Albaek, M.O.、Gernaey, K. V.、Hansen, M. S.、Stocks, S. M
“采用不同类型搅拌、通气和搅拌器,利用米曲霉在半工业规模容器中模拟酶生产”
《生物技术与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》第 108 卷第 8 期,第 1828-1840 页 (2011)

摘要

本文的目的是证明如何构建模型,从而能以容许准确度预测丝状真菌深层补料分批发酵的过程。研究的过程是在 550 L 中半工业规模装置搅拌釜反应器中使用米曲霉生产酶。采用不同的搅拌和通气条件以及两种不同的叶轮几何尺寸。生产力的限制因素是发酵液的氧气供应,通过溶解氧张力控制碳基质进料流速。为了预测系统中的可用氧转移,首先确定反应方程式的化学计量学,包括维持基质消耗。主要基于生物质浓度,构建粘度预测模型,因为真菌菌丝生长所致的发酵液粘度增加导致发酵过程即将结束时传质显著降低。研究显示模型的各组分均可良好预测实验结果。可以采用总体模型预测不同发酵条件下的关键过程参数。


Albaek, M.O.、Gernaey, K. V.、Stocks, S.
“利用不同粘度介质的上泵水翼 B2 叶轮以及极高功率消耗改造半工业规模 550 升发酵罐的充气和未充气功率消耗”
《化学工程科学 (Chemical Engineering Science)》第 63 卷第 24 期,第 5813–5820 页 (2008)

摘要

有多种新设计的现代叶轮旨在替代具有诸多公认缺陷的传统涡轮搅拌桨。基于引用的叶轮性能参考研究,在半工业规模发酵罐中使用传统方法,对一种高实度率水翼叶轮 Hayward Tyler B2(之前的 APV-B2 或简称 B2)的双向上泵组合进行改造。使用水作为介质和较低的功率消耗,以前的研究显示 B2 叶轮具有良好气体处理性能,较低的未充气功率数,允许以较高的叶轮与发酵罐直径比进行使用。在本研究中,对 B2 叶轮的功率进行表征,以便将可用数据扩展到类似于发酵液的粘性介质和极高的功率消耗。利用不同的剪切稀化介质进行功率表征,比能量输入率高达 12.9 kW/m3。
确定了 B2 叶轮的未充气功率数(功率消耗范围为 0–11.6 kW/m3 时为 3.3),我们的研究结果证实了以前的研究结果,并将趋势延伸到高粘度介质。通气时,B2 叶轮与传统叶轮相比功耗很小,即使采用非常高的功率消耗也是如此(在 450 rpm 和 1.28 vvm 时功耗为 10-20%,相当于 11.6 kW/m3)。研究发现使用较高功率消耗和高粘度介质时该叶轮的扭矩波动较小 (<5%)。最后,研究显示 B2 叶轮可以使用传统方法以高置信度改装成半工业规模发酵罐。


Petersen, N.、Stocks, S.、Gernaey, K.V.
“从尺寸分布预测丝状发酵液流变特性的多元模型”
《生物技术与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 100 卷第 1 期,第 61-71 页。(2008)

摘要

本文的主要目的是证明可以使用主成分分析 (PCA) 和偏最小二乘回归方法 (PLSR) 提取粒度尺寸分布数据的信息,预测流变特性。描述在 550 L 半工业规模罐中进行商业相关的米曲霉发酵的样品特征,包括粒度分布、生物质浓度和流变特性。利用 Herschel-Bulkley 模型描述流变特性。Herschel-Bulkley 模型中的所有三个参数(屈服应力 (τy)、一致性指数 (K) 和流动特性指数 (n))的估计导致参数估计值出现较大标准偏差。未发现流动特性指数与任何其他测量变量相关,以前的研究表明丝状发酵中流动特性指数值是恒定的。因此选择将该参数固定为平均值,从而显着降低剩余流变参数的估计值的标准偏差。采用 PLSR 模型,可以根据尺寸分布、生物质浓度和工艺信息对表观粘度 (μapp)、屈服应力 (τy) 和一致性指数 (K) 进行合理预测。这为发酵液的流变学提供了一种具有较高预测能力的预测方法,并且与以前的模型相比的优势在于,可以预测 τy 和 K 以及 μapp。对独立检验集进行验证得出 τy 的均方根误差为 1.21 Pa,K 的均方根误差为 0.209 Pa sn,μapp 的均方根误差为 0.0288 Pa s,分别对应于 R2 = 0.95,R2 = 0.94 和 R2 = 0.95。© 2007 Wiley Periodicals, Inc.


