《有機(jī)酸發(fā)酵》丙酮酸發(fā)酵過(guò)程中光滑球擬酵母過(guò)程功能的強(qiáng)化

1、丙酮酸發(fā)酵過(guò)程中光滑球擬酵母過(guò)程功能的強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵過(guò)程中光滑球擬酵母過(guò)程功能的強(qiáng)化江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室第二章第二章第三章第三章緒論緒論第一章第一章第四章第四章調(diào)配維生素供給方式強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過(guò)調(diào)配維生素供給方式強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過(guò) 程功能程功能奇異流加葡萄糖強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過(guò)程功能奇異流加葡萄糖強(qiáng)化丙酮酸生產(chǎn)的過(guò)程功能基于動(dòng)力學(xué)模型調(diào)控溫度強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵的過(guò)程功能基于動(dòng)力學(xué)模型調(diào)控溫度強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵的過(guò)程功能論文主要內(nèi)容論文主要內(nèi)容江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室立題背景和意義立題背景和意義第一章基于

2、微生物反應(yīng)原基于微生物反應(yīng)原理的過(guò)程功能強(qiáng)化理的過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)技術(shù) 基于系統(tǒng)觀點(diǎn)的生物基于系統(tǒng)觀點(diǎn)的生物反應(yīng)過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)反應(yīng)過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù) 基于輔因子工程的生物基于輔因子工程的生物 反應(yīng)過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)反應(yīng)過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)基于微生物代謝特性分階基于微生物代謝特性分階 段培養(yǎng)的過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)段培養(yǎng)的過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù) 基于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的基于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的發(fā)酵過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)發(fā)酵過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù) 基于代謝通量分析基于代謝通量分析(MFA)的發(fā)酵過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)酵過(guò)程功能強(qiáng)化技術(shù) 微生物性能微生物性能 v過(guò)程性能過(guò)程性能 v生理性能生理性能 本課題的目的在于：開(kāi)發(fā)生物基產(chǎn)品制造過(guò)程中

3、的過(guò)程功能強(qiáng)化策略，有效地提高某些重要發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室基于代謝通量分析(MFA)優(yōu)化T. glabrata生產(chǎn)丙酮酸的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境條件 李寅通過(guò)構(gòu)建T. glabrata WSH-IP303菌株以葡萄糖為唯一碳源，以氯化銨為唯一氮源發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸的代謝網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用代謝通量分析(MFA)方法，得到了不同初始維生素濃度和不同相對(duì)溶氧水平下T. glabrata WSH-IP303菌株的胞內(nèi)代謝通量分布。結(jié)合發(fā)酵過(guò)程中胞內(nèi)代謝通量分布的變化情況，提出一系列發(fā)酵優(yōu)化策略。國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展基于調(diào)控能量代謝提高光滑球擬酵母生

4、產(chǎn)丙酮酸的速度 劉立明認(rèn)為，降低胞內(nèi)ATP含量能顯著提高PFK活性和葡萄糖消耗速度以及丙酮酸生產(chǎn)速度，葡萄糖消耗速度的增加是糖酵解途徑中關(guān)鍵酶PFK活性和PK活性增加所導(dǎo)致?；诖嗽趯?duì)光滑球擬酵母能量代謝途徑進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，利用誘變育種的方法，選育出一系列能量代謝發(fā)生改變的菌株，并結(jié)合外部環(huán)境提出一系列發(fā)酵優(yōu)化策略。基于輔因子手段實(shí)現(xiàn)丙酮酸代謝過(guò)程的“開(kāi)/關(guān)”控制 黃慧娟和劉立明認(rèn)為，而微生物細(xì)胞內(nèi)輔因子的形式和濃度是改變和優(yōu)化微生物過(guò)程功能的關(guān)鍵性因素。而且對(duì)于依賴(lài)輔因子的代謝途徑來(lái)說(shuō)，輔因子的形式和濃度是決定代謝流的流向和通量大小的關(guān)鍵性因素。以光滑球擬酵母中丙酮酸和-酮戊二酸(-K

