專利名稱：好氧微生物培養(yǎng)物的培養(yǎng)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制好氧微生物培養(yǎng)物中的溫度以保持微生物適當(dāng)生長的方法，自動(dòng)控制碳源和銨離子濃度以保持適于微生物生長發(fā)酵條件的方法，以及適于完成該方法的裝置。
下文所述的是生物化學(xué)工業(yè)中的典型培養(yǎng)步驟。將原料供入種子發(fā)酵罐中并煮沸滅菌，然后接種先已在培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)的無菌微生物細(xì)胞并使之生長。種子培養(yǎng)一經(jīng)開始即制備主發(fā)酵的培養(yǎng)物。使接種的微生物細(xì)胞生長一定時(shí)間，當(dāng)根據(jù)微生物細(xì)胞的數(shù)目明確地判定微生物細(xì)胞是處在對(duì)數(shù)生長期時(shí)即將其送入主發(fā)酵裝置。
主發(fā)酵期間的發(fā)酵過程由兩個(gè)階段組成。前階段主要是增加微生物細(xì)胞數(shù)目，第二階段主要是產(chǎn)生所需產(chǎn)物?？刂瓢l(fā)酵過程的主要方面是調(diào)整培養(yǎng)基，再就是調(diào)整碳源供給速度、溫度、pH、通氣量等(Principles of Fermentation TechnologyP.F.Stanbury，A.Whitaker;Pergamon Press)。一定時(shí)間后，終止發(fā)酵并對(duì)所需產(chǎn)物進(jìn)行分離和純化處理。
作為控制培養(yǎng)液中碳源濃度的方法，根據(jù)呼吸活性的改變或氨消耗速度的改變來估計(jì)培養(yǎng)液中碳源濃度的控制方法是已知的。
然而，在不能直接檢測微生物細(xì)胞的濃度和碳源消耗速率的情況下，由于微生物代謝活性的偶然改變而難以將碳源的濃度控制到一定的值。
已知有可能根據(jù)培養(yǎng)液的濁度估計(jì)微生物細(xì)胞的濃度，然后控制培養(yǎng)液的溫度以控制微生物細(xì)胞的生長。
然而，當(dāng)基于培養(yǎng)液的濁度估計(jì)微生物細(xì)胞的濃度時(shí)，因有時(shí)每批原料不同而且因混合物內(nèi)存在雜質(zhì)而不可能正確估計(jì)培養(yǎng)液中的微生物濃度。
因此，在整個(gè)培養(yǎng)期間很難自動(dòng)地和最佳地控制發(fā)酵液的溫度。
控制發(fā)酵的現(xiàn)存方法中，必須取樣檢測發(fā)酵罐培養(yǎng)液中微生物細(xì)胞的濃度、碳源濃度、銨離子濃度及所需產(chǎn)物的濃度等。
因取樣后進(jìn)行這些分析最多要花費(fèi)約1小時(shí)，所以難于定時(shí)和正確地把握發(fā)酵罐中微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)。
本發(fā)明的目的是發(fā)展一種利用聯(lián)機(jī)系統(tǒng)檢測發(fā)酵罐中微生物細(xì)胞的濃度、碳源濃度、銨離子濃度和所需產(chǎn)物濃度以正確掌握發(fā)酵罐中微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)，適當(dāng)?shù)鼗谒鶛z測的數(shù)值，和在分批通氣培養(yǎng)物的整個(gè)培養(yǎng)期間自動(dòng)控制培養(yǎng)液中的碳源濃度和銨離子濃度，以保持微生物細(xì)胞生長的方法和裝置。
為達(dá)到所說的目的，本發(fā)明涉及通氣培養(yǎng)微生物的方法及其裝置，其特征在于用單一檢測工具直接和同時(shí)檢測發(fā)酵罐中的發(fā)酵液內(nèi)的微生物細(xì)胞濃度、碳源濃度、銨離子濃度及所需產(chǎn)物濃度以了解所說發(fā)酵罐中的發(fā)酵液內(nèi)微生物的生長狀態(tài)，并基于所測得的數(shù)值自動(dòng)控制所說發(fā)酵液中的溫度、碳源濃度和銨離子濃度。