Bodizs, L.、Titica, M.、Faria, N.、Srinivasan, B.、Dochain, D.、Bonvin, D.
“半工业规模补料分批丝状真菌发酵的氧气控制”
《工艺过程控制杂志 (Journal of Process Control)》,第 17 卷第 7 期,第 595-606 页。(2007)

摘要

工业丝状真菌发酵通常以补料分批模式进行操作。由于生物质浓度变化,氧气控制是操作过程中的一项重要挑战。在本研究中,通过操作基质进料速率,即氧气消耗速率进行氧气控制。研究证明溶解氧的设定点代表了一种权衡,因为较低溶解氧值有利于生产力,但也可能导致氧限制。本文说明使用级联控制方案对溶解氧进行调节,该方案结合了辅助测量以提高控制性能。通过工艺优化来进行溶解氧的适当设定点曲线的计算。为此,对现有的形态结构模型进行扩展,纳入低水平氧气对生长的影响和培养基流变特性对氧气转移的影响。在半工业规模水平获得的实验结果验证了拟定控制策略的效率,但也说明了优化溶解氧设定点的现有过程模型的缺点。© 2007 Elsevier Ltd. 保留所有权利。


Hewitt, C.J.、Papapanagiotou, P.A.、Quinn, H.、Molitor, J.P.、Stocks, S.M.、Nienow, A.W.
“龟裂链霉菌工业菌补料分批发酵期间利用乳化技术增加菜籽油消耗”
《化学工程研究与设计 (Chemical Engineering Research and Design)》,第 85 卷第 7 A 期,第 1072-1078 页。(2007)

摘要

利用相转变温度 (PIT) 和自乳化 (SE) 技术为补料分批发酵生产新型油料。提供这些新形式油料的目的是提高油利用率和产物滴度,同时降低发酵液的粘度。该研究涉及利用油菜籽油 (RSO) 进行龟裂链霉菌工业菌发酵以生产土霉素。在所有情况下,与控制过程相比,油利用度提高。而且,使用 PIT 或自乳化技术时,残余油的最终浓度出现极显著性降低 (∼50%)。此外,利用自乳化方法时,还测得培养液粘度出现显著性降低 (∼75%)。得出结论认为,油利用率的可测量提高是由于使用此类技术,形成了更小、更稳定的油滴,和/或较低的培养液粘度,使得自复杂的发酵培养基向细胞的传质增加。在所有情况下,任何发酵过程中的最终土霉素浓度和减毒时间不存在显著性差异。© 2007 Institution of Chemical Engineers.


Jørgensen, T.R.、vanKuyk, P.A.、Poulsen, B.R.、Ruijter, G.J.G.、Visser, J.、Iversen, J.J.L.
“黑曲霉的葡萄糖摄取和葡萄糖限制的恒化培养基生长以及缺乏一种高亲和力的葡萄糖转运蛋白 MstA 的破坏子”
《微生物学 (Microbiology)》,第 153 卷第 6 期,第 1963-1973 页。(2007)

摘要

这是一项关于黑曲霉中高亲和力的葡萄糖摄取以及一种高亲和力单糖转运蛋白基因 mstA 的破坏效应的研究。在葡萄糖限制的恒化培养基中,参比菌株的基质饱和常数 (Ks) 约为 15 μM。mstA 破坏导致葡萄糖的亲和力降低 2- 5 倍,并导致低亲和力的葡萄糖转运基因 mstC 以高稀释率进行表达。在低和中等稀释率下,mstA 基因缺失的影响更不明显,提示在黑曲霉的高亲和力摄取系统中存在某种程度的功能冗余。在低、中和高稀释率(D=0.07 h-1、0.14 h-1 和 0.20 h-1)下,在葡萄糖限制性恒化培养物中培养 mstA 基因缺失菌株和参考菌株。对从稳态培养物中收获的菌丝体进行葡萄糖摄取测定,并分析 mstA 和两种其他转运蛋白基因(mstC 和 mstF)的表达。两种菌株的葡萄糖摄取能力 (vmax) 在低稀释率下均显著降低。葡萄糖摄取测定结果显示出复杂的摄取动力学。这妨碍了在中和高稀释率下对最大比摄取速率 (vmax) 和表观亲和常数 (Kmapp) 的准确测定。两种高亲和力葡萄糖转运蛋白基因,mstA 和 mstF,在恒化培养物中的全部三种稀释率下均有表达;相比之下,在分批培养中仅有 mstC 表达。三种转运蛋白基因的表达模式表明其产物的调节和功能存在差异。© 2007 SGM.


