细胞传感仪在发酵过程中能够直接、实时、在线获得可靠的活细胞量，且有效避免外部采样操作的干扰。这一技术符合过程分析技术(PAT)的要求，可以将其作为生化过程开发、优化和控制的有利工具。
  • 摘要：普鲁兰降解酶(pullulan degrading enzymes)广泛存在于动物、植物和微生物中,它能够专一水解普鲁兰多糖α-1,6糖苷键或特定位置的α-1,4糖苷键.普鲁兰降解酶在工业、洗涤去污业、医疗保健等行业中应用十分广泛.本研究筛选获得产普鲁兰降解酶的菌株,形态观察及16S rDNA分析鉴定该菌株属于气单胞菌属Aeromonas sp.。在可溶性淀粉为底物条件下培养该菌株，摇瓶发酵该菌株，产普鲁兰酶的水平达到24.8 U/mL。进一步用PCR方法获得该菌株中普鲁兰酶编码基因pluAs，鉴定为新的普鲁兰酶基因。该基因全长4053 by，编码1351个氨基酸，具有4个保守结构域(PUD,CBM48,GH13,DUF)。利用大肠杆菌表达体系重组表达并获得了多种具有活性的普鲁兰酶片段。重组表达的普鲁兰酶最适pH均为8.0，最适反应温度为60℃;在55℃处理1h，重组普鲁兰酶的残余活性达到了70%～90%;在pH 7～9的条件下稳定。通过TLC和HPAEC方法鉴定重组表达的普鲁兰酶为I型普鲁兰酶，能够专一水解普鲁兰多糖中的。-1, 6葡萄糖糖昔键产生麦芽三糖。
  • 摘要：本文综述了当前13C代谢流分析的研究进展以及今后发展方向，并重点介绍了质谱技术尤其是液质联用技术当前在代谢流分析中获取同位素分布向量的应用。
  • 摘要：针对木质纤维素水解液中糖浓度低的特点,为了提高微生物油脂发酵过程中胞内油脂含量和油脂合成速率,采用带有膜分离的连续发酵系统,以葡萄糖为底物进行了部分菌体循环的连续油脂发酵研究.实验结果表明:使用膜分离能够有效的进行产油酵母的富集，提高反应器内菌体浓度，经过反应系统自我调整后，菌体的浓度稳定在40 g L-1(干重)左右，油脂含量达43%。而其油脂的生成速率最后趋于稳定，维持在0.85 g L-1 h-1。所合成的油脂转醋化后经气相色谱分析，脂肪酸成分包括肉豆范酸、棕搁酸、棕搁油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸，其中十六碳和十八碳脂肪酸占总脂肪酸含量98%以上，可见所合成的油脂是一种很好的生物柴油原料。
  • 摘要：新霉素(Neomycin)是由费氏链霉菌(Streptomyces fradiae)产生的水溶性碱性氨基糖苷类抗生素,是一种理想的干扰蛋白质合成的杀菌剂,临床上主要用于治疗胃肠道和呼吸道感染,同时新霉素能提高饲料的利用率,促进禽畜生长,因此广泛地应用于畜牧业,生产绿色食品,近年来市场对新霉素的需求急剧增长.而目前国内新霉素生产中普遍存在发酵过程复杂周期长，产率低质量不稳定等缺点，新霉素生产菌种的发酵技术革新已势在必行。课题组前期对新霉素生产菌种Streptomyces fradiae SF1109进行微波与紫外复合诱变筛选获得一株新霉素突变高产菌Streptomyces fradiae FIM-WU-18，为了研究该菌种的生物合成调控过程，采用单因素试验结合正交设计优化发酵培养基组成，考察碳源、氮源及无机盐对合成目标产物新霉素和菌体生长量的影响，筛选确定了发酵培养基的最佳配方组成，其发酵效价比对照培养基提高45%以上。优化得到的发酵培养基配方简单高效，为新霉素的工业化高效发酵生产奠定基础。
  • 摘要：在重组毕赤酵母生产猪圆环病毒Cap蛋白的高密度发酵过程中,由于醇氧化酶活性过高,耗氧剧烈,导致发酵液中溶解氧浓度过低,无法满足菌体正常生理活动和表达目标蛋白的需求.前期研究表明,山梨醇代谢产能时的耗氧量低于甲醇,并且能够抑制毕赤酵母内醇氧化酶的活性.因此，向发酵液中添加适量的山梨醇，改善菌体供能条件的同时，还能将醇氧化酶的活性控制于适当的水平，从而保证发酵液中的溶解氧维持在适宜的浓度，促进目标蛋白的高效表达。基于以上原理，设计一个以甲醇和山梨醇流加速率为操作变量的多变量控制系统，并将该控制系统应用到实际的发酵实验中，将溶解氧浓度控制于10%的恒定值。Western blot结果表明，猪圆环病毒Cap蛋白的表达量比对照组有显著提高。
  • 摘要：S-腺苷甲硫氨酸(S-Adenosylmethionine,SAM)作为所有生物体内的重要中间代谢物,具有重要的生理作用和良好的临床应用价值.为了减少SAM在胞内的转化利用,进一步提高重组毕赤酵母积累SAM的能力,我们将本实验室前期构建的SAM高产菌株DS16的SAM分解代谢途径中关键基因(S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因spe2、S-腺苷同型半胱氨酸水解酶基因sahl和L-甲硫氨酰tRNA合酶基因msml)进行敲除,分别构建了相应的毕赤酵母重组菌G/Dspe、G/Dsah和G/Dmsm.与出发菌DS16相比，重组菌G/Dspe.G/Dsah和G/Dmsm的生长没有受到影响，各重组菌单位菌体的SAM产量分别达到127.7 mg/gDCW、153.7 mg/gDCW和123.3mg/gDCW，较出发菌株提高了29.3%,55.6%和24.8%。且重组菌SAM产量受到L-Met添加量的影响，将L-Met添加量从0.1%降到0.06%后，G/Dsah和G/Dmsm单位菌体的SAM产量分别提高了7.1%和9.5%。
