Préface

L'optimisation du processus de complémentation est l'une des directions de recherche les plus importantes pour l'optimisation du processus de fermentation, et des taux de complémentation constants et stables ont tendance à avoir un impact plus important sur la synthèse du produit final et la direction métabolique de la souche. La synthèse de la plupart des produits nécessite un contrôle strict du sucre dans le milieu de culture à une certaine concentration lors du remplissage. Le contrôle traditionnel du sucre repose principalement sur l'échantillonnage continu des opérateurs pour détecter et réguler manuellement la vitesse de remplissage, moins de vieillissement et moins d'efficacité réglementaire. Les ingénieurs en fermentation sont également toujours à la recherche de moyens plus stables et plus précis de contrôler le sucre. Ce cas prend la souche productrice de tryptophane E. coli tm01 comme souche de départ, en utilisant un Bioréacteur parallèle seydolis (7 l) pour maintenir la concentration de glucose dans le milieu de culture de deux manières différentes, respectivement par le biais de la stratégie de contrôle automatique du sucre par contrôle manuel du sucre et du détecteur en ligne de processus de culture biologique (bods), en utilisant la production de tryptophane comme indicateur pour comparer les différences dans les différents modes de contrôle du sucre.

Figure 1 détecteur en ligne du processus de bioculture tianju (bods)

Processus expérimental

Espèce expérimentale: E. coli wt01.

Milieu liquide de semence: Peptone 10 g / L, extrait de levure 5 g / L, chlorure de sodium 10 g / L, Glucose 20 g / l;

Milieu de fermentation: glucose 25 g / L, extrait de levure 7 g / L, acide citrique monohydraté 1,1 G / L, sulfate d'ammonium 7,5 G / L, Dihydrogénophosphate de potassium 2 G / L, Dihydrogénophosphate de potassium trihydraté 3 g / L, sulfate de magnésium heptahydraté 1 G / L, sulfate de fer heptahydraté 0,1 g / L, vitamine B1 0,1 g / L, glycérine 10 g / L, acide ascorbique 0,45 G / L, fermentation au shaker avec addition supplémentaire de carbonate de calcium 5 g / l;

Culture de fermentation en fermenteur: Après activation des souches dans un tube de glycérol et transfert au milieu de fermentation à raison de 5% d'inoculum après 12 h de culture à 37°c. Le processus de fermentation a été réalisé dans un fermenteur sedolis 7L avec une aération de 1vvm, un contrôle de l'oxygène soluble à 30% par la vitesse de rotation de l'agitation associée à l'oxygène soluble et un maintien du pH à 6,9 par un flux d'ammoniaque. Après incubation à 37°c vers od600 à 10, on refroidit à 30°C et on ajoute l'induction IPTG. Lorsque la consommation de glucose dans le milieu de culture est terminée au cours de la fermentation, l'ajout d'une solution de glucose à 500 g / l permet de contrôler la concentration en sucres résiduels à 2 G / L.

Le Groupe de réapprovisionnement manuel détecte la concentration de sucres résiduels dans le milieu de culture toutes les 1H d'échantillonnage et ajuste manuellement la stratégie de réapprovisionnement en fonction de la concentration mesurée. Le Groupe de réapprovisionnement automatique détecte la concentration de sucre résiduel dans le milieu de culture en temps réel à l'aide du biodeculture Process Online Detector (bods) de tianju bio et ajuste automatiquement la stratégie de réapprovisionnement en sucre par l'instrument. La concentration de tryptophane dans le ferment est contrastée par détection en phase liquide.

Résultats expérimentaux

Comme le montre la figure 2, en mode de recharge manuelle, la concentration en sucres résiduels dans le milieu fluctue fortement du fait de l'impossibilité d'observer en temps réel la croissance des bactéries, et l'écart de + 10 g / l est même atteint lorsque l'erreur est maximale du fait de la fatigue nocturne des opérateurs. Les fluctuations de la concentration en sucres résiduels ont eu un impact direct sur la biomasse et la production de tryptophane des bactéries, avec seulement environ 0,3 G / l lorsque la production de tryptophane était la plus élevée dans le Groupe des sucres contrôlés manuellement. Par rapport à cela, bods Smart Association Supplement élimine les erreurs causées par les opérations humaines, peut surveiller la croissance des bactéries dans le ferment en temps réel 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, détecter la concentration de sucre résiduel dans le milieu de culture (réglé sur 1H d'échantillonnage automatique et détecté une fois) et rétroaction au système, puis ajuster la stratégie de supplément en temps réel en fonction de la valeur de réglage pour maintenir la stabilité du sucre à la valeur de réglage (2 ± 0,2 g / l), une meilleure stratégie de contrôle du sucre apporte également une augmentation substantielle de la production de tryptophane, par rapport au mode de remplissage Manuel, la production de tryptophane en mode bods Smart Association Supplement est améliorée d'environ 71,4%.

Figure 2 Comparaison des résultats de fermentation du Supplément manuel et du Supplément Smart Associated

Conclusion

Ce cas a examiné l'effet sur la production de tryptophane de la souche sous différentes stratégies de complémentation, en utilisant la souche tryptophane Engineering comme souche de départ. Les résultats expérimentaux ont montré que des méthodes plus stables de contrôle du sucre ont tendance à entraîner une augmentation significative de la production. Contrairement au mode de réapprovisionnement manuel, le système de corrélation intelligent bods a contrôlé la stabilisation du taux de sucre résiduel dans le milieu de culture à une valeur de consigne (2 ± 0,2 g / l) sans opérateur grâce à la détection automatique de l'échantillonnage, à la surveillance, à la régulation de la rétroaction, à l'apprentissage autonome de la stratégie de réapprovisionnement, etc., ce qui a également amélioré la production de tryptophane de la souche d'environ 71,4%, ce qui illustre le rôle important de bods dans l'optimisation du processus de fermentation. En outre, le contrôle de la concentration de sucre résiduel dans la production industrielle est également un paramètre clé qui affecte directement la qualité des produits de l'entreprise, et la capacité de détection en temps réel de bods aide également le personnel de l'atelier de production à contrôler les changements de processus de fermentation en temps réel, à ajuster Les paramètres de processus en temps opportun et à aider l'entreprise à mieux terminer la production amplifiée de produits.

Depuis sa création, tianju bio adhère au principe du client d'abord et s'engage à fournir des programmes d'optimisation des souches hautement spécialisés, offrant des options plus fiables pour l'optimisation du processus de fermentation.