Eriksen, N.T.、Riisgård, F.K.、Gunther, W.S.、Lønsmann Iversen, J.J.
“在气密光合生物反应器中对微藻培养物 O2 产量、CO2 吸收量和生长动力学的在线估计”​
《应用藻类学杂志 (Journal of Applied Phycology)》,第 19 卷第 2 期,第 161-174 页。(2007)

摘要

在一个新型气密光合生物反应器中,分别调节气相内的 CO2、H2 和 N2 浓度以控制培养基 pH 值、溶解氧分压和顶空压力,研究绿藻莱茵衣藻 (Chlamydomonas reinhardtii) 和小球藻 (Chlorella sp.) 在分批培养物中的生长。反应器的排出气体通过一个管道循环并重新引入到培养物中。通过加入 CO2 作为酸性滴定剂来估计 CO2 吸收量,通过 H2 滴定(用来通过 Pd 催化剂减少 O2 )来估计 O2 产量。光合商 PQ 被估计为 O2 产生与 CO2 吸收速率的比值。NH4+、NO2-或 NO3-为最终细胞密度限制性营养素。一般而言,两种藻类培养物的特征均在于氮充足生长期和紧接其后的氮耗尽阶段,此时淀粉为主要产物。估计的 PQ 值取决于氮源的氧化水平。NH4+ 为氮源时,PQ 为1;NO3-为氮源时,PQ 为 1.3。在所有氮源上生长的培养物中,当氮源耗尽且淀粉合成占优势时,PQ 值接近 1,并在 3-4 天内进一步增加至 1.3。这种 PQ 的后期增加标志着还原性化合物如脂质的产生,与生物质减少程度的同步增加有关。当使用 CO2 和 H2 滴定到反应器顶空以估计 CO2 吸收量、O2 产量和 PQ 时,可以推断生物质生产的速率,估算产生的藻类生物质的化学计量构成,并且识别不同的生长阶段。© 2006 Springer Science+Business Media, Inc.

Mead, D.、Pearson, D.、Devine, M.
“重组人白蛋白:作为生物制药赋形剂的应用”
《制药技术创新 (Innovations in Pharmaceutical Technology)》,第 22 期,第 42-44 页。(2007)

Wigley, A.、Wilkinson, D.、Mead, D.
“重组蛋白的管理放大”
《基因工程和生物科技新闻 (Genetic Engineering and Biotechnology News)》,第 27 卷第 2 期,第 40-42 页。(2007)

Mortensen, P.P.、Bro, R.
“培养过程的实时监测和化学分析”
《化学计量学与智能实验室系统 (Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems)》,第 84 卷(特刊 1-2),第 106-113 页。

摘要

开发出一种培养过程的在线评估方法以便于能够实现改进过程控制、更快地批次终点检测以及对最终产品的即时质量评估。使用了荧光激发-发射测量法,因为它们已知能够反映发酵过程的重要属性。重点还在于重要的取样问题 -主要是结构上次优的初级取样方法,后者会影响相对于批次特征可获得的代表性。研究了几种不同的校准方法来预测产品质量(酶活性)。还通过 PARAFAC 模型对荧光数据进行建模来提供过程变化的化学可解释可视化,从而增强获得深入过程理解的可能性。我们的研究结果是酶活性可以通过荧光测量直接预测,其不确定性与酶活性的化学参考分析相当。使用 PARAFAC 对培养过程进行的化学分析证实了对培养过程的基本理解。对酶标记物特征以及色氨酸(蛋白质标记物)特征进行了鉴定。© 2006 Elsevier B.V. 保留所有权利。


Agbogbo, F.K.、Coward-Kelly, G.、Torry-Smith, M.、Wenger, K.S.
“使用树干毕赤酵母发酵葡萄糖/木糖混合物”​
《过程生物化学 (Process Biochemistry)》,第 41 卷第 11 期,第 2333-2336 页。(2006)

摘要

使用树干毕赤酵母 CBS 6054 将不同的合成葡萄糖/木糖混合物(60 g/L 总糖)发酵成乙醇。葡萄糖是葡萄糖/木糖混合物中的优先底物。与高木糖比例相比,高葡萄糖比例具有更高的细胞生物质生产速率,因此具有更高的底物消耗速率和乙醇生产速率。然而,与高葡萄糖比例相比,高木糖比例具有稍高的乙醇产量,因为底物被引导至乙醇生产而非细胞生物质。在 60 g/L 葡萄糖和木糖培养基中,最高乙醇浓度分别为 22.7 和 24.3 g/L。使用相同的初始细胞浓度 2 g/L,在 100% 葡萄糖 (60 g/L) 中发酵 96 小时后完成发酵,而在 100% 木糖 (60 g/L) 中发酵 120 小时后完成发酵。© 2006 Elsevier Ltd. 保留所有权利。


Diano, A.、Bekker-Jensen, S.、Dynesen, J.、Nielsen, J.
“黑曲霉中的多元醇合成:氧的可利用性以及碳源和氮源对代谢的影响”
《生物科技与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 94 卷第 5 期,第 899-908 页。(2006)