  • 摘要：通过静态吸附实验,研究了1,3-丙二醇在A型离子交换树脂上的吸附行为,从动力学和热力学角度对吸附过程进行了分析.实验结果表明,在所研究的条件范围内,1,3-丙二醇在A型树脂上的吸附平衡符合Freundlich方程(qe=KF·Ce1/n),表明该吸附是典型的多分子层吸附;准二级动力学模型(1／qt=1／K2·qe2·t+1／qe)能够很好地描述1,3-丙二醇在A型离子交换树脂上的吸附动力学行为;吸附过程△G＜O,△H＞O,△S＞0,表明该吸附可自发进行,且为熵增加的吸热过程.在所研究的1,3-丙二醇浓度范围内，最佳的吸附pH为5.0, 318 K下树脂的静态饱和吸附容量为306.1 mg/g(湿树脂);298 K下用75%(v/v)乙醇作为解吸剂，解吸率可达87.5%以上;树脂吸附操作简单，易再生，重复使用性良好，可用于发酵液中1,3-丙二醇的分离提取。
  • 摘要：针对我国生物产业的发展现状，在课题组前期研究基础上，提出了生物分离过程多尺度优化的新策略:以分离方法为核心，针对生物对象的特殊性和复杂性，形成条件温和、分离效率高、处理量大的分离新方法;以分离材料为支撑，开发新型高效的分离新介质，促进分离新方法的推广应用，降低过程成本;同时，开展分子尺度的深入研究，提高分离机制认识，促进分离方法改善和新方法产生，为分离材料改进和优化设计提供指导;在分离机制、分离材料和分离方法研究基础上，系统设计分离流程，形成分离新过程，应用于具体的分离对象，促进新方法的应用。具体研究实例:以抗体类生物医药产品为目标，深入探讨生物分离新方法—混合模式层析，以天然可再生资源—纤维素为主要原料，实现直接溶解法制备纤维素微球，设计功能配基，制备新型混合模式层析介质，并建立计算机分子模拟方法探讨抗体一配基的分子作用机制，用于多种抗体对象的分离纯化过程开发。
  • 摘要：双截止防盗取样阀的设计原理和在生物发酵生产中的应用.该阀是一种组合式阀门,它的设计、试制和使用,成功的填补了国内外空白.主要应用于生物发酵罐的取样上,其特点是:一阀代二阀使用,节约了一半多的不锈钢材料;为了达到无菌状态,原取样系统需要24小时消毒灭菌,而本阀只是在取样前后各消15分钟,每天仅用3小时,节省大量能源;设有防盗装置,杜绝了菌种失窃的可能;并且操作简单,安装方便.
  • 摘要：本文较为详尽的阐述了基于现代信息技术的系统集成造就的生物过程装备在生物工业产业化项目中的应用特征，讨论了应用型生物工程专业《生物工程设备》教学改革的必要性与紧迫性，提出了如何应用现代教学方法与手段实施内容更加丰富多彩的生物设备课程的教学与实践。
  • 摘要：发酵工程是利用微生物进行大规模生产的工程技术,属于微生物学与工程学相结合的以产品生产为导向的一门应用技术领域.本文就是讨论发酵工程的基础理论研究及其对产业应用的重大影响.文章首先回顾了发酵过程优化与放大研究的历史进程，并认为工程学强调的是工程放大后的对象特性，它解决的是过程优化和放大问题，在方法学上强调通过简洁的工程归纳或模型来解决所遇到的工程问题。本文介绍的多尺度相关分析技术就是一种用于研究的工程学方法，把生物反应器中复杂的生物过程分解为不同尺度的特性研究，了解不同尺度的事件之间的关系。
  • 摘要：本文指出手性化学品在医药、农药、食品/饲料和功能材料领域具有广泛应用。如何高效、高选择性地生产高度光学纯的手性化学品仍然是亟待解决的挑战性课题。着重探讨了生物催化法的优势，并指出光学活性手性醇作为一种可以引入手性中心的重要砌块，在手性药物的合成中应用十分广泛。
  • 摘要：针对工业生物过程中微生物生理特性的理解与代谢能力的调控这一关键科学问题，综合运用系统生物学知识、代谢调控理论、基因工程策略和生化工程方法，以典型工业微生物为对象，从代谢能力和环境适应性等入手，阐释了影响微生物生理特性的关键因素，提出并实践了全局高效调控微生物代谢功能的新方法，提出的微生物发酵过程的优化控制策略包括:(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)基于辅因子调控的发酵过程优化技术。优化策略成功应用于多种产品的工业化生产中。
  • 摘要：本文以某工业气升罐结构参数改进为例，采用CFD仿真和FMT验证相结合的方法，研究气升罐气液传质特征参数(气含率、液相循环速度和体积氧传质系数kla)与发酵罐结构参数(内外筒直径比、喷嘴个数和安装位置等)的关系。给出了气升罐主要结构参数的优化设计方法和现有气升罐内部结构的改进方向。对于那些目前难以通过CFD仿真进行模拟的组件(如筛板)影响或流态特征变化(如流型随操作条件的转换)，则可通过冷模实验的数据处理加以评估。
