发酵过程多水平问题及其生物反应器装置技术研究

回顾了发酵过程优化与放大所依据的基本思想和方法,认为采用以动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法,实质上只是化学工程宏观动力学概念在发酵工程上的延伸,往往忽视细胞代谢流的存在。以细胞代谢流的分析与控制为核心的生物反应工程学的观点,通过实验研究,提出了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。随着过程传感技术和计算机技术的发展,设计了一种定型为FUS50L（A）的新概念生物反应器。这种新型生物反应器是以物料流检测为手段,过程优化与放大为目标,成功地应用在青霉素、红霉素、金霉素、肌苷、鸟苷发酵和Pichia酵母表达系统的基因工程人血清白蛋白（rhSA）、疟疾疫苗等高密度高表达培养,大幅度提高发酵水平,并直接放大到几百升,甚至100 m3以上生产规模发酵罐。     

基于CPLD教学CT实验仪数据采集系统的设计与实现

教学CT研制的目的，是为了更直观地演示CT扫描的全过程，其中数据采集系统的设计是整个教学CT系统研制的重点之一．文中主要介绍了CD-50BG教学CT实验仪数据采集系统的设计与实现，利用CPLD器件高集成度等特点，将其应用于数据采集系统的设计中，以达到减小系统体积、提高系统可靠性的目的；并针对CD-50BG教学CT机在采集数据过程中数据易丢失的现象，对数据采集系统进行了改进性的设计，增加了FIFO缓冲电路，在高速的数据采集过程中减少了数据的丢失，提高了数据传输的质量．     

用固定化菌体笼架填充床生物反应器生产酒精的研究

为了将海藻酸钙固定化酵母应用于由甘薯及其它含固形物的淀粉质原料生产酒精,研制了笼架填充床生物反应器。结果表明,当该生物反应器用于一阶段发酵时,按糖醇转化率为93％,酒精浓度为7.8％(v/v)计算其乙醇生产能力(Productivity)为2.8g/1.h,是传统间歇发酵的2～3倍,当做为发酵器和细胞发生器进行转移发酵时,效率提高到4.3g/1.h。     

红霉素发酵生产后期的调控研究

采用FUS-50L（A）生物反应器对红霉素发酵生产过程进行调控，在后期按优化方案向发酵液中补入混合物X，可使最终发酵液的生物效价和红霉素A组分的相对百分含量分别由对照样品的6089u／mL、81．16％提高至条件样品的8316u／mL、89．78％．同时，通过多尺度参数分析，阐明了红霉素发酵生产后期优化控制的重要性．     

膜─生物反应器处理高浓度有机废水

膜──生物反应器技术是将膜分离技术与传统的生化处理法结合成为一种全新的废水治理技术，近年来在国外得到了广泛研究。浙江大学高分子研究所与膜分离工程联合公司，利用自产的聚丙烯中空纤维膜组件。研制的好氧膜──生物反应器是利用聚丙烯中空纤维膜的分离截留功能，将生物反应器中的活性污泥和大分子、难降解的物质不断返回到反应器件，提高生化反应效率。该技术主要用于高浓度有机废水的治理，如发酵行业昧精生产废水，食品行业、化工、制药废水，油田采出水，垃圾场渗出水，宾馆、饭店、餐厅排出的洗涤用水等，研究成果的技术指标等…     

发酵过程生化指标检测的自动取样设计

设计了一种发酵样品在线自动取样装置及其控制流程,可以实现对多个发酵罐进行按次序分时样品采集,用于发酵过程生化参数的自动取样测定。取样装置支持采用膜过滤或渗透膜式取样器的无细胞直接取样、带细胞的直管直接取样和模拟手工取样的U型管间接取样,文中给出了各种取样方式的取样过程及其程序控制流程图。对于带细胞直管直接取样模式,本设计具有多个防杂菌污染的隔离屏障,在发酵过程的测定间隙可以对取样管路进行化学灭菌处理,能够防止长时间发酵外部杂菌通过取样池经取样管污染发酵罐。本设计与生物传感器分析系统配合可实现在不同类型的发酵中进行生化参数的在线自动分析。     

气升式生物反应器内气液混合流场的研究

该研究采用有机玻璃建立了模拟反应器试验装置,能分别模拟气升式和机械搅拌式两种反应器的工作状况,包括进气压力和罐压的调整、罐内温度、溶氧量的测量;建立了计算机数据采集系统;采用ALE方法,分别对安装一块档板和三块档板的生物反应器内复杂流动及粒子Lagrangian运动建立模型,得到了数值模拟结果.该研究的成果可用于气升式生物反应器领域.     