5、G)的代謝為研究模型，研究了輔因子(維生素和金屬離子)濃度對(duì)碳代謝流的調(diào)控。第一章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室C 丙酮酸發(fā)酵為營(yíng)養(yǎng)缺陷型發(fā)酵，限制性基質(zhì)的過(guò)量添加將導(dǎo)致細(xì)胞的過(guò)量生長(zhǎng)和目的產(chǎn)物的得率降低。以往的丙酮酸發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)缺陷因子均為發(fā)酵初期一次性添加。 C 葡萄糖濃度對(duì)丙酮酸發(fā)酵影響較大，進(jìn)一步強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵過(guò)程中T. glabrata的過(guò)程功能，需使不同發(fā)酵階段中葡萄糖濃度處于最適水平。而采用合適的葡萄糖流加策略能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。T. glabrata發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸存在的問(wèn)題發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸存在的問(wèn)題 第一章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南

6、大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室C 溫度通過(guò)影響T. glabrata的能量代謝從而影響丙酮酸積累的效率。盡管王翠華等系統(tǒng)研究了溫度對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響，但并未提出相應(yīng)的控溫策略。C 利用發(fā)酵過(guò)程參數(shù)，通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型解析影響發(fā)酵過(guò)程功能的關(guān)鍵因素，提出相應(yīng)調(diào)控策略強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程功能，最終提高丙酮酸發(fā)酵的效率的研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。 T. glabrata發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸存在的問(wèn)題發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸存在的問(wèn)題 第一章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室研究?jī)?nèi)容: (3個(gè)部分)本課題的研究思路和內(nèi)容本課題的研究思路和內(nèi)容第一章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大

7、學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室本課題的研究思路和內(nèi)容本課題的研究思路和內(nèi)容第一章分階段控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從底物供給水平的角度上強(qiáng)化動(dòng)力學(xué)模型手段環(huán)境條件從生產(chǎn)的調(diào)控和發(fā)酵過(guò)程控制上認(rèn)識(shí)提高生產(chǎn)效率江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室第二章120 g/L初始葡萄糖濃度下的丙酮酸發(fā)酵過(guò)程起始(0-16 h)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分而且主要用于細(xì)胞生長(zhǎng)，16 h左右時(shí)，和逐漸從0增加到0.079 h-1 和0.165 h-1；和保持在0.15 h-1 和0.03 h-1以上(17-34 h)，然后下降但高于0.01 h-1 和0.02 h-1(35-64 h)；與此同時(shí)，丙酮酸對(duì)

8、葡萄糖的得率逐漸從16 h的0.43 g/g 增加到64 h的0.72 g/g；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡，和降低至0。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室(A) 20 g/L glucose; (B) 2 g/L NH4Cl; (C) 1 mL/L vitamin; (D) 20 g/L glucose and 2 g/L NH4Cl; (E) 20 g/L glucose and 1 mL/L vitamin; (F) 2 g/L NH4Cl and 1 mL/L vitamin; (G) 20 g/L glucose, 2 g/LNH4Cl and 1 mL/L

9、 vitamin. 維生素的匱乏是導(dǎo)致發(fā)酵后期細(xì)胞活力微弱、殘?zhí)禽^高的主要原因。補(bǔ)加維生素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響 補(bǔ)加實(shí)驗(yàn)G中營(yíng)養(yǎng)液后，共產(chǎn)生330克丙酮酸，比僅補(bǔ)加葡萄實(shí)驗(yàn)高37.5% ，比分批發(fā)酵實(shí)驗(yàn)高46.7% 。第二章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室維生素的初始添加量顯著影響丙酮酸的生產(chǎn)效率及細(xì)胞活力。 初始維生素濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響 第二章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室初始維生素濃度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和丙酮酸合成的影響 丙酮酸的生產(chǎn)效率取決于細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率，而比生長(zhǎng)速率由維生素的豐度決定。丙

10、酮酸的生產(chǎn)效率取決于細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率，而比生長(zhǎng)速率由維生素的豐度決定。第二章高初始維生素濃度時(shí)(14 ml/L)，細(xì)胞生長(zhǎng)的維持時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng)降低至以下0.04 h-1時(shí)，曲線(xiàn)斜率為丙酮酸對(duì)細(xì)胞的得率，隨初始維生素濃度的升高而逐漸降低。通過(guò)指數(shù)流加限制性因子通過(guò)指數(shù)流加限制性因子(維生素維生素)是否可將比生長(zhǎng)速是否可將比生長(zhǎng)速率控制在目的水平？以最終控制丙酮酸生產(chǎn)效率！率控制在目的水平？以最終控制丙酮酸生產(chǎn)效率！江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室分步指數(shù)流加維生素策略的提出 第二章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室在最優(yōu)