  • 摘要：本文研究了维生素C前体2-酮基-L-古龙酸(2-KGA)混菌发酵中巨大芽孢杆菌(俗称大菌)与酮古龙酸菌菌(俗称小菌)之间的耦合关系.研究发现:大菌通过群体感应调整自身生长行为,大菌活菌代谢物及其自溶物质弥补小菌代谢缺陷促进小菌生长,小菌可能通过释放溶茵酶促使大菌自溶,大菌自溶释放一些蛋白酶类物质提高小菌山梨糖脱氢酶(SDH)活性从而加速产物形成.基于以上结果，本文建立了2-KGA混菌发酵的动力学模型，并利用四组不同条件下的实验数据验证了该模型的有效性。论文进一步给出了模型参数的灵敏度分析结果。
  • 摘要：阿卡波糖临床上广泛用于治疗Ⅱ型糖尿病.对实验室选育的一株耐高渗应激的、阿卡波糖产生菌ZJB-08196进行了微生物鉴定,该菌株属于Actinoplanes utahensis.A.utahensis ZJB-08196适宜的渗透压范围介于309-719 mOsm kg-l之间.揭示了小分子物质介导的阿卡波糖合成促进机制，A.utahensis ZJB-08196摇瓶分批发酵单位4210mg l-1;分批发酵动力学揭示，阿卡波糖属于部分生长偶联型次级代谢产物。采用摇瓶间隔补料发酵，阿卡波糖发酵单位4878 mg l-1，较摇瓶分批发酵提高了15.9%。研究了商品化阳离子交换树脂吸附阿卡波糖的吸附平衡、吸附热力学及吸附动力学。吸附平衡实验表明，考察树脂的阿卡波糖平衡吸附容量在研究范围内随温度升高而增大，吸附等温线符合Langmuir模型。除离子交换外，阿卡波糖吸附过程存在化学吸附。该吸附过程吸热，升高温度促进阿卡波糖吸附。在最优的层析条件下，从A.utahensis ZJB-08196发酵液中分离阿卡波糖的回收率达到74.3%(w/w)。建立的阿卡波糖发酵和分离技术具有广阔的应用前景。
  • 摘要：纤维素是地球上最丰富的可再生资源之一,经纤维素酶降解后,可以分解为可溶性糖.然而,纤维素酶酶解具有一定的复杂性,底物抑制和产物抑制会导致酶解效率的大大降低.实验研究了在pH-pH敏感再生型两水相体系中降解纤维素的催化反应,可回收相体系由pH敏感聚合物PADB和PMDB组成,其中,纤维素酶通过EDC固定化在聚合物PMDB上,通过调节相体系中产物的分配系数,发现在加入40mM(NH4)2S04时,产物的分配系数可以达到2.45.此时，不溶性底物和固定化酶主要分配在下相，而产物分配主要在上相，纤维素酶在下相催化纤维素反应生成还原糖，之后产物进入上相，从而解决了产物抑制作用。研究发现，初始底物浓度为0.5%(w/v)的条件下，在该pH-pH敏感再生型两水相中降解纤维素，54h后反应达到平衡，此时还原糖的产率能够达到70.57%，与同等条件下单水相中还原糖的产率相比，提高9.3%。
  • 摘要：利用栀子苷培养基快速筛选β-葡萄糖苷酶产生菌,其中草酸青霉产酶水平较高.通过单因素实验、均匀设计及回归分析优化了发酵培养基配比和摇瓶产酶最佳条件:麸皮4％,牛肉膏0.2％,NaCl 0.1％,CuSO4 0.08％,EDTA 0.2％,KH2PO4 0.2％,初始pH 7.0,装液量20 mL/250 mL,温度30℃.发酵液上清中的酶活由最初的16.80U/mL提高到52.18 U/mL.
  • 摘要：研究了氨基酸添加对捷安肽素摇瓶发酵的影响。通过添加Asp、Asn、Glu、Gln、Pro、Ser、Thr、Lys和Tyr九种氨基酸,发现在发酵12h添加Asp和Asn对细胞生长和捷胺肽素产量都有明显促进作用,其最适添加浓度分别为160mg/L和200mg/L;添加Pro和Lys仅对细胞生长有明显促进作用,最适添加浓度均为200mg/L.在发酵24h添加Asp,Asn,Pro和Glu对捷胺肤素产量有明显促进作用，最适添加浓度分别为100mg/L.100mg/L,200mg/L和300mg/L:添加Gln.Ser和Lys对细胞生长有一定促进作用，其最适添加浓度分别为100mg/L.60mg/L和200mg/L。在此基础上，用响应面法进一步优化了氨基酸的混合添加策略，结果表明，在发酵12h,Asn,Lys和Pro最佳混合添加浓度分别为160.45mg/L,155.57mg/L和159.15mg/L，其细胞浓度提高了37.6%。在发酵24h,Gln,Ser和Lys最佳混合添加浓度分别为109.8mg/L.62.5mg/L和161.1 mg/L，其细胞浓度提高了13.48%; Asn,Glu和Pro最佳混合添加浓度分别为145.62mg/L,254.78mg/L和50.00 mg/L，捷胺肤素效价达到13118.2U，比对照提高了28.6%。进一步研究了氨基酸在捷安肤素5L发酵罐发酵时的变化规律以及流加氨基酸后对发酵中菌体代谢的影响。结果表明，各种氨基酸在发酵前期均被迅速消耗至低水平状态，而流加氨基酸对碳源和氮源的消耗速率有较大影响。在发酵5-lOh，维持发酵液中游离Asp,Glu和Pro浓度分别为123mg/L.77mg/L和25mg/L左右时，细胞浓度比对照提高了32.1%;捷胺肤素效价比对照提高了41%.
