Lời nói đầu

Tối ưu hóa quá trình bổ sung là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng nhất để tối ưu hóa quá trình lên men, tốc độ bổ sung liên tục và ổn định thường có ảnh hưởng lớn đến sự tổng hợp của sản phẩm cuối cùng và hướng trao đổi chất của chủng. Việc tổng hợp hầu hết các sản phẩm trong quá trình bổ sung đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ lượng đường trong môi trường nuôi cấy ở một nồng độ nhất định. Điều khiển đường truyền thống chủ yếu dựa vào nhân viên thao tác không ngừng lấy mẫu kiểm tra và điều chỉnh tốc độ bổ sung bằng tay, tính hiệu quả thời gian kém, hiệu quả điều khiển cũng kém. Các kỹ sư lên men cũng luôn tìm cách kiểm soát đường ổn định và chính xác hơn. Trường hợp này sử dụng chủng sản xuất tryptophan E. coli TM01 làm chủng khởi đầu, sử dụng lò phản ứng sinh học song song Sedolis (7 L) để duy trì nồng độ glucose trong môi trường thông qua hai cách khác nhau của chiến lược kiểm soát phát hiện đường tự động của máy kiểm tra trực tuyến quy trình nuôi cấy bằng tay (BODS), tương ứng với sản xuất tryptophan để so sánh sự khác biệt giữa các mô hình kiểm soát đường khác nhau.

Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (

Quy trình thử nghiệm

Loài thực nghiệm: E. coli WT01

Môi trường chất lỏng hạt giống: protein 10 g/L, chiết xuất nấm men 5 g/L, natri clorua 10 g/L, glucose 20 g/L;

Môi trường dung dịch lên men: glucose 25 g/L, chiết xuất nấm men 7 g/L, axit citric monohydrate 1,1 g/L, amoni sunfat 7,5 g/L, kali dihydrogen phosphate 2 g/L, dipotassium hydrogen phosphate trihydrate 3 g/L, magiê sulfat heptahydrate 1 g/L, sắt sulfat heptahydrate 0,1 g/L, vitamin B1 0,1 g/L, glycerol 10 g/L, axit ascorbic 0,45 g/L, lên men chai thêm canxi cacbonat 5 g/L;

Nuôi cấy lên men: sau khi kích hoạt các giống nấm trong ống glycerin, chuyển sang nuôi cấy hạt giống ở 37 độ C trong 12 giờ, chuyển sang nuôi cấy lên men theo lượng tiêm 5%. Quá trình lên men được thực hiện trong máy lên men Sedolis 7L với thông khí 1vvm, kiểm soát oxy hòa tan ở mức 30% thông qua tốc độ khuấy liên kết oxy và duy trì pH ở mức 6,9 thông qua nước amoniac chảy. Sau khi nuôi cấy ở 37 độ C đến khoảng OD600 đến 10 độ C, hạ nhiệt xuống 30 độ C và thêm cảm ứng IPTG. Trong quá trình lên men, khi glucose trong môi trường đã được tiêu thụ hết, dung dịch glucose 500 g/L sẽ kiểm soát nồng độ đường dư ở mức 2 g/L.

Nhóm bổ sung thủ công lấy mẫu mỗi 1h để phát hiện nồng độ đường dư trong môi trường và điều chỉnh thủ công chiến lược bổ sung theo nồng độ đo được. Nhóm bổ sung tự động phát hiện nồng độ đường dư trong môi trường trong thời gian thực bằng cách sử dụng máy phát hiện trực tuyến quy trình nuôi cấy sinh học (BODS) của sinh vật Skywood và tự động điều chỉnh chiến lược bổ sung đường bằng thiết bị. Nồng độ tryptophan trong chất lỏng lên men được phát hiện tương phản bằng pha lỏng.

Kết quả thí nghiệm

Như thể hiện trong hình 2, trong chế độ bổ sung thủ công, nồng độ đường dư trong môi trường dao động đáng kể do không thể quan sát sự phát triển của nấm trong thời gian thực, và thậm chí đạt được sự khác biệt 10 g/L khi lỗi lớn nhất do người vận hành ban đêm mệt mỏi. Sự dao động về nồng độ đường dư ảnh hưởng trực tiếp đến sinh khối của nấm và sản xuất tryptophan, chỉ khoảng 0,3 g/L khi nhóm đường kiểm soát thủ công sản xuất tryptophan cao nhất. Trong khi so sánh, bổ sung liên kết thông minh của BODS loại bỏ lỗi do hoạt động của con người gây ra, có thể theo dõi sự phát triển của nấm trong dung dịch lên men trong thời gian thực 24/7, phát hiện nồng độ đường dư trong môi trường (trong trường hợp được đặt thành 1h tự động lấy mẫu và phát hiện một lần) và phản hồi cho hệ thống, sau đó điều chỉnh chiến lược bổ sung theo giá trị thiết lập trong thời gian thực để duy trì ổn định đường ở giá trị thiết lập (2 ± 0,2g/L), chiến lược kiểm soát đường tốt hơn cũng mang lại sự gia tăng đáng kể sản lượng tryptophan, so với chế độ bổ sung thủ công, sản lượng tryptophan trong chế độ bổ sung liên kết thông minh BODS tăng khoảng 71,4%.

Hình 2 So sánh kết quả lên men bổ sung bằng tay và bổ sung liên quan thông minh

kết luận

Trường hợp này, với các chủng kỹ thuật sản xuất tryptophan làm chủng khởi đầu, đã nghiên cứu tác động đến sản xuất tryptophan của các chủng theo các chiến lược bổ sung khác nhau. Kết quả thí nghiệm đã chứng minh: Cách kiểm soát đường ổn định hơn thường dẫn đến sự gia tăng sản lượng đáng kể. So với chế độ bổ sung thủ công, hệ thống liên kết thông minh BODS kiểm soát mức đường dư trong môi trường ổn định ở giá trị cài đặt (2 ± 0,2g/L) thông qua phát hiện lấy mẫu tự động, giám sát, điều chỉnh phản hồi, chiến lược bổ sung học tập độc lập mà không cần người vận hành, cũng làm tăng sản lượng tryptophan của chủng khoảng 71,4%, điều này minh họa vai trò quan trọng của BODS trong việc tối ưu hóa quá trình lên men. Bên cạnh đó, việc kiểm soát nồng độ đường dư trong sản xuất công nghiệp cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm của doanh nghiệp các thông số chính, khả năng phát hiện thời gian thực của BODS cũng giúp nhân viên xưởng sản xuất kiểm soát sự thay đổi quá trình lên men trong thời gian thực, kịp thời điều chỉnh các thông số công nghệ, giúp doanh nghiệp hoàn thành tốt hơn việc mở rộng sản xuất sản phẩm.

Kể từ khi thành lập, Skywood Bio tuân thủ nguyên tắc khách hàng đầu tiên và cam kết cung cấp chương trình tối ưu hóa nấm chuyên nghiệp cao, cung cấp nhiều lựa chọn đáng tin cậy hơn để tối ưu hóa quá trình lên men.