摘要

已经在不同条件下研究了黑曲霉中的多元醇生产。使用高浓度的葡萄糖或木糖作为碳源以及铵或硝酸盐作为氮源进行了发酵。作为游离分散菌丝的生物质的生长导致培养基黏性的增加,并由此导致传质尤其是氧气转移的减少。结果是 DOT 减少,并且在完全需氧条件和限氧条件之间发生切换。代谢物定量分析表明,多元醇是形成的主要代谢产物,在限氧条件下占消耗的碳的 22%。多元醇浓度和多元醇模式强烈依赖于环境条件。这是由于对多元醇生产的复杂调节以及每种多元醇可以履行不同功能的事实。在这项研究中,当通过 PP 途径的通量超过了用于生物质合成的核酮糖 -5-磷酸盐需求时,产生赤藓糖醇、木糖醇和阿拉伯糖醇作为碳储存化合物。甘油、赤藓糖醇和木糖醇似乎参与渗透调节。甘露醇是在分解代谢降低很高时产生的。其生产涉及酶 NAD 依赖性甘露醇 -1-磷酸脱氢酶,并且似乎是限氧期间 NADH 再氧化的主要胞质途径。© 2006 Wiley Periodicals, Inc.


Haack, M.B.、Olsson, L.、Hansen, K.、Lantz, A.E.
“补料分批培养期间米曲霉菌丝形态的变化”
《应用微生物学与生物科技 (Applied Microbiology and Biotechnology)》,第 70 卷第 4 期,第 482-487 页。(2006)

摘要

工业酶通常由丝状真菌在补料分批培养中产生。在培养过程中,真菌表现出的不同形态会影响整体产量。本文研究了一种产重组脂肪酶米曲霉菌株在补料分批培养期间的形态。在补料分批培养的指数分批阶段,平均菌丝长度增加,每个菌丝成分的末梢数量也增加。最引人注目的发现是在分批阶段,菌丝成分的直径平均增加 1.5 倍,从 2.8-2.9 μm 增加到 4.0-4.4 μm。在开始补料后,菌丝成分的直径保持不变,约为 4 μm。然而,作为酶分泌发生部位的菌丝末梢直径在补料期间显著增加多达 2.5 倍。通过麦芽糖补料诱导重组脂肪酶的表达,脂肪酶活性的增加与菌丝末梢直径的增加相一致。结果表明,在由于氧限制导致产生停止时,观察到两个事件与恢复正常生长相关联。© Springer-Verlag 2005.


Sianidis, G.、Pozidis, C.、Becker, F.、Vrancken, K.、Sjoeholm, C.、Karamanou, S.、Takamiya-Wik, M.、Van Mellaert, L.、Schaefer, T.、Anné, J., Economou, A.
“通过变铅青链霉菌的异源分泌实现一种新型琼斯氏菌属木葡聚糖酶的功能性大规模生产”
《生物科技杂志 (Journal of Biotechnology)》,第 121 卷第4 期,第 498-507 页。(2006)

摘要

从通过大肠杆菌功能筛选得到的一种琼斯氏菌属 (Jonesia sp.) 菌株中分离出编码属于糖苷水解酶 74 家族的一种新型木葡聚糖酶 (Xeg) 的基因。编码的木葡聚糖酶是一种包含 972 个氨酰残基的蛋白质,具有 23 个氨基端信号肽。Xeg 在枯草芽孢杆菌或大肠杆菌中的过量表达失败。相比之下,Xeg 在变铅青链霉菌 TK24 中成功过表达并分泌。为此,将 Xeg 的 C 末端融合到来自委内瑞拉链霉菌 (Streptomyces venezuelae) 的枯草杆菌蛋白酶抑制剂蛋白 (vsi) 的分泌信号肽。源自琼斯氏菌属 (Jonesia sp.) 的这种天然 Xeg 信号肽在变铅青链球菌中只有很弱的功能。在最佳生长条件下,在耗尽的生长培养基中分泌大量成熟 Xeg (100-150 mg/L)。开发出一种从培养上清液快速纯化 Xeg 至均质的方案。生物物理和生物化学分析表明,得到的酶是完整、稳定和功能完全的。Xeg 是变铅青链霉菌分泌的最长的异源多肽。该研究进一步验证了变铅青链球菌用于生产活性异源蛋白质的用途,并且证明该系统可以处理分子量高达 100 kDa 的异源多肽。


Johansson, L.、Lindskog, A.、Silfversparre, G.、Cimander, C.、Nielsen, K.F.、Lidén, G.
“在磷酸盐限制和碳源限制条件下通过大肠杆菌修饰菌株 (W3110.shik1) 生产莽草酸”
《生物科技与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 92 卷第 5 期,第 541-552 页。(2005)

