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发酵优化与控制--第1页
发酵过程的优化与控制
1.举例说明反馈控制系统是如何工作、间接优化发酵性能的。
答：以《应用溶氧反馈控制高密度培养重组大肠杆菌过程中乙酸的产生》为例简介如下：
在供氧充足的条件下，当大肠杆菌比摄糖速率q≥临界值qcrit时(图1A)，就会产生乙
gg
酸，溶氧信号pO在产生乙酸时为图1B中的2，不产生乙酸为图1B中的1；
2
在葡萄糖限制培养的条件下，脉冲补入葡萄糖，当q≤qcrit时，大肠杆菌比摄氧速率
gg
q升高，pO值降低。
o2
脉冲过后，葡萄糖浓度的下降，q下降，pO值也逐渐回升(图1B)。
g2
当脉冲补入的葡萄糖过多，大肠杆菌的摄糖速率超过临界值时，大肠杆菌的摄氧能力处
于饱和状态，pO值的响应就不会随着葡萄糖的脉冲补入而产生振荡变化(图1B)。
2
如图：在补料的前阶段(15~28h)，以对数增加的流速补入葡萄糖时，pO值随着葡萄糖
2
脉冲补入而上下振荡；加入IPTG诱导(26h)重组大肠杆菌表达人表皮生长因子后，在
接近30h时，振荡的幅度变小，这标志着重组菌的比摄糖速率逐渐接近产生乙酸的临界比
摄糖糖速率(qcrit)，而此后降低补料速率则又使pO的振荡幅度有所增加。根据pO值的振
g22
荡变化来控制葡萄糖的补料速率(30~44h)，能使重组大肠杆菌继续保持较高的生长速率，同
时发酵液中的乙酸和葡萄糖的浓度也维持在较低的水平，大肠杆菌的细胞干重在44h时达到
48g/L，人表皮生长因子的表达量比第二批提高45％。
发酵优化与控制--第1页
发酵优化与控制--第2页
2、实现发酵过程优化的目标有哪些？如何根据发酵过程的特点实现这些目标
的相对统一？举一例进行表述。
答：
⑴实现发酵过程优化的目标：
使细胞生理调节、细胞环境、反应器特性、工艺操作条件与反应器控制之间这种复杂的
相互作用尽可能的简化，并对这些条件和相互关系进行优化，使之最适于特定发酵过程的进
行，以达到高产量（提高设备利用率；降低产品提取费用），高转化率（降低原料成本；减
少环境污染），高生产强度（缩短生产周期；降低设备投资）的目的。
⑵举例说明实现发酵目标相对统一：《L-组氨酸发酵优化》
①L-组氨酸测定方法的研究
产物的快速测定，可以帮助生产者及时知道发酵过程进行的水平。快速测定方法的建立
不仅给生产带来方便，也节约了生产成本。
本研究中应用“Paully试剂比色法”对发酵液中L-组氨酸进行了定量分析研究，确立了
L-组氨酸定量测定条件和计算方法，并对其精确
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