[发明专利]基于pH的FCA控制的用途

说明书

披露了一种基于添加或限制性底物后pH信号的扰动来控制至补料分批发酵罐的碳进料的方法。

技术领域

本发明涉及工业发酵方法，特别是在补料分批发酵中控制碳进料。

背景技术

细菌微生物和真菌微生物是工业微生物学的主力，因为它们用于许多不同治疗剂(例如青霉素和头孢菌素)、药物蛋白(例如胰岛素)、多糖类(例如透明质酸)、酶(例如蛋白酶)、以及大宗化学品(例如柠檬酸)的商业化生产。

在工业上，使用补料分批发酵方法是非常普遍的。补料分批发酵是基于将生长限制性营养底物进料至培养物的方法。生长限制性营养物底物通常是碳水化合物，但是原则上它可以是任何营养物，例如氮源。

补料分批发酵(其中微生物生产目的化合物或微生物本身是目的产物)中的碳水化合物添加速率是极其关键的工艺参数。已经示出，由于例如不需要的副产物的产生，碳水化合物的过度补料导致多个批次的损失或严重降低的生产力。

为了控制补料分批过程中的生长，已采用了不同的策略，其包括基于扰动的控制，在这种情况下，人们在发酵罐中引入扰动，并通常分析发酵液中溶解氧(DO)的响应。

一种此类基于扰动的控制策略是频率含量分析(FCA)，它是一种在无需过量配料细胞并且不必处理不期望的溢出代谢物(例如乙酸盐)的情况下，在发酵过程中找到最大碳配料速率的方法。通过脉冲化碳源并随后分析溶解氧(DO)信号中的响应来获得FCA信号。DO信号中缺乏响应表明配料速率超过培养物的底物摄取容量。在这种情况下，细胞将不会完全氧化碳源，而是形成不想要的副产物，其可能对期望发酵产物的生长和生产产生负面影响。DO信号中的大的响应表明培养物迅速氧化添加的碳，随后溶解氧迅速降低。

通常，在FCA控制中，当FCA信号超过界定的固定点时，进料脉冲增加，而当FCA低于固定点时，进料脉冲减少，从而控制向培养物容量的碳进料，以代谢碳源并防止过量进料。

[M.等人1999,Biotech.Bioeng.[生物技术与生物工程]64(5):590-598；O.Johnsson 2015,PhD thesis[博士学位论文],Perturbation-based control ofindustrial fed-batch bioprocesses[工业补料分批生物过程的基于扰动的控制],LundUniversity[隆德大学]]，披露通过跟踪DO随时间对脉冲的响应并相应地调整配料速率，可以防止培养物中乙酸盐的形成

已经使用扰动方法将DO和摄氧速率(oxygen uptake rate，OUR)用于配料控制[M.等人1999,Biotech.Bioeng.[生物技术与生物工程]64(5):590-598；V.S.Whiffin等人2004,Biotech.Bioeng.[生物技术与生物工程]85(4):422-433；B.Henes&B.Sonnleiter 2007,J.Biotech.[生物技术杂志]132:118-126；S.Schaepe等人2014,J.Biotech.[生物技术杂志]192:146-153；O.Johnsson 2015,PhD thesis[博士学位论文],Perturbation-based control of industrial fed-batch bioprocesses,LundUniversity[工业补料分批生物过程的基于扰动的控制],Lund University[隆德大学]]。

发明内容

本发明提供控制补料分批发酵的碳进料的方法，该方法包括向发酵液中添加限制性底物的等分试样、测量发酵液的pH中的扰动、并响应于pH信号扰动的大小调节碳进料。

具体实施方式