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          發酵工藝深度交流:對碳源補加策略的思考

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          發酵工藝深度交流:對碳源補加策略的思考

          發布日期:2021/5/12 15:31:33 點擊:68

          發酵調控難,一個關鍵的原因是大家對發酵的理解多有不同,對補料策略也難以達到共識,所以在下指令前會多有考慮,擔心不被認可。
              
          01補料調控的目的
          提高補料的得率,使其更多的流向產物。
          發酵產物分三類:菌體,初級產物和次級產物。
          本文以為不同的產物雖然在補料方式上有所不同,但是總體策略卻是一致。只要記。杭恿空{整不能僅參考發酵液中殘留濃度,也要考慮其他指標,就會獲得正確的補料方案。作者以前在當工藝員時也因為只考慮了還原糖,導致加糖過多ut產量降低的后果。
              當產物為菌體時,通過補碳源使菌體快速生長,可用轉化率或產率表征;已經證明在一定范圍內補料速率與產率成正比,但是超過這一范圍,將不再成正比,所以加率不是越快越好。
              當C源或N源不是限制因素時,其他因子就會成為限制因素,比如溶解氧,當溶氧低于臨界值時,發酵狀態將會受到更嚴重影響,甚至是不可逆的,因此即使是以菌體為產物的發酵,補加碳源的量也不是越多越好,還應參考其他指標;另外即使沒有明顯的限制因素,也應該以經濟的方式進行補料。
              產物是初級代謝物,如果補料速率快,會導致比生長速率超過標準,會帶來非預期的后果。對于大腸桿菌,胞內產生大量包含體或質粒丟失,當不能及時檢測質粒丟失率時,比生長速率可能是適合作為對其估算的指標,所以可用它指導C源加率或N源加率,而非僅僅是殘糖濃度。
          可參考:當菌體濃度高于預期時 

          產物為次級代謝物時,加料量大,可能會導致代謝流的遷移。這時調控方案主要以殘糖濃度為指標,間接參考比生長速率、效價、PMV,DO等。比生長速率無論產物如何,都是一個跨尺度分析的指標,當比生長速率高于預期時,預示著初級代謝速率偏高,次級代謝偏低,代表著代謝流的遷移,如果參考效價,可獲得更確切的結論。我們多次寫過,發酵初期的影響遠超想象,所以前期加糖的方案更需要參考其他指標,否則后期的異常將無法避免。



          02進一步的分析

          上述分析基于發酵參數之間復雜的耦合關系,它決定了任何一個參數的調控都會影響到其他指標,反過來,決定一個參數值時,也不應該僅參考一個指標。
          正是因為參數之間的復雜耦合關系,要開發發酵全自控程序,除了考慮單個操作參數與某一個變量之間的關系,還要考慮這一操作變量對其他參數的影響,補料環節是最核心的算法,希望本文能夠為開發這一程序提供一些思路。
          當通過控制殘留濃度控制補料時,特別應該通過對歷史數據進行統計為每一個發酵品種設計一個優殘留濃度的參考曲線。因為這一控制曲線統計過程,已經考慮了其他參數,所以會使工藝調控變得更方便。
          在補料時,也會遇到一些讓人困惑的問題:比如什么樣的補料時機好,是當殘留濃度降到一定水平就補,還是當營養耗盡再補,前者對微生物生長的影響較小,而后者卻可以利用這個刺激,獲得調控的作用,甚至改變代謝途徑,如果補料是較難代謝的營養,后一種操作形式會有更好的效果,且用pH和溶氧的反彈作為其補料的參考指標。
          上述問題,需要通過實驗進行回答,不同的菌種會有不同的答案,不過,當我們考慮這些問題時,說明對工藝的理解上了一個臺階。
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