摘要

莽草酸是在植物和微生物的芳香族氨基酸途径中形成的几种具有重要工业用途的手性起始物料之一。在这项研究中,在碳源和磷酸盐限制条件下对一种产莽草酸的 aroL(莽草酸激酶 II 基因)基因缺失型大肠杆菌菌株(来源于 W3110)的生理学与相应对照菌株 (W3110) 的生理学进行了比较。对于产莽草酸的菌株(称为 W3110.shik1),磷酸盐限制与碳源限制条件相比会导致更高的莽草酸产量(0.059 ± 0.012 对 0.024 ± 0.005 c-mol/c-mol)和较低的莽草酸途径副产物产量。副产物 3-脱氢莽草酸 (DHS) 的产量从 0.076 ± 0.028 降低至 0.022 ± 0.001 c-mol/c-mol。只有在碳源限制条件下才能检测到其他几种副产物。后者包括 3-脱氢奎宁酸 (0.021 ± 0.021 c-mol/c-mol)、奎宁酸 (0.012 ± 0.005 c-mol/c-mol) 和没食子酸 (0.002 ± 0.001 c-mol/c-mol)。两种菌株在磷酸盐限制条件下的乙酸盐产量都要高于碳源限制条件。两种菌株都发现了明显的细胞溶解,但 W3110.shik1 菌株更严重,并且在磷酸盐限制条件下两种菌株的细胞溶解均增加。因此,后一种条件在提高莽草酸产量方面的优点被细胞溶解增加所抵消,这可能使下游加工更困难。© 2005 Wiley Periodicals, Inc. 


Jürgen, B., Tobisch, S., Wümpelmann, M., Gördes, D., Koch, A., Thurow, K., Albrecht, D., Hecker, M., Schweder, T.
“使用不同氮源在工业密切相关的分批补料发酵过程中枯草芽孢杆菌细胞的整体表达谱”
《生物科技与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 92 卷第 3 期,第 277-298 页。(2005)

摘要

在使用酪蛋白氨基酸作为唯一氮源以及在较低酪蛋白氨基酸浓度但补充铵的情况下,进行工业密切相关的枯草芽孢杆菌补料分批发酵过程的详细基因表达分析。虽然谷氨酰胺和精氨酸被认为是枯草芽孢杆菌的优先氮源,但我们证明在补料分批发酵条件下铵和酪蛋白氨基酸的组合补料可以支持细胞生长。转录组和蛋白质组分析显示,额外补充铵与较低的氨基酸浓度相结合能够导致编码蛋白质的 glnAR 或 tnrA 基因的表达水平显著降低,所述蛋白质主要参与枯草芽孢杆菌的氮代谢。然而,ilvBHC-leuABD 和 hom-thrCB 操纵子的基因 mRNA 水平显著增加,表明在这些发酵条件下的缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和苏氨酸限制。相反,在以酪蛋白氨基酸为唯一氮源的发酵过程中,在枯草芽孢杆菌氮代谢中起关键作用的几个基因(例如,glnAR、nasCDE、nrgAB 和 ureAB)表达上调,表明在这些条件下的氮源限制。此外,在使用酪蛋白氨基酸和铵作为混合氮源的发酵过程中,发现涉及运动性和趋化性(例如,hag 和 fliT)和 3-羟基丁酮代谢(例如 acoABCL)的基因表达增加,表明在这些发酵条件下的碳源限制。在高细胞密度和缓慢生长速率条件下,可以观察到自溶基因的微弱上调以及涉及运动性、趋化性和一般应激反应的许多基因的诱导。本研究的结果允许选择标记基因,其可用于枯草芽孢杆菌发酵过程的监测。例如,数据表明 acoA 可作为葡萄糖限制的标记基因,glnA 可作为氮源限制的标志。© 2005 Wiley Periodicals, Inc.


Aiello-Mazzarri, C.、Coward-Kelly, G.、Agbogbo, F.K.、Holtzapple, M.T.
“通过厌氧逆流发酵将城市固体垃圾转化为羧酸:使用中间石灰处理的效果”
《应用生物化学与生物科技 (Applied Biochemistry and Biotechnology)》,第 127 卷第 2 期,第 79-93 页。(2005)

摘要

将城市固体废物 (MSW) 和下水道污泥 (SS) 混合并使用产酸微生物的混合培养物将其厌氧转化为羧酸盐。MSW 是一种能源,SS 则是营养物质的来源。在这项研究中,将 MSW 和 SS 混合,所以它们互为补充。四个发酵罐串联排列用于逆流发酵过程。在此过程中,固体和液体以相反的方向传递,向发酵罐 1 中加入新鲜的生物质,在发酵罐 4 中加入新鲜的液体培养基。在进入发酵罐 4 之前,对离开发酵罐 3 的固体进行中间石灰处理以提高来自未处理的 MSW/SS 发酵的酸产物浓度。所有发酵均在 40℃ 的厌氧条件下进行。加入碳酸钙以中和羧酸并控制 pH。使用碘仿作为产甲烷菌抑制剂。通过气相色谱法测定羧酸浓度和气体构成。通过挥发性固体损失测量底物转化率,并且利用所产生的总羧酸、所有发酵罐中的液体量和时间计算羧酸生产率。加入中间石灰处理分别使产品浓度和转化率提高约 30% 和 15%。经过和未经中间石灰处理时,未处理的 MSW/SS 发酵的最高羧酸浓度分别为 22.2 和 17.7 g 羧酸 /L 液体。这些结果证实,在发酵罐 3 和发酵罐 4 之间添加一个处理步骤能够增加发酵的消化能力和酸生产率。© 2005 Humana Press Inc. 版权所有。保留任何性质的所有权利。