在完成本發(fā)明方法的裝置中，通過聯(lián)機(jī)系統(tǒng)上的取樣裝置將培養(yǎng)液從發(fā)酵罐送到近紅外光譜儀，并進(jìn)行分析。有可能用近紅外光譜儀自動(dòng)檢測碳源濃度、微生物細(xì)胞濃度、所需產(chǎn)物濃度及銨離子濃度。近紅外光譜儀與個(gè)人電腦相聯(lián)，并且所測得的每個(gè)數(shù)值都可輸入電腦。
然后，基于單個(gè)檢測值或多個(gè)檢測值正確掌握發(fā)酵罐中微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)?；谖⑸锏纳L狀態(tài)，改變培養(yǎng)液的溫度，并將微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)控制在適于增加所需產(chǎn)物之產(chǎn)率的范圍內(nèi)?；诎l(fā)酵液中碳源的濃度設(shè)定向發(fā)酵罐內(nèi)供入原料的給料速度，并基于設(shè)定值控制給料速度的控制裝置。通過接到個(gè)人電腦上的信號(hào)轉(zhuǎn)化器，將各設(shè)定值送到與發(fā)酵罐相接的相應(yīng)控制裝置。
以下描述本發(fā)明控制培養(yǎng)條件的方法。
培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)方法總述如下將用作種子的微生物細(xì)胞加到起始培養(yǎng)基中。然后微生物細(xì)胞的生長速度逐漸增加并達(dá)到最大速度(對(duì)數(shù)生長期)。生長停止并保持在所謂靜止?fàn)顟B(tài)(靜止期)。進(jìn)而，達(dá)到一個(gè)活微生物細(xì)胞數(shù)目降低的階段(死亡期)。當(dāng)消耗了一定量的碳源時(shí)，即連續(xù)或間斷地供入培養(yǎng)基(進(jìn)料培養(yǎng)期)。
此時(shí)，工藝控制的必要方面是調(diào)整培養(yǎng)基以及調(diào)整溫度、加入碳源的速度、pH及通氣流量等(Biseibutsu Kogaku no OyoShichiji Saburo;Kyoritsu Shuppan Kabushiki Kaisha)。
現(xiàn)有培養(yǎng)裝置中，如圖4所示的各控制裝置均基于各個(gè)測知的數(shù)值分別工作。
在用于本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中，則使用連有如

圖1所示的聯(lián)機(jī)取樣裝置的近紅外光譜儀，通過聯(lián)機(jī)系統(tǒng)分析發(fā)酵液。該培養(yǎng)裝置配有碳源進(jìn)料速度控制裝置、供氧通氣流速控制裝置、壓力控制裝置、帶有檢測發(fā)酵液的pH電極的pH控制裝置和帶有檢測發(fā)酵液溫度的溫度計(jì)的溫度控制裝置。各控制裝置均接受個(gè)人電腦的指令。各控制裝置的作用是基于近紅外光譜儀的分析數(shù)值由個(gè)人電腦決定的。
在圖1所示裝置中開始培養(yǎng)。按照先已輸入個(gè)人電腦的程序經(jīng)過一定時(shí)間后，定時(shí)從培養(yǎng)罐中取樣，并用近紅外光譜儀進(jìn)行成份分析，其中設(shè)定取樣周期的時(shí)間間隔時(shí)沒有考慮微生物細(xì)胞的代謝狀態(tài)或生長狀態(tài)。
在進(jìn)料之前，當(dāng)了解到主發(fā)酵罐的培養(yǎng)物溶液中碳源濃度降低到預(yù)先根據(jù)近紅外光譜儀分析結(jié)果而設(shè)定的控制性靶值時(shí)，開始流加培養(yǎng)期的第一次進(jìn)料。
此時(shí)的進(jìn)料設(shè)定值是基于微生物細(xì)胞消耗碳源的速度和進(jìn)料開始時(shí)發(fā)酵液中的碳源濃度，由個(gè)電腦自動(dòng)計(jì)算的。
進(jìn)料設(shè)定值的計(jì)算法如下所述。
根據(jù)在前次取樣和本次取樣時(shí)對(duì)碳源濃度所作分析的結(jié)果，以及前次取樣后所加供料溶液中碳源的量，計(jì)算出發(fā)酵液中碳源的消耗速率。另外，根據(jù)殘留糖濃度的實(shí)際值和設(shè)定值(其在SV下引入)間的量差關(guān)系計(jì)算出供料溶液的進(jìn)料速率。