智能化微生物发酵乙醇浓度在线检测仪的研制

乙醇浓度是微生物发酵过程中重要的过程参数,直接影响着发酵过程的控制和优化.基于半导体材料的气敏效应,提出了一种生物发酵过程中乙醇浓度在线检测方法.该方法利用系统辨识建立乙醇浓度的在线测量模型,以微控制器为核心的嵌入式系统完成信号采集、数据分析与处理;在此基础上研制了乙醇浓度在线检测仪,给出了在线检测仪的系统组成框图以及系统的硬件设计和软件设计.实验与分析表明,所设计的乙醇浓度检测仪能够在线检测发酵过程中的乙醇浓度,所测乙醇溶液体积百分比范围为0.00-8.00%,具有较高的检测精度,绝对误差小于0.1%,重复性好,能够很好地满足微生物发酵工业应用需求.     

多孔陶瓷板固定床生物反应器设计及模拟

设计了一种结构新型的多孔陶瓷固定床生物反应器，与传统的固定床相比，该反应器具有氧传递性能好，能够均匀接种等优点，通过模拟，考察了反应器内的流体流动和气液传递性质，计算证明反应器的供氧能力能够满足链霉菌发酵过程对氧的需求。     

固定化酵母流化床生物反应器的设计与实验

介绍了制取酒精用的固定化酵母流化床生物反应器的设计与计算.设计计算的主要依据是2年多的实验参数及酒精发酵理论.流化床生物反应器的设计计算公式、主体部件图和工艺流程,年产30t和107t酒精的反应器经试运转证实反应器的设计计算正确,工艺合理.     

Power consumption and mixing in a miniaturised bioreactor

Microbial fermentation plays an important role in digesting renewable biomass, in particular lignocellulose to generate new sources of chemical raw material and energy. The increasing number of genetic and process permutations during screening for process optimizations drives a strong demand for obtaining accurate biological and process data in short time frames and at low cost. A novel miniaturised bioreactor with a working volume of 7 mL was fabricated to meet the requirements of fermentation process development. The engineering parameters including power consumption and mixing time were characterised and compared with those in a 7 L bioreactor with two standard Rushton impellers. Computational results in the 7 L bioreactor were in good agreement with the literature and this approach was applied to this miniaturised bioreactor. Power number for the impellers used in the miniaturised reactor was found to vary with the detailed impeller geometrical characteristics, including the blade width, length and thickness. Mixing time in this miniaturised bioreactor was calculated to be around 0.2 s, shorter than the time required for metabolic regulations for some cells. This miniaturised bioreactor could dramatically change the fermentation process development.     

溶氧对红曲菌发酵生物合成橙色素的影响

研究了溶氧对红曲菌在发酵罐中生物合成橙色素的影响。 分别采用不同通气量和搅拌转速以达到不同溶氧水平,考察不同溶氧水平下红曲菌w1夏在10L发酵罐中生产橙色素的情况,并将优化后条件放大至50L发酵罐中。结果表明,不同通气量水平下底物消耗、pH值和溶氧情况相似,但最终橙色素色价不同,基本上呈现出随通气量增加,色价呈现上升趋势;搅拌转速升高,菌体量和色价均随之升高,但涨幅不大;50L罐中菌体生长和橙色素合成结果验证了10L罐结果。在大规模生产时应尽可能采用高的通气量和适宜的搅拌转速,达到较高的溶氧水平,以利于菌体生长和橙色素合成。     

褐藻胶裂解酶发酵工艺优化及其中试放大

对产微球茎菌（Microbulbifer sp.）ALW1发酵产褐藻胶裂解酶5 L罐发酵工艺进行优化,建立褐藻胶裂解酶的高产发酵工艺。结果表明:海藻酸钠质量浓度为1 g/L时效果最好,浓度减半或加倍都会使酶活力下降;25 ℃比20 ℃更利于产酶;pH值控制在7.5时比自然条件下发酵产酶高峰提前,产酶量变化不大;在此基础上,对罐上工艺进行中试放大,20 L发酵罐酶活力最高为57.0 U/mL,200 L罐酶活力最高为43.5 U/mL,500 L罐酶活力最高为38.3 U/mL,分别是小试水平的39.6%、30.2%、26.5%。     