Kvist, T.、Thyregod, P.
“利用调优操作来提高生物科技流程的产量”
《国际质量与可靠性工程 (Quality and Reliability Engineering International)》,第 21 卷第 5 期,第 457-463 页。(2005)

摘要

在生物科技行业中,生产的特点往往是次数相对较少的大批量。在新流程的设计阶段,使用统计学方法进行实验可以为流程提供宝贵的信息。然而,人们经常发现将实验室或试点工厂的最佳条件转移到全面生产时产量较低。这个事实是由于放大效应以及处理生物材料和发酵等流程时的巨大固有变化。在全面生产中,实验的自由度与实验室规模相比不尽相同。试图在大规模生产的情况下提高产量时,通常一次只对一个因素进行试验。这样可以控制结果,确保符合要求。这样可以控制结果,确保符合要求。对替代性实验程序的要求是,它应该是稳健的,没有不可控制的变化,它应该包含自动保护措施,以确保不会制造出不能令人满意的材料,而且应该有可能在试验过程间做出决定。此外,较短的规划阶段和直接明了的解释非常重要。George Box 提出的调优操作 (EVOP) 方法满足了这些要求。我们介绍了 EVOP 在一家主要丹麦生物科技公司中的实施情况。同时提供了在工业酶的发酵过程中使用该方法的一个范例。在这个具体的范例中,工艺产率提高了 45%。Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.


De Maré, L.、Velut, S.、Ledung, E.、Cimander, C.、Norrman, B.、Karlsson, E.N.、Holst, O.、Hagander, P.
“用于大肠杆菌补料分批培养操作的培养技术接近反应器的最大氧气转移能力”
《生物科技通信 (Biotechnology Letters)》,第 27 卷第 14 期,第 983-990 页。(2005)

摘要

本文介绍了一种结合温度限定补料分批和探头进料控制优点的培养策略。该技术在补料分批培养物中进行了评估,利用大肠杆菌 BL21(DE3) 在 3 升生物反应器中产生木聚糖酶。借助该新技术,细胞团增加了 20%,通常会在生产后期阶段观察到的特异性酶活性普遍降低现象有所缓解。通过使大肠杆菌 W3110 在较大的生物反应器 (50 l) 中生长,该方法得到进一步测试。达到反应器的氧气转移能力并且希望继续生产重组蛋白质时,这是一种合适的栽培技术。© Springer 2005.


Schmidt, R.A.、Wiebe, M.G.、Eriksen, N.T.
“可产生藻青蛋白的红藻 Galdieria sulphuraria 的异养高细胞密度补料分批培养”
《生物科技与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 90 卷第 1 期,第 77-84 页。(2005)

摘要

研究了微藻 Galdieria sulphuraria 074G 的分批和补料分批培养中的生长与藻青蛋白产生,微藻 Galdieria sulphuraria 074G 在黑暗的异养条件下生长于葡萄糖、果糖、蔗糖和甜菜糖蜜上。在分批培养中,纯糖上的单位生长率和生物量产量干重分别为 1.08-1.15 天-1 和 0.48-0.50 g g-1。当糖蜜为碳源时,数据略高。在指数生长期,细胞藻青蛋白含量的干重为 3-4 mg g-1。G. sulphuraria 能够耐受高达 166 g L-1 (0.9 M) 的葡萄糖和果糖浓度与 22 g L-1 (0.17 M) 的硫酸铵浓度,且不会对单位生长率产生负面影响。当生长介质中的溶解物质总浓度超过 1-2 M 时,生长完全受到抑制。在碳受限的补料分批培养中,获得 80-120 g L-1 的生物量干重浓度,而藻青蛋白的浓度累积到 250 至 400 mg L-1。这些结果表明,G. sulphuraria 适合在细胞密度非常高的异养培养液中生长,且此类培养液可产生大量藻青蛋白。此外,在 G. sulphuraria 的异养补料分批培养中,藻青蛋白的生产力高于在钝顶螺旋藻的户外培养中获得的生产力,目前藻青蛋白的获取来自于钝顶螺旋藻。© 2005 Wiley Periodicals, Inc.


