必威体育精装版基于细胞代谢流在线检测与计算分析原理的发酵系统(刘健).ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 0-8小时 : OUR、CER、DO、pH、RQ、F ──不同水平8.9小时 : OUR与CER继续上升呈分枝态 pH迅速上升  RQ呈低谷状 ── 非葡萄糖碳源利用 25小时前: 必需限制补加葡萄糖速率(RGLU) 5000 u/ml * 流场特性CFD模拟 生理特性研究 多尺度参数相关分析 环境特性研究 （细胞内生命过程） （多相流场复杂系统） 工业生化发酵过程优化与放大原理的实现 * 实例1：“青霉素发酵过程优化技术研究” （八五攻关项目） 发酵单位（U/ml）由4.8万提高到6.3万 使我国青霉素发酵水平达到了国际先进水平 1997年获国家科技进步二等奖 提出了把研究重点放在不平衡问题的发现、分类与解决 优化控制策略 * 实例2：重要的食品添加剂发酵生产取得突破──呈味核苷酸二钠（鸟苷）发酵过程优化 未知代谢物发现 小试与中试规模 ： 17.2g/L →34g/L(60小时) 100m3生产规模效价提高1倍： 16g/L →32g/L(60小时) 打破了日、韩对我国的生产和市场挤压，使濒临停产的投资2.1亿的工厂恢复生产，并在国内外市场竞争中取胜。 鸟苷 细胞代谢途径 代谢流迁移 跨尺度测量 多尺度相关分析与数学模型 验证 酶学与代谢流分析检验 发酵罐数据采集 * “新型食品添加剂呈味核苷酸二钠关键生产工艺技术” 上海市科技进步一等奖（2003年） 国家科技进步二等奖（2004年） * 实例3：高吨位红霉素发酵放大新技术 直接高效放大 逐级放大（主要靠人工经验） 周期长，误差大（化学工程的相似原理） 问题： ── 发酵罐流场特性与细胞生理特性相结合的过程放大关键技术 * 计算流体力学（CFD）模拟：温度、浓度、剪切、…等流场 372m3试验发酵罐 50L → 372m3 6500→8100 U/ml 流场验证 生理特性验证 372m3高耗氧搅拌发酵罐（国际上未见报道） 6000吨/年，45亿元/年，60%国际市场 （结合先进分离技术，形成清洁生产新工艺） 高吨位红霉素发酵放大与产业化 * 流场特性验证结果 ── 多点DO测定 具有多点DO测定的372m3发酵罐 上层 DO 中间 DO 下层 DO 使代谢流曲线具有相同的趋势 Upside Midlle side Underside * 实例4：红霉素基因工程菌大规模发酵获得成功 ──基因工程菌大规模发酵是发酵工程界的难题 高产低杂质发酵 B、C组分：3-7%→0.1% 生产水平：4000 → 9000 U/ml 成本低、质量优于Abbott公司 优化 (多尺度参数相关） 放大 （流场与生理） B、C组分（杂质）去除的基因工程改造 生产水平严重下降 (8000 →4000 U/ml) 系统生物学问题 （120m3） （跨尺度方法） * 新的发酵工程技术用于红霉素发酵生产获2008年上海市科技进步一等奖 四、配套公用工程系统 需方发酵车间内要有方便的供水（含循环冷冻水）、空气、蒸汽、排水条件； 需方应配备（设计时提出要求）标准容量为 KW，电压380V±5%、50HZ交流电源，五线制电源（标准接地），需配上空气开关。 五、发酵系统用水、用电估算 （公用工程） 燃油蒸汽锅炉：用电—2.2kW/220V;用水—1×103kg/h 空压机：用电—45kW/380V 冷干机：用电—2.0kW/220V 全开用电：45kW/380V；4.2kW/220V 锅炉全开用水：1×103kg/h 六、发酵系统用水、用电估算 （发酵系统） 50L（A）：用电—3.5kW/220V 500L：用电—15kW/380V； 5000L（A）：用电—22kW/380V；用水—15×103kg/h 补料罐：用电—1.0kW/380V；2.5kW/380V 发酵系统全开用电：41kW/380V；3.5kW/220V 发酵系统全开用水：15×103kg/h 愿和大家一起进步！非常感谢！ * * * * * * * * * * * * * * * * * * 基因工程植酸酶发酵OUR:150~200 mol/h.m3 基因工程毕赤酵母发酵（疟疾疫苗）OUR:200~300 mol/h.m3 基于细胞代谢流在线检测与计算分析原理发酵过程传感、计算机与控制技术配置要求 1、流量计和控制：大中型发酵罐采用涡街流量计，小实验发酵罐用热质量流量计。重复精度±0.2%F·S，准确