  • 摘要：肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)是天然的1,3-丙二醇(1,3-PDO)生产菌株,其甘油脱水酶(DhaB)和1,3-PDO氧化还原酶(DhaT)依次将甘油转化为3-羟基丙醛(3-HPA)和1,3-PDO.此过程需要的NADH通过甘油氧化途径提供,从而产生大量氧化的代谢副产物.3-经基丙酸(3-HP)也是重要的化学品，但天然菌株产量很低(最高约2.8g/L)。如果在K.pneumoniae中过量表达适当的醛脱氢酶，将3-HPA氧化，即可获得3-HP，同时产生NADH，可供1,3-PDO合成之用。我们的前期研究显示，在K.pneumonia。中过量表达大肠杆菌醛脱氢酶基因aldH，重组菌K.pneumoniae/pUC 18kan-aldHec在5-L罐厌氧发酵可生产24.4 g/L的3-HP和49.3 g/L的1,3-PDO。虽然dha操纵子的表达受到氧的抑制，但供氧有利于外源基因aldH的表达，因此对K pneumoniae/pUC18kan-aldHec。进行了不同通气条件的微好氧补料分批发酵，考察通气对两种代谢物合成的影响。结果表明细胞生物量、3-HP的生产与通气呈正相关，甘油消耗、1,3-PDO的合成呈负相关，通气速率1.5 vvm和搅拌转速400 rpm下获得了最高的3-HP浓度和得率，分别为48.9g/L和0.41 mol/mol,而1,3-PDO浓度和得率分别降为25.3叭和0.25 mol/mol，二者对甘油的得率和为0.66 mol/mol。随着通气的提高，3-HP的比生产速率(qHP)增加，而1,3-PDO的比生产速率(qPDO)下降，二者之和(反映了通过甘油脱水酶途径的流量)下降，显示通气影响DhaB活性和3-HPA的合成。本研究显示，通过调节通气，可以有效控制3-HPA流向3-HP和1,3-PDO途径的分流比，调整生产的3-HP和1,3-PDO的比例。
  • 摘要：在摇瓶水平上,研究了不同豆粉及其组成对棒状链霉菌发酵合成克拉维酸(CA)的影响.研究结果表明,豆粉组成对克拉维酸合成有明显影响,使用A豆粉比使用B豆粉克拉维酸效价高11.3％.对A、B两种豆粉进行氨基酸分析,得到五种在A、B两种豆粉中含量差异较大的氨基酸.在摇瓶水平上研究这五种氨基酸对Streptomyces Clavuligerus发酵合成克拉维酸的影响。结果表明当鸟氨酸、苏氨酸和谷氨酸浓度分别为2g/l,2g/l和2.5g/l时，克拉维酸效价分别提高了13.5%, 18.4%和26.5%。而当缬氨酸和甲硫氨酸浓度为0.5g/l和1.0g/l时，克拉维酸效价分别降低了17.2%和14.2%。鸟氨酸和谷氨酸的添加为克拉维酸的合成提供了前体和中间代谢产物，有利于克拉维酸的合成。苏氨酸与CA合成并无直接关系，其对克拉维酸合成的促进作用机理尚不清楚。撷氨酸和甲硫氨酸均有利于S.Clavuligerus合成头抱菌素C，从而使代谢朝着合成头抱菌素C方向进行，因而克拉维酸合成量减少。
  • 摘要：将代谢工程方法应用于1,3-丙二醇生物炼制，针对3-轻基丙醛致死性积累问题，从增强菌株自身抗逆性出发，将聚轻基丁酸(PHB)途径引入克雷伯氏菌，工程菌对3-轻基丙醛耐受力显著提高。PDO产量可达到80.5 g/L，较对照菌提高9%。针对副产物乳酸积累产生抑制，并造成后提取困难的问题，构建了乳酸脱氢酶缺失的菌株，工程菌乳酸产量减少了94%,1,3-丙二醇增加了7.0%。针对克雷伯氏菌细胞荚膜多糖造成后提取困难，构建了英膜基因缺失的工程菌，发酵液平均粘度降低35%，平均过滤速度提高1倍。同时也提高了克雷伯氏菌的生物安全性。
  • 摘要：对本研究室保存的一株ε-聚赖氨酸生产菌淀粉酶产色链霉菌(Streptomyces diastatochromogenes Cbγ4)进行传统的物化诱变(亚硝基胍、紫外与氯化锂复合诱变),然后经过含抗性物质(AEC、L-甘氨酸、L-苏氨酸)的初筛平板,亚甲基蓝复筛平板,挑取了有代表性的170株菌进行摇瓶初筛,选取了38株菌进行摇瓶复筛,最后筛选出一株表现最为优异的ε-聚赖氨酸生产菌6#-7,产量为0.775±0.046g/L,比相同条件下的出发菌株0.545±0.007 g/L提高了42.2％,并且发酵72 h pH为4.82,远高于出发菌株此时的pH3.20,对6#-7继续培养至120 h时ε-聚赖氨酸产量为1.241±0.015 g/L,可见,在发酵后期6#-7比出发菌株具有更高的菌体活力.经过5次传代发酵实验证明该菌株发酵性能稳定.