Stocks, S.M.、Cooke, M.、Heggs, P.J.
“在中试规模的加气搅拌式发酵罐中,倒置空心旋转圆锥体作为泡沫控制和滞留设备”
《化学工程科学 (Chemical Engineering Science)》,第 60 卷(特刊 8-9),第 2231-2238 页。(2005)

摘要

目前已实现商业化利用的重组杆菌发酵具有该基因的典型挑战性泡沫和滞留问题,为此,已在中试规模设备中证明倒置空心旋转圆锥体 (IHSC) 的泡沫控制和液体滞留效果。在正常生产操作液位,圆锥体在已有搅拌轴上旋转。在 550-1 中试规模发酵罐中开展了一系列 9 次试验:2 次发酵未添加泡沫控制剂 (FCA),4 次发酵通过按需添加 FCA 进行控制,3 次发酵使用圆锥体作为单一液位控制方法。通过排气系统时,未添加 FCA 或未使用 IHSC 的批次失去了 52 ± 15kg 液体培养基。按需添加 FCA 或使用 IHSC 的批次的最终填料分别为 308 ± 6kg 和 319 ± 13kg,几乎相等。在酶滴定度方面,工艺性能不受影响。如此鼓舞人心的结果表明可显著节省发酵和回收成本,因为完全无需添加 FCA。全面生产评估证明合理。© 2004 Elsevier Ltd. 保留所有权利。


Bhargava, S.、Wenger, K.S.、Rane, K.、Rising, V.、Marten, M.R.
“在以脉冲的方式添加有限碳源的过程中,循环时间对真菌形态学、液体培养基流变学和重组酶生产力的影响”
《生物科技与生物工程 (Biotechnology and Bioengineering)》,第 89 卷第 5 期,第 524-529 页。(2005)

摘要

多年来,高液体培养基黏性仍然是大规模丝状真菌发酵的主要挑战。在之前的研究中,我们展示了在补料分批发酵过程中,通过以脉冲的方式添加有限的碳,可降低液体培养基黏性。本研究的目的是确定脉冲底物添加的频率变化如何影响真菌形态学、液体培养基流变学和重组酶生产力。为此,在 20-L 发酵罐(带有可产生米曲霉菌株的重组葡糖淀粉酶)中执行了一系列重复的补料分批发酵。底物脉冲的总循环时间在宽泛的范围(30-2,700 s)内变化,底物只在每个循环前 30% 时添加。作为对照,我们连续添加底物以执行发酵,在所有发酵中,添加的底物总量相同。结果表明,总生物量浓度​保持相对不变,而随着循环时间增加,观察到真菌元素的平均投影区域(即,平均尺寸)显著减少。​因此,液体培养基黏性降低,氧气吸收率增加。然而,当循环时间较大时(即,900-2, 700 s),真菌分生孢子形成显著增加,重组酶生产力显著下降,这表明真菌将底物输送到贮存化合物,而非重组蛋白质。除了说明循环时间对发酵性能的影响,这些结果有助于解释在大规模发酵罐中观察到的差异之处。© 2005 Wiley Periodicals, Inc.


Hornbæk, T.、Jakobsen, M.、Dynesen, J.、Nielsen, A.K.
“外界 pH 值升高时,在地衣芽孢杆菌中测量的全局转录谱和细胞内 pH 调节”
《微生物学文献集 (Archives of Microbiology)》,第 182 卷第 6 期,第 467-474 页。(2004)

摘要

本研究检查了在早期稳定生长期 (pH 5.3) 将细胞转移至 pH 值为 5.0-8.0 的新鲜生长介质的影响,从而为工业中使用的地衣芽孢杆菌优化繁殖条件。用 5(6)-羧基荧光素双乙酸琥珀酰亚胺酯染色后,使用荧光比例成像显微镜检查法,在单细胞水平测量了细胞内 pH (pHi)。使用基因组 DNA 微阵列确定了转录谱。研究发现,最适合地衣芽孢杆菌生长的细胞外 pH (pH ex) 值为 pH 7.0,此时停滞期最短,最大单位生长率最高且生物量形成最大。转移至 pHex 5.0-8.0 的环境后 15 分钟,在地衣芽孢杆菌中发现了大约 1.0 的平均 pH 值梯度 (ΔpH = pHi - pHex)。在 pH 值为 7.0 时,上调蔗糖吸收中涉及的基因可能与观察到的最佳生长相关。转录谱表明,转移到 pH 7.0 和 pH 8.0 后,生物体出现磷酸盐饥饿现象。pHi 调节所涉及的机制似乎包括脂肪酸合成变化,以在低 pHex 值时产生更加坚硬的细胞膜结构,并将丙酮酸盐转换为乙偶姻,而非乙酸盐,以中和低 pHex 值。© Springer-Verlag 2004.