11、操作模式下的不同發(fā)酵階段分析 第二章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室分步指數(shù)流加維生素策略的提出 (1)共產(chǎn)生401.3 g丙酮酸，比分批發(fā)酵高75.3%。(2)細(xì)胞總量為82.4 g，比分批發(fā)酵高67.2%。(3)發(fā)酵殘?zhí)菑?.7 g/L, 降至2.1 g/L。(4)發(fā)酵時(shí)間從67 h延至92 h，生產(chǎn)強(qiáng)度(1.00 g/(Lh) )與分批發(fā)酵接近。第二章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室第二章本章結(jié)論本章結(jié)論 分批發(fā)酵后期，殘?zhí)禽^高時(shí)，添加適量維生素可以恢復(fù)細(xì)胞活力；(2) 不同的細(xì)胞比生速率決定了最終的丙酮酸生

12、產(chǎn)效率。通過(guò)指數(shù)流加維生素可將比生長(zhǎng)速率控制在設(shè)定值附近，但控制較高比生長(zhǎng)速率(set為0.05 h-1)時(shí)最終碳流較多較快的流向細(xì)胞生長(zhǎng)，導(dǎo)致丙酮酸生產(chǎn)強(qiáng)度(1.20 g/(Lh)較高而產(chǎn)率(0.56 g/g)較低；(3) 提出基于維生素指數(shù)流加的比生長(zhǎng)速率分步控制策略：在16-34 h時(shí)將set定為0.05 h-1，在34 h和64 h分別切換到0.02 h-1和0.01 h-1，使最終丙酮酸濃度、產(chǎn)率和和生產(chǎn)強(qiáng)度比分批發(fā)酵分別提高了34.5%、22.9%和6.9%。 江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室后續(xù)研究的思路后續(xù)研究的思路上述研究表明：維生素作

13、為丙酮酸向葡萄糖轉(zhuǎn)化的“開(kāi)關(guān)”來(lái)影響丙酮酸生產(chǎn)的效率，輔因子維生素的開(kāi)關(guān)控制決定了最終葡萄糖向丙酮酸轉(zhuǎn)化的得率和強(qiáng)度。維生素“開(kāi)關(guān)”的上游底物為葡萄糖，葡萄糖的添加量及供給方式對(duì)丙酮酸發(fā)酵的過(guò)程功能的影響如何？是否強(qiáng)化底物葡萄糖的供給會(huì)最終強(qiáng)化丙酮酸發(fā)酵的性能？江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建 第三章在一定的葡萄糖范圍內(nèi)(120 g/L)，菌體濃度隨著初始葡萄糖濃度的增加而增加；繼續(xù)增加葡萄糖濃度(120 g/L)則抑制了菌體生長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)胞比生長(zhǎng)速率下降。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工

14、工程研究室模型計(jì)算結(jié)果與不同初始葡萄糖下的丙酮酸分批發(fā)酵結(jié)果具有一致性。表明所擬合的模型較好地描述了丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程。 丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型的求解及驗(yàn)證 第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室高初糖濃度下丙酮酸合成、細(xì)胞生長(zhǎng)抑制嚴(yán)重；低初糖濃度下，無(wú)法獲得充足發(fā)酵底物。葡萄糖流加發(fā)酵勢(shì)在必行！ 丙酮酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型分析 第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室當(dāng)四次補(bǔ)糖時(shí)(E4)，丙酮酸產(chǎn)量和得率分別達(dá)到78.3 g/L和4.96 g/g，分別比E1，E2和E3 高10.1%，6.4% 和3.3%。