  • 摘要：针对不同生产性能的菌株,通过组学手段研究其生产过程中胞内外生物分子与环境因素的动态变化,发现高产、抗逆的分子机制,鉴定高产菌株仍然存在的代谢瓶颈与缺陷,通过高效的分子操作技术实现对生产菌株的基因组改造,以高通量筛选技术进一步优化所获得菌株的生产性能,所有这些技术构成了新一代的系统生物技术的基础.系统生物技术为传统发酵工业的升级换代、为新兴工业生物技术产品的研制开发开启了光明的大门。本报告简述系统生物技术的科学内涵与技术进展，汇报实验室部分相关工作。
  • 摘要：本研究以即墨老酒的传统生产工艺为基础,将海参酶解得到的全营养液作为添加成分,建立了一种发酵型海参功能性黄酒的生产工艺.首先,通过单因素试验确定木瓜蛋白酶为最优水解酶,并得到最佳酶解条件:料液比5∶1,酶解时间8～10h,酶解温度50℃.在此条件下，得到富含海参多肤、海参多糖等功能活性成分的海参全营养液，并测得其水解度达到30.14%，多肤含量和多糖浓度分别为13.2%,2.31mg/mL。为保证海参营养成分能够更好地融入黄酒中，实验根据黄酒的实际生产工艺，添加海参酶解液参与黄酒的发酵过程，干海参添加量为干米质量的2. 5%,于原料蒸煮时添加海参酶解液以保证糖化发酵的温度稳定、易控，糖化温度为60℃、入缸温度为280C、发酵温度为30±2℃进行发酵。海参黄酒最终成品呈现明亮红棕色，具有黄酒特有的醇香，无腥味，无杂质沉淀。最后通过分析发现，采用该工艺生产的海参黄酒与对照黄酒(不加海参)相比，游离氨基酸由1.267g/L增加到1.684g/L，功能性低聚糖含量由5.581g/L增加到8.021g/L，硫酸根含量由0.031g/L增加到0.064g/L，同时新增加了两种海参特征单糖—氨基半乳糖(GalN)和葡萄糖醛酸(G1cA)。分析结果表明:本实验建立的生产工艺能将海参的多种有效成分成功的转化到黄酒中，开发出的新型海参功能性黄酒具有极高的营养价值。
  • 摘要：以曼地亚红豆杉为材料,取其一年生茎、叶和树皮,经在75％酒精和0.1％升汞溶液中漂洗及用无菌水冲洗消毒后,接种于PDA固体平板培养基于生化培养箱中培养.当菌丝长出时,挑出并转接至新鲜PDA固体培养基中.采用平板划线法和稀释布涂法进行分离纯化,最后转接至试管斜面中培养.从中共分离得到25株内生真菌。以内生真菌的培养液作为诱导子加入培养13d的曼地亚红豆杉细胞悬浮液中，诱导紫杉醇的产生。采用紫外分光光度法测定紫杉醇含量，结果显示，和对照相比，内生真菌的培养液能促进曼地亚红豆杉紫杉醇的合成，最高紫杉醇含量是对照组的2.12倍。
  • 摘要：研究了以木糖渣为碳源时斜卧青霉JUA10-1补料分批发酵工艺过程酶动力学及控制.摇瓶实验结果显示,补料配方中含有木糖渣及一定量氮源时滤纸酶活增长显著,补料时机控制在发酵1.5天至3天为宜.同时,实验中发现发酵后期胞外蛋白量出现明显下降的情况,分析原因可能与营养物减少、pH值过高有关.在5L全自动搅拌式发酵罐中，分别于38小时和72小时各补料一次，滤纸酶活最终达到18.9IU/ml，此时容积生产率为158IU/L/h。发酵后期通过控制pH值和降低搅拌转速明显改善了纤维素酶在发酵液中的稳定性，确保产量。
  • 摘要：以本实验室保存的吸水链霉菌(S.hygroscopicus FMT11)为出发菌株,结合雷帕霉素生物合成途径,以提高雷帕霉素发酵强度为目的,摇瓶条件下,在发酵初始期,对影响雷帕霉素合成前体氨基酸进行筛选,发现赖氨酸盐酸盐、酪氨酸及谷氨酰胺能提高雷帕霉素发酵产量,并结合响应面优化方法,获得最佳的浓度氨基酸混合物(L-赖氨酸盐酸盐2％、L-酪氨酸0.4％、L-谷氨酰胺0.3％);同时在产物合成期,72小时补加速效氮源玉米浆和硫酸铵能有效提高产量,分别添加玉米浆0.6％和硫酸铵浓度0.2％,雷帕霉素产量分别提高了6.88％和9.47％.基于摇瓶研究，在7L发酵罐尝试建立雷帕霉素发酵过程多阶段强化工艺，即在发酵初始添加L-赖氨酸盐酸盐2%,L-酪氨酸0.4%,L-谷氨酰胺0.3%，提高前体供应流;同时在产物合成期补加硫酸按0.2%，提高产物合成代谢流，实现了雷帕霉素高效生产。发酵结果表明，204h雷帕霉素发酵产量达到860.6m叭，产率达到4.21mg/l·h)，分别比原始工艺提高了181.7%和131.32%，发酵水平尚未见文献报道。同时在提取工艺上，以高速逆流色谱核心，尝试建立了雷帕霉素快速分离纯化工艺方法，发酵菌丝体经丙酮、乙酸乙酯粗提后，采用高速逆流色谱法(HSCCC)分离纯化。流动相筛选表明以正己烷-乙酸乙酯-乙醇-水(7:5:5:5,v/v)为两相溶剂系统，上相为固定相，下相为流动相能实现较好的分离。在优化条件下，从菌丝体粗提物中一步纯化得到雷帕霉素，纯度为89.97%，纯化回收率达90%以上，同时通过ESI-MS初步分析该杂质主要为其同分异构体，含量为8.79%。