Raghevendran, V.、Gombert, A.K.、Christensen, B.、Kötter, P.、Nielsen, J.
“利用 13 C 标记葡萄糖实验执行酿酒酵母的葡萄糖阻遏突变体表型鉴定”
《酵母 (Yeast)》,第 21 卷第 9 期,第 769-779 页。(2004)

摘要

在代谢工程和功能基因组学领域,细胞代谢通量的分析方法具有吸引力,因为这些方法在活跃代谢网络级别概述了细胞的表型反应。这与许多其他高通量实验技术不同,其他技术不提供有关特定基因修饰对细胞功能的综合反应的信息。在本研究中,我们利用 13C 标记葡萄糖实验,对酿酒酵母的多个突变体执行表型鉴定。通过对结合到细胞蛋白质氨基酸中的 13C 进行 GC-MS 分析,可以获得有关不同突变体内中心碳代谢功能的定量信息。传统上,此类标记数据一直用于通过使用合适的数学模型量化代谢通量,但在这里,我们展示了原始标记数据也可直接用于不同突变菌株的表型鉴定。研究中选用的不同葡萄糖解阻遏菌株包括破坏突变体 reg1、hxk2、grr1、mig1 和 mig1mig2 以及参照菌株 CEN.PK113-7D。对综合部分标记数据的主成分分析表明,删除基因 HXK2 和 GRR1 后,可在通量组级别产生相似的表型,且葡萄糖对呼吸代谢的遏制作用得到部分缓解。此外,删除基因 MIG1、MIG1/MIG2 和 REG1 不会导致表型在通量组级别发生显著改变。版权所有 © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.


Connelly, M.B.、Young, G.M.、Sloma, A.
“细胞外蛋白水解活性对枯草芽孢杆菌的群集运动起到关键作用”
《细菌学期刊 (Journal of Bacteriology)》,第 186 卷第 13 期,第 4159-4167 页。(2004)

摘要

枯草芽孢杆菌的自然隔离展示了一种强劲的多细胞行为,称为群集。群集是一种运动形式,以细菌群体在表面上的快速协调行进作为特征。作为集体细菌行为,群集通常与生物膜形成有关,并且与病原菌中的毒力因子表达关联。虽然芽孢杆菌属的群集表型备有良好的文档记录,但了解相关分子机制在很大程度上与革兰氏阴性菌无关。为了更好地理解如何在芽孢杆菌属成员中控制群集,我们研究了基因删除对群集运动的一系列影响。我们的分析表明,如果在产生表面活性素和细胞外蛋白水解活性时菌株不足,则不会进行群集运动,也不会形成生物膜。虽然已知表面活性素(一种脂蛋白表面活性剂)在群集运动中通过降低表面张力来发挥作用,但这份报告第一次表明一般细胞外蛋白酶活性也起到重要作用。这些结果不仅有助于定义诱发群集迁移所涉及的因素,还证实了群集和生物膜形成的控制机制可能有所重叠的观点。


Hornbæk, T.、Nielsen, A.K.、Dynesen, J.、Jakobsen, M.
“种龄和固体与液体繁殖对工业地衣芽孢杆菌菌株接种体质量的影响”
《FEMS 微生物学信函 (FEMS Microbiology Letters)》,第 236 卷第 1 期,第 145-151 页。(2004)

摘要

使用早期稳定生长期接种物(与晚期稳定生长期相比)和使用液体繁殖介质(与固体相比)培养地衣芽孢杆菌时,停滞期更短。在使用 5(6)-羧基荧光素双乙酸琥珀酰亚胺酯 (CFDA-SE) 染色后执行流式细胞术和荧光比例成像显微镜检查法 (FRIM),结果证实,与晚期稳定生长期接种体相比,液体早期稳定生长期接种体更有活力且更均匀。DNA-微阵列分析表明,在细胞增殖方面,液体早期稳定生长期接种体更加活跃,而固体晚期稳定生长期接种体受到诱发,形成一些孢子,这可能会导致生长延迟。© 2004 Federation of European Microbiological Societies.Elsevier B.V. 出版。保留所有权利。


S. Bhargava、K. Wenger、M. R. Marten.
“在补料分批米曲霉发酵期间以脉冲方式进料可提高氧传质”
《生物科技进展 (Biotechnololy Prog.)》,第 19 卷,第 1091-1094 页 (2003)

摘要

高液体培养基黏性及随之降低的氧传质能力会对许多真菌发酵的生产力造成不利影响。本研究的目标是确定在真菌发酵期间以脉冲方式供应有限的碳是否会导致黏性降低和氧传质提高。与连续进料相比,以脉冲的方式添加底物可产生更小的真菌元素,从而显著降低液体培养基黏性。反过来,可提高溶解氧浓度,并增加脉冲进料过程中的氧吸收率。