Prólogo

La optimización del proceso de reabastecimiento es una de las direcciones de investigación más importantes para la optimización del proceso de fermentación. la tasa de reabastecimiento continua y estable a menudo tiene un mayor impacto en la síntesis del producto final y la dirección metabólica de la cepa. La síntesis de la mayoría de los productos requiere controlar estrictamente el azúcar en el medio de cultivo a una cierta concentración durante el proceso de reposición. El control tradicional del azúcar se basa principalmente en la detección continua de muestreo y el ajuste manual de la velocidad de reposición por parte de los operadores, con poca puntualidad y bajo efecto de regulación. Los ingenieros de fermentación también siempre están buscando formas más estables y precisas de controlar el azúcar. En este caso, la CEPA de producción de triptófano E. coli tm01 fue la CEPA de partida, utilizando un reactor biológico paralelo sedolis (7l) para mantener la concentración de glucosa en el medio de cultivo de dos maneras diferentes, a través del control manual del azúcar y la estrategia de detección automática del control del azúcar por el detector en línea del proceso de cultivo biológico (bods), y comparando las diferencias entre los diferentes patrones de control del azúcar con la producción de triptófano como indicador.

Figura 1 detector en línea del proceso de cultivo biológico de Tianmu (bods)

Proceso experimental

CEPA experimental: E. coli wt01.

Medio de cultivo de líquido semilla: 10 g / L de péptido, 5 g / L de extracto de levadura, 10 g / L de cloruro de sodio, 20 g / L de glucosa;

Medio de fermentación: glucosa 25 G / l, extracto de levadura 7 g / l, ácido cítrico monohidratado 1,1 G / l, sulfato de amonio 7,5 G / l, fosfato de dihidrógeno de potasio 2 g / l, fosfato de dihidrógeno de potasio trihidratado 3 g / l, sulfato de magnesio heptahidratado 1 G / l, sulfato de hierro heptahidratado 0,1 g / l, Vitamina B1 0,1 g / l, glicerina 10 g / l, ácido ascórbico 0,45 G / l, fermentación de botella agitada para agregar carbonato de calcio 5 g / L adicionales;

Cultivo de fermentación en fermentador: después de la activación de la CEPA en el tubo de glicerina, se transfiere al medio de cultivo de semillas 37 ℃ para el cultivo durante 12 horas, y se transfiere al medio de cultivo de fermentación de acuerdo con la cantidad de vacunación del 5%. El proceso de fermentación se lleva a cabo en el fermentador saidolis 7l, con una ventilación de 1 vvm, controlando el oxígeno disuelto en un 30% a través de la velocidad de agitación asociada al oxígeno disuelto y manteniendo el pH en 6,9% a través de la adición de amoníaco. Después de cultivar a 37 ° C a alrededor de od600 a 10, se enfrió a 30 ° C y se agregó la inducción iptg. Durante el proceso de fermentación, cuando se consume la glucosa en el medio de cultivo, se añade una solución de glucosa de 500 g / L para controlar la concentración de azúcar residual en 2G / L.

El Grupo de reabastecimiento manual toma muestras cada 1h para detectar la concentración de azúcar residual en el medio de cultivo y ajusta manualmente la estrategia de reabastecimiento de acuerdo con la concentración medida. El Grupo de reabastecimiento automático utiliza el detector en línea de proceso de cultivo biológico (bods) de Tianmu Biology para detectar la concentración de azúcar residual en el medio de cultivo en tiempo real, y el instrumento ajusta automáticamente la estrategia de reabastecimiento de azúcar. La concentración de triptófano en el caldo de fermentación se detecta y compara por fase líquida.

Resultados experimentales

Como se muestra en la figura 2, en el modo de alimentación manual, la concentración de azúcar residual en el medio fluctuó mucho porque no se pudo observar el crecimiento de los hongos en tiempo real, e incluso se alcanzó una diferencia de + 10 g / L en el mayor error debido a la fatiga de los operadores nocturnos. Las fluctuaciones en la concentración de azúcar residual afectan directamente la biomasa y la producción de triptófano de las bacterias, y la producción de triptófano en el Grupo de control manual de azúcar es de solo unos 0,3 G / l cuando es más alta. Por el contrario, el suplemento asociado inteligente de bods abandona los errores provocados por la operación humana, puede monitorear el crecimiento de bacterias en el caldo de fermentación en tiempo real las 24 horas del día, detectar la concentración de azúcar residual en el medio de cultivo (establecido en 1 H de muestreo automático y detección una vez en el caso) y Retroalimentar al sistema, y luego ajustar la estrategia de suplemento en tiempo real de acuerdo con el valor establecido para mantener la estabilidad del azúcar en el valor establecido (2 ± 0,2 g / l), una mejor estrategia de control del azúcar también trae un aumento sustancial de la producción de triptófano, que aumenta en aproximadamente un 71,4% en comparación con el modo de suplemento manual.

Figura 2 Comparación de los resultados de la fermentación de los suplementos manuales y los suplementos asociados inteligentes

conclusión

En este caso, se estudió el efecto de diferentes estrategias de suplementos en la producción de triptófano de la CEPA de ingeniería de producción de triptófano. Los resultados experimentales han demostrado que métodos más estables de control del azúcar a menudo traen un aumento sustancial de la producción. En comparación con el modo de alimentación manual, el sistema de asociación inteligente bods controla la estabilidad de los niveles de azúcar residual en el medio de cultivo a un valor establecido (2 ± 0,2g / l) a través de la detección automática de muestreo, monitoreo, ajuste de retroalimentación y estrategia de alimentación de aprendizaje autónomo sin operadores, lo que también aumenta la producción de triptófano de la CEPA en aproximadamente un 71,4%, lo que ilustra el importante papel de bods en la optimización del proceso de fermentación. Además, el control de la concentración de azúcar residual en la producción industrial también es un parámetro clave que afecta directamente la calidad del producto de la empresa, y la capacidad de detección en tiempo real de bods también ayuda al personal del taller de producción a controlar los cambios en el proceso de fermentación en tiempo real, ajustar los parámetros del proceso a tiempo y ayudar a la empresa a completar mejor la producción ampliada del producto.

Desde su creación, Tianmu Biology se ha adherido al principio de la supremacía del cliente y se ha comprometido a proporcionar programas de optimización de bacterias altamente especializados para proporcionar opciones más confiables para la optimización del proceso de fermentación.