  • 摘要：本研究以Basillus.licheniformis WX-02为研究对象,研究了甲酸钠处理对B.licheniformis WX-02生物合成γ—聚谷氨酸(γ-PGA)的影响.结果表明,在培养基添加0.5％的甲酸钠时,其γ-PGA产量相比对照提高了106％,单位菌体的产量提高了326％,谷氨酸钠表观转化率提高了208％,γ-PGA分子量明显增大.另外，添加甲酸钠后胞内的ATP,ADP和AMP的含量明显增加，说明甲酸钠可能促进了B.licheniformis WX-02的腺普酸代谢，用于提供细胞代谢所需的能量。添加甲酸钠后B.licheniformis WX-02胞内的G6P,F6P、柠檬酸、a-酮戊二酸和谷氨酸的含量增加，苹果酸的含量基本不变，而未检测到谷氨酞胺，这说明甲酸钠可能增强了葡萄糖向细胞内的转运，促进了柠檬酸循环向合成谷氨酸途径的转化，减弱了谷氨酸向谷氨酞胺的转化，从而增强了B.licheniformis WX-02合成γ-PGA的能力。
  • 摘要：本研究利用图论分别对丁醇发酵中丁醇/丙酮比和谷氨酸发酵中谷氨酸得率进行了理论估算与预测,并通过相关实验结果证实了估算结果的可靠性.在丁醇发酵产溶剂期,乙酸与丁酸的生成途径、消耗途径同时存在,各自形成一个闭合路径.利用图论对丁醇代谢网络估算结果表明:影响丁醇/丙酮比最主要的因素是丁酸闭合路径(丁酸环)的代谢强度(强度)，并且丁酸环强度越小丁醇/丙酮比越高。实验结果证实了以上结果:与玉米原料丁醇发酵相比，木薯(添加酵母浸粉)发酵的丁酸环强度较弱，丁醇/丙酮比在传统发酵、油醇萃取发酵和生物柴油萃取发酵中，分别提高了12.9%，61%和6.7%，而且相应发酵方式生产效率与玉米发酵持平。谷氨酸发酵的代谢网络更为复杂，具有多条向前支路和多个闭环路径。图论估算和酶学分析的结果表明:丙酮酸、异柠檬酸和a-酮戊二酸节点处的分配比是影响谷氨酸得率的主要因素;丙酮酸羧化酶和异柠檬酸脱氢酶的活性越高，α-酮戊二酸脱氢酶活性越低，谷氨酸得率就越高。实验结果表明:添加NaHC03并调节pH的发酵批次，丙酮酸羧化酶和异柠檬酸脱氢酶的活性明显提高，α-酮戊二酸脱氢酶活性相对较低，谷氨酸得率提高了36%，与计算结果一致。
  • 摘要：本实验通过提高培养基中无机氮磷水平同时降低有机氮磷水平,研究了无机氮磷对重组菌ZL1004红霉素发酵过程的影响.初始培养基中硫酸铵从0.3％增加到0.8％,豆粉从3.0％降到2.0％,同时增加0.022％磷酸二氢钾以维持消后溶磷在70ug/ml左右,结果发现:红霉素化学效价和eryA组分分别由原来的10764u/ml和8141u/ml增加到ll041u/ml和8770u/ml,增幅为2.57％和7.73％;培养基中硫酸铵含量增加到0.8％使得发酵过程从40h到80h出现了铵离子的积累,约为20mmol/L,初步认为是未用完的硫酸铵,铵离子的积累导致此过程pH偏低,补糖量下降,与对照相比,补糖量由82.3g/L降到49.21g/L,降低40.21％,但补糖量的降低并未影响过程效价,从而降低了补糖成本;由于豆粉含量的降低,发酵体系中有机磷含量下降,100h左右出现的菌体“二次生长”现象消失,发酵液黏度由原来的1500cp(mPa.s)降到826cp,有效解决了后期黏度增高导致的提取过程膜过滤困难的问题;同时磷含量的降低使得后期菌体量不会有明显的增加,不会出现明显的次级代谢向初级代谢转换的情况,有利于代谢流量流向红霉素合成的方向,利于维持高速的红霉素合成速率.
  • 摘要：通过液体培养实验、滤纸片实验和固体平板培养实验来确定木葡糖酸醋杆菌(Gluconacetobacter xylinum)CGMCC 2955对氨苄青霉素、卡那霉素、硫酸庆大霉素、青霉素、硫酸链霉素、盐酸四环素、壮观霉素和氯霉素的抗生素敏感性.根据观察结果缩小抗生素浓度范围并最终确定了上述抗生素在不同培养状态下对木葡糖醋杆菌CGMCC 2955的最低抑制浓度。结果发现木葡糖酸醋杆菌CGMCC 2955细胞对青霉素完全不敏感;高浓度的氯霉素和氨节青霉素溶液可抑制其细胞生长;卡那霉素、硫酸庆大霉素、硫酸氯霉素、盐酸四环素和壮观霉素在浓度很低时就抑制其细胞生长。本研究为木葡糖酸醋杆菌的筛选纯化及基因操作等研究提供了理论依据及参考数据。
  • 摘要：针对某些机理复杂的化工过程,其仅已知部分机理或机理未知,且工业生产过程累积大量、受到各种因素干扰的生产与分析数据等特点,研究多源数据信息、多种模型化方法有机智能融合与集成的混合建模方法,通过优化校正、数据挖掘、各类模型的互嵌、以及先验知识融合等技术,将石油化工过程中不同性质的数学模型(机理与智能)、不同来源的数据(实验室数据与工业过程数据)、不同结构的信息和知识(先验的定性知识与样本数据中隐含的工业装置的定量规律)进行融合描述,拓展单一模型、单一数据源的局限性,建立一体化的、能够深刻刻画化工过程综合复杂特征的混合智能模型;相关研究应用于复杂石油化工反应过程(如对二甲苯氧化反应过程、粗对苯二甲酸精制加氢反应过程等)、复杂精馏过程(如溶剂脱水塔)建模与优化,获得良好的工业应用效果.
