前言
補料工藝的優(yōu)化是發(fā)酵工藝優(yōu)化最重要的研究方向之一，持續(xù)而又穩(wěn)定的補料速率往往對最終產物的合成和菌株的代謝方向影響較大。多數產物的合成在補料過程中需要嚴格將培養(yǎng)基中的糖控制在一定濃度,。傳統的控糖主要依靠操作人員不斷地取樣檢測與手動調節(jié)補料速度,，時效性較差，調控效果也較差,。發(fā)酵工程師們也始終在尋找著更穩(wěn)定,，更精確的控糖方式。本案例以色氨酸生產菌株E. coli TM01為出發(fā)菌株,，采用賽多利斯（7 L）平行生物反應器,，分別通過手動控糖和生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）的自動檢測控糖策略兩種不同方式維持培養(yǎng)基中葡萄糖濃度，以色氨酸產量為指標來對比不同控糖模式的差異,。
圖1 天木生物生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）
實驗過程
實驗菌種：E. coli WT01,。
種子液培養(yǎng)基：蛋白胨10 g/L,，酵母提取物5 g/L，氯化鈉10 g/L,，葡萄糖20 g/L,；
發(fā)酵液培養(yǎng)基：葡萄糖25 g/L，酵母提取物7 g/L,，一水合檸檬酸1.1 g/L,，硫酸銨7.5 g/L，磷酸二氫鉀2 g/L,，三水合磷酸氫二鉀3 g/L,，七水合硫酸鎂1 g/L，七水合硫酸鐵0.1 g/L,，維生素B1 0.1g/L,，甘油10 g/L，抗壞血酸 0.45 g/L,，搖瓶發(fā)酵額外加入碳酸鈣5 g/L,；
發(fā)酵罐發(fā)酵培養(yǎng)：取甘油管中菌種活化后轉接至種子培養(yǎng)液37℃培養(yǎng)12 h后，按5%接種量轉接至發(fā)酵培養(yǎng)基,。發(fā)酵過程在賽多利斯7L發(fā)酵罐中進行,，通氣量為1vvm，通過溶氧關聯攪拌轉速將溶氧控制在30%,，通過流加氨水將pH維持在6.9,。37℃培養(yǎng)至OD600到10左右后，降溫至30℃并加入IPTG誘導,。發(fā)酵過程中當培養(yǎng)基中的葡萄糖消耗完畢后,，流加500 g/L的葡萄糖溶液將殘?zhí)菨舛瓤刂圃?2g/L。
手動補料組每1h取樣檢測培養(yǎng)基中殘?zhí)菨舛?，并根據所測濃度手動調整補料策略,。自動補料組使用天木生物的生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）實時檢測培養(yǎng)基中殘?zhí)菨舛龋⒂蓛x器自動調整補糖策略,。發(fā)酵液中色氨酸濃度由液相進行檢測對比,。
實驗結果
如圖2所示，在手動補料模式下,，由于無法實時觀察菌體的生長情況,，培養(yǎng)基中殘?zhí)菨舛炔▌虞^大，而且由于夜間操作人員疲勞,，誤差最大時甚至達到了+10 g/L的差異,。殘?zhí)菨舛鹊牟▌又苯佑绊懥司w的生物量和色氨酸產量，手動控糖組色氨酸產量最高時僅有約0.3 g/L,。而與之相比,，BODS的智能關聯補料摒棄了人為操作帶來的誤差,，可以全天候實時監(jiān)控發(fā)酵液中菌體的生長情況、檢測培養(yǎng)基中殘?zhí)菨舛龋ò咐性O置為1h自動取樣并檢測一次）并反饋給系統,，然后根據設置值實時調整補料策略使糖穩(wěn)定的維持在設定值（2±0.2g/L）,，更好的控糖策略也帶來了色氨酸產量的大幅度增加，與手動補料模式相比,，BODS智能關聯補料模式下色氨酸產量提高了約71.4%,。
圖2 手動補料和智能關聯補料發(fā)酵結果對比
結論
本案例以產色氨酸工程菌株為出發(fā)菌株，研究了不同補料策略下對菌株色氨酸產量的影響,。實驗結果證明：更穩(wěn)定的控糖方式往往會帶來產量大幅度的增加,。與手動補料模式相對比，BODS智能關聯系統在無操作人員的情況下通過自動取樣檢測,、監(jiān)控,、反饋調節(jié)、自主學習補料策略等方式將培養(yǎng)基中殘?zhí)撬椒€(wěn)定的控制在了設定值（2±0.2g/L）,，也使菌株的色氨酸產量提高約71.4%,，這說明了BODS在發(fā)酵工藝優(yōu)化中的重要作用。除此之外,，在工業(yè)化生產中殘?zhí)菨舛鹊目刂埔彩侵苯佑绊懫髽I(yè)產品質量的關鍵參數,，BODS的實時檢測能力也有助于生產車間人員實時掌控發(fā)酵過程變化，及時調整工藝參數,，幫助企業(yè)更好的完成產物的放大生產,。
自成立伊始，天木生物恪守客戶至上的原則,，致力于提供高度專業(yè)化的菌種優(yōu)化方案,，為發(fā)酵過程優(yōu)化提供更多可靠選擇,。
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