基于参数相关分析的头孢菌素C发酵过程溶氧调控策略

运用多参数检测的生物反应器及其相关计算机软、硬件技术,对头孢菌素C发酵过程中表征细胞代谢的宏观代谢特征参数进行了检测与相关性分析,表明发酵前期菌体形态分化有利于增加溶氧,膨大、断裂菌丝的形成能够启动头孢菌素C合成;发酵中期添加豆油为菌体提供碳源、同时兼作消泡剂,发酵后期添加豆油仅起消泡剂作用。在以上分析的基础上从过程理论上提出了头孢菌素C发酵中溶氧控制的策略。     

聚氨酯固定化米根霉发酵乳酸动力学研究

采用聚氨酯继载体，对米根霉（Rhizopus oryzae）进行自吸附固定化，在鼓泡塔反应器中对以葡萄糖和混合糖（葡萄糖和木糖）的乳酸发酵动力学进行了研究。建立了固定化米根霉以葡萄糖、木糖与葡萄糖的混合糖为碳源的L－乳酸发酵动力学模型，模型计算结果与实验数据较为符合。     

系列食品微生物多糖的高黏度发酵关键技术

比较产热凝胶菌株生长和合成多糖阶段的能量代谢差异,特别是能量耗散的差异,构建了土壤杆菌ATCC 31749产热凝胶的代谢途径.研究产生能量代谢差异的原因及其影响因素,利用分子生物学技术和生物信息学工具,构建了土壤杆菌电子呼吸链的传递途径.研究高密度培养、高强度生产的两步法微生物多糖发酵工艺.在预备罐中以低C/N营养条件,实现产多糖微生物的快速高密度培养.在发酵罐中稀释细胞后以高C/N营养条件高强度生产微生物多糖.研制工业规模下适用于高黏度发酵的高效生物反应器.以结冷胶为高黏度发酵模型体系,研究该反应器在冷模条件下的传质、混合和流变行为特征,设计了新型高效生物反应器,放大至50 m3并应用于结冷胶发酵生产实践中.     

米根霉发酵生产L( )-乳酸研究进展

综述了米根霉发酵生产L( )-乳酸的研究进展.米根霉是生产L( )-乳酸的理想菌种,目前主要集中在菌株的选育、发酵工艺的优化和提取分离操作以及新型反应器的设计等方面的研究,通过控制米根霉菌体的形态可提高菌株产酸的能力,操作简便.提出今后应从利用基因工程等技术定向选育出高产L( )-乳酸的基因工程菌株,优化发酵工艺,改进发酵设备和选择合适的固定化载体等方面进一步研究,从而降低生产L( )-乳酸的成本,加大乳酸衍生物产品的开发与利用,扩大L( )-乳酸的应用领域.     

Effects of H_2O_2 on Oxygen Supply in the Process of DCA Fermentation

IntroductionLong chainα,ω- dicarboxylic acids (DCA ) areversatile chemical intermediates used as rawmaterials for the preparation of perfumes,polymers,and adhesives[1] .Various strains of C.tropicalis are known to produce DCA whencultured with alkanes or fatty acids as the carbonsource[2 ,3] .　During aerobic and viscous fermentation,theoxygen supply is of crucial importance becauseinsufficient oxygen can lead to suboptimalproductivities[4 ] as well as products of low quality.Several meth…     

固定化增殖酵母糖蜜酒精连续发酵的研究

本研究采用海藻酸钙胶为载体,将糖蜜酒精酵母P396驯化株固定于2.5公升维型筛板生比反应器中,以甘蔗糖蜜为基质进行快速酒精连续发酵试验。证明该反应器能较好地解决CO_2滞留及CO_2与酒精对酵母发酵的抑制问题;探讨了该反应器连续发酵的动力学模型及发酵条件。发酵连续操作85天,平均产酒8.1×10~(-2)kg/L,平均生产能力1.5×10~(-2)kg/L·hr比游离细胞分批发酵效率提高17.4倍。     

固定化细胞乳酸发酵动力学及工艺的研究

本文对海藻酸钙固定化德氏乳酸杆菌的间歇发酵动力学进行了探讨,并对固定化细胞高糖浓度发酵以及外循环固定化细胞反应器连续发酵工艺条件进行了研究。结果表明:固定化不改变细胞的最适生长温度和pH;底物和产物均对细胞生长有抑制作用;固定化细胞生长的饱和常数和抑制常数增大,比生长速率减小,产酸速率增加;高糖浓度发酵最适工艺条件为初糖浓度120～130g/l,发酵时间68～72h,发酵液中乳酸浓度可达100g/l;外循环固定化细胞反应器连续发酵最适工艺条件为初糖浓度50g/l,稀释速率0.048～0.09l/h,转化率达78％。