15、原因?yàn)槎啻窝a(bǔ)糖可使葡萄糖濃度維持在較為穩(wěn)定合適的水平。批次補(bǔ)糖實(shí)驗(yàn) 第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室葡萄糖脈沖流加第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室葡萄糖恒速流加第三章采用葡萄糖平均流速分別為1.67 g/(Lh)、3.33 g/(Lh)和6.67 g/(Lh)。3.33 g/(Lh)流速最佳。經(jīng)過(guò)72 h培養(yǎng)后，丙酮酸產(chǎn)量、得率和生產(chǎn)強(qiáng)度分別達(dá)到79.3 g/L、0.68 g/g和1.1 g/(Lh)，比總糖相同的分批發(fā)酵分別提高17.7%, 15.3% 和 11.1%。如圖所示，當(dāng)流加速率為3.33

16、g/(Lh)，葡萄糖濃度被控制在20-30 g/L，同時(shí)避免了低濃度葡萄糖對(duì)產(chǎn)酸的限制作用和高濃度葡萄糖對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用。 江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室控制不同葡萄糖濃度水平流加第三章較高糖濃度會(huì)促進(jìn)甘油生成，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，控制葡萄糖濃度20 g/L丙酮酸合成效率最高。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室基于模型的葡萄糖流加過(guò)程的準(zhǔn)優(yōu)化控制(1) 發(fā)酵起始階段I(018 h)：Xmax=16.28 g/L，YX =0.58 g/g理論計(jì)算得培養(yǎng)基中葡萄糖濃度大于28 g/L時(shí)，可獲得滿(mǎn)足產(chǎn)物合成所需的細(xì)胞比生長(zhǎng)

17、速率和臨界菌體濃度。實(shí)際發(fā)酵中，添加40 g/L葡萄糖；(2) 隨著葡萄糖濃度降到10 g/L以下時(shí)，丙酮酸進(jìn)入介于發(fā)酵起始階段和奇異控制階段的過(guò)渡階段II(shifting phase) (1925 h)這一階段以菌體濃度接近或超過(guò)Xmax為目標(biāo)，快速流加葡萄糖，以滿(mǎn)足菌體比生長(zhǎng)速率和基質(zhì)比消耗速率達(dá)到最大值碳源需要；(3) 奇異控制階段III(Singular control phase, 2663 h)，X接近Xmax，細(xì)胞比生長(zhǎng)速率(s, x)0，由方程(3-2)和方程(3-3)得丙酮酸比生成速率(s, x)和丙酮酸對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)化率Y(s, x)分別為： (4) 分批發(fā)酵階段IV(648

18、4 h)：流加結(jié)束后維持一定時(shí)間使發(fā)酵體系中葡萄糖濃度低于5 g/L，發(fā)酵結(jié)束。 第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室葡萄糖流加過(guò)程的準(zhǔn)優(yōu)化控制(1)發(fā)酵周期縮短了5 h；(2)細(xì)胞干重提高了24.8% (18.1 g/L)；(3)細(xì)胞平均比生長(zhǎng)速率和葡萄糖比消耗速率分別提高了22.9%和20.7%；(4)丙酮酸濃度、產(chǎn)率和和生產(chǎn)強(qiáng)度分別提高了21.3%、21.6%和29.9%。 第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室葡萄糖流加過(guò)程的準(zhǔn)優(yōu)化控制第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工

19、程研究室本章結(jié)論本章結(jié)論分批補(bǔ)料、恒速流加和恒糖流加等幾種培養(yǎng)方式都可以一定程度提高丙酮酸的生產(chǎn)效率。綜合比較，控制葡萄糖水平為20 g/L的恒糖流加94 ，丙酮酸產(chǎn)量和得率分別達(dá)到83.2 g/L和0.69 g/g； (2) 基于動(dòng)力學(xué)模型的葡萄糖濃度的奇異控制流加策略，使最終丙酮酸濃度、產(chǎn)率和和生產(chǎn)強(qiáng)度分別提高了21.3%、21.6%和29.9%。第三章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室后續(xù)研究的思路后續(xù)研究的思路葡萄糖的流加一定程度上強(qiáng)化了丙酮酸的生產(chǎn)性能。然而，基于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給的研究結(jié)果在強(qiáng)化丙酮酸主流代謝的同時(shí)，并沒(méi)有削弱或者延遲發(fā)酵副產(chǎn)物的生成

