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使用1L平行生物反应器进行链霉菌发酵产天然抗菌剂ε-聚赖氨酸工艺优化
来源: | 作者:T&J | 发布时间: 2021-09-13 | 21 次浏览 | 分享到:
一直以来,大家都觉得小型罐做放线菌、霉菌有难度。小型装备在某些参数上的确与大型装备有区别,但是作为R&D工具,结合精巧的实验设计,小型罐也能发挥它特有的作用。今天,结合迪必尔平行生物反应器,我们来介绍一些成功的应用实例

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   一直以来,大家都觉得小型罐做放线菌、霉菌有难度。小型装备在某些参数上的确与大型装备有区别,但是作为R&D工具,结合精巧的实验设计,小型罐也能发挥它特有的作用。今天,结合迪必尔平行生物反应器,我们来介绍一些成功的应用实例。

江南大学生物工程学院毛忠贵老师和陈旭升老师课题组,自2017年至今使用迪必尔平行反应器进行链霉菌发酵产天然抗菌剂ε-聚赖氨酸工艺优化,产量和发酵强度均获得超过30%以上的提升,分别达到32.22 g/L和5.86 g/L/day(2017年之前)。发酵时间和能耗也得到了有效的降低。他们2017年发表于Process Biochemistry的研究中,迪必尔1.0四联平行生物反应器被巧妙地用于两级培养+pH冲击实验设计。在这个策略中,四联平行生物反应器中的一个用作一级培养种子罐,另外三个用于考察接种量,接种条件,pH值等参数的影响,如下图1、2所示。

 

图1. 1L平行生物反应器用于链霉菌培养工艺优化



2:平行生物反应器多级培养移种示意图


具体来说,他们进行了三组实验,每一组实验均使用四联反应器中的一个作为种子罐(一级培养),其操作条件具体为600mL装液量,1~3vvm的空气流量,300~1500rpm的搅拌,50mL的接种量(24小时种龄),pH保持为6.8,温度30°C。该操作条件有利于菌体生长,但是对产物合成不利。

他们的第一组实验利用平行反应器中的其余3个单元考察了接种条件对ε-聚赖氨酸产量的影响。这里的接种条件指的是接种时种子罐的溶氧浓度,分别为95%, 50%, 20%。在这一组实验中,接种量固定在15%而二级培养反应器的初始pH固定在5.0。第二组实验选择的接种条件为DO=50%,接种量15%,考察了初始pH5.0, 4.0, 3.85是的发酵效果。第三组实验的接种条件仍然控制在50~60% DO,但接种量分别为10%, 15%20%。利用迪必尔四联平行反应器,他们只进行了三次实验就完成了3因素、三水平的OFAT(one-factor-at-a-time)实验设计,降低了60%的工作量。与常用的3~5L台式反应器相比,也大大节省了药品的用量和产生的废水的体积。




    2019年,他们再次利用迪必尔的四联平行反应器对高产ε-聚赖氨酸的链霉菌进行pH冲击的转录组学分析。研究成果发表在Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology (2019) 46:1781–1792, 有兴趣的同学可以去阅读一下!

    



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陈旭升、毛贵忠课题组紧盯实现新型生物食品防腐剂ε-聚赖氨酸的高水平产业化这一目标,围绕ε-聚赖氨酸高效生物制造关键技术与产业化、链霉菌高效积累ε-聚赖氨酸生理机制两个研究内容开展工作,通过微生物生理学的基础研究新发现,发展了一系列菌株改造、发酵调控与优化的新手段,实现了我国ε-聚赖氨酸产品制造技术的国际并跑。他们课题组创建的ε-聚赖氨酸高效发酵技术和先进后提取工艺,在合作企业成功实施了产业化应用,项目建设的生产线是我国产能最大、发酵水平最高和产品质量最优的ε-聚赖氨酸生产线。项目产业化成果,于2019年9月通过由中国轻工业联合会组织的技术成果鉴定,鉴定结果为国际领先。


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 作为国内首家将小型平行生物反应器商业化并整合到实验室自动化流程中的公司。我们的目标是不断向市场推出新技术,将生物过程工程微小型化(scale-down)以及PAT过程分析技术和一次性生物反应器(SUB),覆盖从实验室规模到中试工厂再到生产规模的各个领域。除了先进的培养系统,我们的核心业务还包括过程控制和过程信息管理系统。在研发和内部开发生产方面的大量投资使我们能够灵活和高效地为每个客户提供最佳解决方案。

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