Preface

A otimização do processo de suplementação é uma das direções de pesquisa mais importantes para a otimização do processo de fermentação, e taxas de suplementação contínuas e estáveis tendem a ter um grande impacto na síntese do produto final e na direção metabólica da cepa. A síntese da maioria dos produtos requer que o açúcar no meio de cultura seja estritamente controlado em certas concentrações durante o processo de suplementação. O controle tradicional do açúcar depende principalmente do operador para a amostragem contínua da detecção e o ajuste manual da velocidade do suplemento, a eficiência do tempo é pobre e o efeito de regulação também é pobre. Os engenheiros de fermentação também estão sempre procurando maneiras mais estáveis e precisas de controlar o açúcar. Neste caso, a cepa de produção de trombina E. coli TM01 é a cepa de partida, usando um biorreator paralelo Sedolis (7 L), que mantém a concentração de glicose no meio de cultivo de duas maneiras diferentes através da estratégia de controle manual de açúcar e da detecção automática de açúcar em linha de processo de biocultura (BODS), respectivamente, com a produção de trombina como indicador para comparar as diferenças nos diferentes padrões de controle de açúcar.

Figura 1 Detector on-line do processo de biocultura de madeira (BODS)

Processo experimental

Espécie experimental: E. coli WT01.

Meio líquido de cultura de sementes: proteína de manganese 10 g / L, extrato de levedura 5 g / L, cloreto de sódio 10 g / L, glicose 20 g / L;

Medio de cultura líquida: glicose 25 g/L, extrato de levedura 7 g/L, ácido citrico monohidrato 1,1 g/L, sulfato de amônio 7,5 g/L, fosfato de dihidropotássio 2 g/L, fosfato de dihidropotássio trihidrato 3 g/L, sulfato de magnésio septihidrato 1 g/L, sulfato de ferro septihidrato 0,1 g/L, vitamina B1 0,1 g/L, glicerina 10 g/L, ácido ascorbico 0,45 g/L, fermentação de garrafas agitadas adicionando carbonato de cálcio 5 g/L;

Cultura de fermentação do tanque de fermentação: após a ativação da bactéria no tubo de glicerina, transferido para o líquido de cultura de sementes a 37 ° C após 12 h, transferido para o meio de fermentação a uma quantidade de vacinação de 5%. O processo de fermentação é realizado em um tanque de fermentação Sedolis 7L, com um volume de ventilação de 1vvm, a velocidade de agitação associada ao oxigênio dissolvido é controlada em 30% e o pH é mantido em 6,9 através do fluxo de amônia. Depois de uma cultura de 37 ° C até OD600 a cerca de 10, arrefecer a 30 ° C e adicionar a indução de IPTG. Quando a glicose no meio de cultura é consumida durante o processo de fermentação, a solução de glicose adicionada com 500 g / L controla a concentração de açúcar residual em 2 g / L.

O grupo de suplemento manual detecta a concentração de açúcar residual no meio a cada amostragem de 1h e ajusta manualmente a estratégia de suplemento de acordo com a concentração medida. O Grupo de Autosuplementação usa o Detector Online de Processo de Biocultura (BODS) da TMG para detectar a concentração de açúcar residual no meio em tempo real e ajustar automaticamente a estratégia de suplementação de açúcar pelo instrumento. A concentração de trônica no líquido de fermentação é comparada pela fase líquida.

Resultados do experimento

Como mostrado na Figura 2, no modo de suplemento manual, devido à impossibilidade de observar o crescimento da bactéria em tempo real, a concentração de açúcar residual no meio de cultura flutuava muito, e devido à fadiga noturna do operador, o erro atingiu até a diferença de +10 g / L no máximo. As flutuações nas concentrações de açúcar residual afetaram diretamente a biomassa e a produção de trânea do organismo, com a produção de trânea no grupo de controle manual atingindo apenas cerca de 0,3 g/L. Em comparação, o suplemento de associação inteligente do BODS elimina os erros causados ​​pela operação humana, pode monitorar o crescimento de bactérias no líquido de fermentação em tempo real durante todo o dia, detectar a concentração de açúcar residual no meio de cultura (no caso, configurado para amostragem automática de 1h e detecção uma vez) e fazer feedback ao sistema, em seguida, ajustar a estratégia de suplemento em tempo real de acordo com os valores definidos para manter a estabilidade do açúcar no valor definido (2 ± 0,2 g / L), uma estratégia de controle de açúcar melhor também trouxe um aumento significativo na produção de trânea, em comparação com o modo de suplemento manual, o modo de suplemento de associação inteligente do BODS aumentou a produção de trânea em cerca de 71,4%.

Figura 2 Comparação dos resultados de fermentação de suplementos manuais e suplementos associados inteligentes

conclusão

Este caso usou a cepa de engenharia de trombina como cepa de partida e estudou os efeitos sobre a produção de trombina da cepa sob diferentes estratégias de suplemento. Os resultados experimentais mostraram que métodos mais estáveis de controle do açúcar tendem a levar a um aumento significativo da produção. Em comparação com o modelo de suplemento manual, o sistema de associação inteligente BODS controla o nível estável de açúcar residual no meio de cultura no valor definido (2 ± 0,2 g / L) por meio de amostragem automática, detecção, monitoramento, regulação de feedback, estratégia de suplemento de aprendizagem autônoma, etc., e também aumenta o rendimento de tranina da cepa em cerca de 71,4%, o que ilustra o papel importante do BODS na otimização do processo de fermentação. Além disso, o controle da concentração de açúcar residual na produção industrial também é um parâmetro-chave que afeta diretamente a qualidade dos produtos da empresa, a capacidade de detecção em tempo real do BODS também ajuda o pessoal da oficina de produção a controlar em tempo real as mudanças do processo de fermentação, ajustar os parâmetros do processo em tempo útil e ajudar as empresas a concluir melhor a produção de produtos.

Desde a sua fundação, a Tamaki Bio está empenhada em oferecer soluções altamente especializadas de otimização de bactérias para oferecer opções mais confiáveis ​​para a otimização do processo de fermentação.