20、！盡管王翠華等系統(tǒng)研究了溫度對(duì)丙酮酸發(fā)酵的影響，但并未提出相應(yīng)的控溫策略。實(shí)際上，為進(jìn)一步提高T. glabrata積累丙酮酸的效率，需在對(duì)丙酮酸發(fā)酵過(guò)程中動(dòng)力學(xué)模型及溫度與這些模型參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行詳盡分析的基礎(chǔ)上，提出最優(yōu)的溫度控制模式，以實(shí)現(xiàn)丙酮酸的過(guò)量高效積累。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室不同溫度下丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程 溫度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、丙酮酸合成、葡萄糖消耗和氮源氯化銨的消耗影響顯著！第四章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室丙酮酸(鈉)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響丙酮酸分批發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型第四章丙酮酸發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建隨著

21、丙酮酸濃度的增加，最終細(xì)胞濃度逐漸降低，當(dāng)丙酮酸達(dá)到100 g/L時(shí)，菌體生長(zhǎng)完全受到抑制。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室依賴(lài)于溫度的丙酮酸發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型方程 溫度與動(dòng)力學(xué)參數(shù)關(guān)系及模型表示第四章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室依賴(lài)于溫度的丙酮酸發(fā)酵模型方程的驗(yàn)證T. glabrata CCTCC M202019分批發(fā)酵生產(chǎn)丙酮酸動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證: A (29); B (33) Glucose Pyruvate DCW Model value 第四章擬合的模型較好地描述了26-34 oC范圍內(nèi)丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程。

22、江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室不同溫度下動(dòng)力學(xué)參數(shù)間關(guān)系圖 3 模型參數(shù)與溫度之間的關(guān)系 第四章30oC時(shí)的Xm較26oC和34oC時(shí)高36.9%和48.2%m隨溫度升高而增大，延滯期縮短。較高的溫度下丙酮酸對(duì)菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)酸的抑制作用較強(qiáng)。合適的溫度有利于丙酮酸的合成。較高的溫度導(dǎo)致發(fā)酵后期單位細(xì)胞消耗葡萄糖和生產(chǎn)丙酮酸的能力逐漸下降。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室溫度對(duì)丙酮酸發(fā)酵過(guò)程影響解析 (1) 延滯期延滯期(2) 后期后期第四章X相同， m隨溫度升高而增大，細(xì)胞生長(zhǎng)延滯期隨溫度的升高而不斷縮短。m隨溫度

23、升高而增大，即產(chǎn)酸延滯期隨著溫度的升高而不斷縮短。在模型中，令T=34 C，積分至61 h，可計(jì)算的X = 8.33 g/L, P = 56.9g/L。當(dāng)丙酮酸積累至較高濃度時(shí)，可以降低溫度，減輕丙酮酸對(duì)的抑制作用。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程中溫度控制軌跡 第四章 初始條件：度X0 = 1 g/L，初始丙酮酸濃度P0 = 0，初始葡萄糖濃度S0 = 120 g/L控制條件：發(fā)酵時(shí)間t 80 h，積分時(shí)間步長(zhǎng)為1 h。簡(jiǎn)化后取26 C T 34 C，且為整數(shù)取最優(yōu)控制的目標(biāo)函取最優(yōu)控制的目標(biāo)函數(shù)為丙酮酸濃度最大數(shù)為丙酮酸濃度最大，計(jì)

24、算得到丙酮酸分，計(jì)算得到丙酮酸分批發(fā)酵溫度控制軌跡批發(fā)酵溫度控制軌跡 江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室最優(yōu)溫度控制條件下丙酮酸發(fā)酵過(guò)程最優(yōu)溫度控制條件下和恒定30 oC下的丙酮酸發(fā)酵過(guò)程比較 The optimal temperature control strategy 30第四章江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室最優(yōu)溫度控制條件下丙酮酸發(fā)酵結(jié)果第四章最終發(fā)酵周期縮短12 h，丙酮酸產(chǎn)量(80.4 g/L)、對(duì)葡萄糖產(chǎn)率(0.70 g/g)和生產(chǎn)強(qiáng)度(1.32 g/(Lh)則分別提高了12.9%、6.9%和32.8% 。江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室江南大學(xué)生物系統(tǒng)與生物加工工程研究室丙酮酸分批發(fā)酵過(guò)程中溫度控制策略的生理解析 溫度