  • 摘要：以木薯和玉米粉为原料,使用丙丁梭菌Clostridium acetobutylicum ATCC824开展丁醇发酵.结果表明,相比与传统玉米粉丁醇发酵,以木薯为原料并适时添加酵母浸粉浓缩液的丁醇发酵(间歇发酵/萃取发酵),产气中H2/CO2显著降低,丁醇得率提高5-20％左右,且丁醇生产速度基本不变.使用木薯原料时丁醇得率的提高得宜于:1)加入酵母浸粉可大幅提高CoA-转移酶编码基因ctfAB转录水平近15倍，促进了发酵从产酸相向产溶剂相的转型;2)添入酵母浸粉后，有利于丁醇合成的前提物质天冬氨酸族氨基酸和组氨酸大量积累;3)丁醇合成所需辅因子NADH再生速度rNADH=2rco2(1-rACE/rco2-0.5×rH2/rco2)显著提高，且该速度由木薯原料自身决定，添加电子载体(如中性红等)无法改变NADH再生速度。
  • 摘要：作为一种非传统型酵母,树干毕赤酵母(因其宽广的碳源代谢能力而成为纤维素乙醇的潜在生产菌.为了更好的从系统层次理解从www.uniprot.com数据库中下载已公布的S.stipitis全基因组序列,采用自行编写的基于Matlab的程序,通过比较基因组学(Blastp)和KAAS的研究方法,整合生化数据库和文献组学的数据,构建具有基因-蛋白质-反应(gene-protein-reaction)关联的基因组规模代谢网络模型1TL885.所构建的模型包括1240个反应、870个代谢物和885个基因，分布在4个亚细胞系统。注释具有代谢功能的基因占全部基因的13.2%。借助这一模型，深入解析了树干毕赤酵母的生理特性:(1)注释获得了49个糖转运子，阐释了S.stipitis高效利用不同碳源的分子机制;(2)获得了以葡萄糖为碳源时的最小基因集合(110个必需基因和158个必需生化反应);(3)结合不同碳源(葡萄糖和木糖)的转录组数据，解析了制约乙醇和唬拍酸高效合成的限速步骤;(4)模拟了利用木糖发酵生长乙醇和乳酸，鉴定了潜在的基因敲除靶点来提高目的产物的产量。本研究所构建的S.stipitis的代谢网络模型不仅在一定程度上阐述生理代谢特点，指导代谢工程改造等，更为系统整合分析蛋白质组、转录组、代谢组和文献组等各种组学数据提供了有效的平台。
  • 摘要：珍贵束丝放线菌橙色变种可以生产一种十分有潜力的抗生素安丝菌素,但到目前为止其发酵水平产量较低.通过代谢网络分析发现,6-磷酸葡萄糖(G6P)会有部分流量流向安丝菌素生物合成并生成其生物合成的起始单位,同时糖酵解(EMP途径)和三羧酸循环途径(TCA途径)中一些中间代谢物会提供其后续合成前体.通过13C示踪分析其代谢流量分布，发现其PP途径流量所占比例约为35%。对编码6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的基因进行改造，将中心碳代谢分布重排，磷酸戊糖途径(PP途径)流量所占比例降至约20%, EMP途径所占比例没有明显变化，安丝菌素主要有效成分AP-3在葡萄糖合成培养基中发酵产量从约4mg/L提高至约lOmg/L，同时在天然培养基发酵生产AP-3过程中也能达到同样增幅。PP途径的弱化使得部分流量迁移至安丝菌素的生物合成从而提高了其产量。
  • 摘要：脂肪氧合酶(Lipoxygenase,ECl.12.11.12,简称LOX)广泛存在于植物组织中,它是一种含非血红素铁的酶,专一性催化含有顺,顺-1,4-戊二烯单元的多不饱和脂肪酸(如,亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等)的氧合作用,生成脂肪酸的氢过氧化物.这些过氧化合物可对面粉及鱼油等食品中的胡萝卜素进行漂白;对蛋白质、油、淀粉、植物纤维或它们的混合物进行交联;用于绿色香料、植物激素等的合成。因此，LOX具有广泛的市场需求。NCBI基因组数据库的比对结果表明，铜绿假单胞菌含有LOX基因。以铜绿假单胞菌基因组为模板，通过PCR技术扩增得到LOX基因，将该基因插入到大肠杆菌表达载体pET22b的NdeⅠ-HindⅢ位点，并转化至大肠杆菌Rosetta(DE3)得到LOX重组菌。250 mL摇瓶发酵结果表明，20℃及1 mM IPTG诱导50 h，重组菌胞外最高酶活达32000 U/mL.3L罐发酵结果表明，在相同诱导条件下重组菌胞外最高酶活可达到30000 U/mL。以10%甘油为保护剂，经过硫酸钱沉淀、阴离子交换对蛋白进行纯化，得到电泳纯的脂肪氧合酶。
  • 摘要：本文将介绍目前高细胞浓度微生物一次性反应器的研发现状，并说明50升XDR系统的研发过程(美国最早应用于微生物高浓度发酵的一次性生物反应器，2009)。通过具体的研究开发Pichia酵母以及大肠杆菌高浓度发酵过程在XDR系统中的应用实例，进一步说明微生物高浓度一次性生物反应器的应用前景和潜力。
  • 摘要：本文采用自制三电导探针来研究四种组合的多层搅拌槽内的局部气含率、气泡尺寸分布、气液相界面积以及气泡的速度。每种桨型所形成的局部气含率，气泡尺寸分布具有很大的差异，多相搅拌反应器内的局部气含率分布及气泡尺寸分布均与反应器内液相流场密切相关。利用微电导电极获得多相反应器的混合时间。3RT组合的混合时间最长，3kcxu的混合时间最短。随着通气量的增加，混合时间增加。在低转速时，通气能够缩短混合时间。本文获得了一些桨型组合气液性质的经验关联式，为该类反应器的工业设计提供有益参考。
  • 摘要：华根霉(Rhizopus chinensis CCTCC M201021)膜结合脂肪酶(mb-RCL)具有较强的非水相催化合成活性,在生物香料、生物柴油等领域具有较好的应用前景.本研究根据华根霉菌体形态与其脂肪酶合成活性的关系及其液态发酵的生物学特性和要求,在改进了搅拌桨及添加导流筒的搅拌式发酵罐中进行该脂肪酶的“形态工程”液态发酵研究.通过对发酵罐装置的冷模特性研究，利用可视化计算流体力学CFD流场模拟分析及对发酵过程中发酵液流场特性示踪模拟，提出较优操作参数。调整发酵液流型促使华根霉菌丝聚集生长及促进橄榄油在发酵液中的分散。最终使得华根霉脂肪酶mb-RCL单位菌体酶活达到324.78 U/g，菌体干重量达到19.08 g/L，发酵单位体积总活力达到6196.88 U/L，液态发酵水平提高了5.5倍。
  • 摘要：基于我国动物细胞培养相关生物制品产业化生产的技术现状,提出基于系统生物技术的动物细胞大规模培养过程优化与放大技术的研究策略,旨在解决动物细胞培养相关生物制品生产过程优化与放大的关键技术和相关装备技术,在多参数相关分析的过程优化与放大理论方法指导下,把细胞株、培养基、大规模培养工艺和生物反应器装备技术研究有机结合起来,实现工艺和装备的一体化,形成动物细胞大规模培养的过程工艺与装备技术集成.
  • 摘要：以浙江国光生化股份有限公司苏氨酸生产270 M3发酵罐为研究对象,应用计算流体力学(CFD)模拟生产中相同溶氧所需的转速和最大通气量.模拟结果发现原有设备存在缺陷,并据此提出了减少发酵罐中上部冷却盘管,每隔两圈去掉一圈的改进方案.设备改装后,再次进行CFD模拟获得了更为合理的转速与通气量参数.将模拟得到的参数应用于生产后的原始记录表明，发酵罐中部溶氧状况比未改造前溶氧有改善，特别是发酵1828小时，从改造前的接近0%达到改造后的10%。进一步从流体力学角度对发酵罐上中下搅拌桨组合进行了优化，将模拟优化结果用于该厂苏氨酸实际生产发酵过程。首罐结果表明，优化后产酸率从原来的9.0%提高到了10.5%。连续十批次生产改造后实际产酸率提高8～12%。
  • 摘要：在进行普通小球藻的自养研究中，细胞干浓度(DCW)最大只能达到0.5g/L，为了提高其细胞浓度，我们提出了一个二阶段的培养模式，即首先进行自养培养，在自养培养中我们利用自动补加磷酸盐将其pH控制在8.0左右，当细胞干浓度达到0.4g/L时，在培养基中加入10 g/L的葡萄糖使其进行异养培养，过程中我们通过监测其CER和OUR，可以明显的发现不同培养模式时CER和OUR的差异，可以评估培养的状况。培养结束时，细胞干浓度达到6 g/L，同时细胞内粗脂含量由自养的20%提高到二阶段培养的35%，能够为大规模培养制备生物柴油提供一定的理论基础。
  • 摘要：设计了一种采用立体角镜与固定平面镜组合的傅立叶变换红外光谱仪,用于生物过程的实时在线监测.光谱仪的核心光学部件包括:一对立体角镜,两面相互垂直的固定平面镜与分束器.为了提高光谱仪的调制效率与信噪比,对核心部件的加工与装配误差进行计算与分配,优化了仪器的设计指标.光谱仪的动镜系统采用角镜与折返镜组合的方式，能够克服角镜的倾斜与横移，提高仪器的抗震性与重复性;有效的折叠了光路，使仪器结构紧凑，光程差为动镜移动距离的4倍，提高了仪器的分辨率。通过实际测试表明，仪器的分辨率优于4cm-1，信噪比达到2000:1，能够满足目前常规生物过程应用需求。
  • 摘要：针对能源微藻培养监控系统具体需求,选用CAN总线构建主从式总线网络,研制了一种基于STM32F107来构建采集从节点和控制从节点的软硬件设计方法.监控主机采用组态王6.53来实现现场数据的实时显示、数据库存储、实验流程组态和现场情况的Web发布.经调试结果表明:本监控系统可在波特率为9600 bit/s下正常运行,有较高的稳定性和功能可扩展性,在生物能源领域中有广阔的应用前景.
  • 摘要：生物传感器必须具有良好的稳定性和灵敏度,这就要求蛋白质或酶经固定后有高的剩余活力.影响酶剩余活力的因素主要有:1)固定过程中的化学损伤,这种情况尤其发生在大面积的交联反应和共价结合反应,使蛋白质构象发生不利于反应的变化;2)酶分子不适合的空间取向使得与底物发生邻近定向效应受阻,催化作用减弱;3)酶分子分布密度不均,导致制成的生物敏感膜互换性差.
  • 摘要：本文研究了OUR对于拟干酪乳杆菌在微耗氧发酵生产L-乳酸过程中的应用和控制,从而大幅提升了L-乳酸的生产效率.过程尾气质谱仪能够快速、有效、精确地测量发酵过程尾气中多种气体成分,从而能够实时获得发酵过程中微生物的重要生理参数OUR,克服了以往微生物在微耗氧发酵过程中OUR难以精确,快速测定的困难.此外，通过过程中溶氧和ouR曲线的特征变化，发现后期控制较低ouR水平的两阶段控制策略能够有效提高拟干酪乳杆菌的乳酸生产速率以及葡萄糖乳酸转化率，达到了3.44 g/L/h和90.12%，较全程OUR不变策略下分别提高了20.2%和13.2%。同时通过胞外有机酸的测定，表明后期低OUR水平能够减小丙酮酸向乙偶姻方向的代谢流量，从而更多的合成乳酸。

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