控制方法的實(shí)例如下所述。
1)在(分析結(jié)果)＞(SV)+0.2(g/dl)的情況下，進(jìn)料速率＝0.8×(發(fā)酵液中碳源的消耗速率)2)在(SV)+0.2(g/dl)≥(分析結(jié)果)＞(SV)+0.1(g/dl)的情況下，(加入速率)＝0.9×(發(fā)酵液中碳源消耗的速率)3)在(分析結(jié)果)＝(SV)的情況下，(進(jìn)料速率)＝(發(fā)酵液中碳源的消耗速率)4)在(SV)-0.1(g/dl)＞(分析結(jié)果)≥(SV)-0.2(g/dl)的情況下，(進(jìn)料速率)＝1.1×(發(fā)酵液中碳源的消耗速率)
5)在(SV)-0.2(g/dl)＞(分析結(jié)果)的情況下，(進(jìn)料速率)＝1.2×(發(fā)酵液中碳源的消耗速率)然而，當(dāng)所需產(chǎn)物產(chǎn)生的速率高并且微生物細(xì)胞的生長是在常規(guī)范圍內(nèi)時(shí)(即微生物細(xì)胞的代謝活性高時(shí))，則在高濃度碳源時(shí)進(jìn)行培養(yǎng)以加速碳源的消耗速率，從而縮短培養(yǎng)周期并增加產(chǎn)率。
根據(jù)對(duì)微生物細(xì)胞生長狀態(tài)的估計(jì)確定培養(yǎng)物溶液的溫度。而微生物細(xì)胞的生長速率則是將對(duì)微生物細(xì)胞濃度的分析結(jié)果，與先前基于達(dá)到高產(chǎn)率時(shí)發(fā)酵過程中細(xì)胞的最佳濃度所確定的細(xì)胞濃度范圍相比較而估測的。
當(dāng)微生物細(xì)胞生長并且微生物細(xì)胞的濃度達(dá)到一定水平時(shí)，第一次自動(dòng)改變溫度。溫度改變的范圍是根據(jù)對(duì)微生物生長速度的估計(jì)而確定的。
另外，當(dāng)微生物細(xì)胞的濃度達(dá)到預(yù)先定好的水平時(shí)進(jìn)行第二次改變。此溫度改變的范圍同第一次改變一樣也是根據(jù)對(duì)微生物生長速度的估計(jì)而確定的。
在整個(gè)發(fā)酵期間，有可能通過重復(fù)上述操作，并預(yù)先確定控制與微生物細(xì)胞濃度范圍相應(yīng)的最適溫度的設(shè)定值，來自動(dòng)控制發(fā)酵溫度。
在需要氮源作為原料的培養(yǎng)物中，有可能按照本發(fā)明用近紅外光譜儀直接檢測銨離子濃度，自動(dòng)計(jì)算出控制原料進(jìn)料速率的靶值。
通常使控制發(fā)酵液中pH、發(fā)酵罐中通氣流速和壓力的靶值保持一定水平。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，可直接檢測培養(yǎng)液中碳源的濃度，并設(shè)定控制給料速率的靶值。因此，既使在培養(yǎng)期間微生物細(xì)胞的代謝活性有大的變化，也可不間斷地自動(dòng)控制培養(yǎng)液中的碳源濃度。
因?yàn)榭梢灾苯訖z測培養(yǎng)液中微生物細(xì)胞的濃度和所需產(chǎn)物的生長速率，所以盡管原料批量間有所不同或混有雜質(zhì)，仍有可能直接了解到培養(yǎng)液中微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)。另外，通過自動(dòng)改變培養(yǎng)液的溫度，有可能在整個(gè)培養(yǎng)期間適當(dāng)?shù)鼐S持微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)。再者，由于可直接了解培養(yǎng)液中微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)，故可適當(dāng)?shù)鼐S持培養(yǎng)條件。這些都是與生產(chǎn)能力的增加相聯(lián)系的。因?yàn)橛锌赡苤苯訖z測銨離子濃度，所以也可以自動(dòng)計(jì)算出控制原料給料速率的靶值。
下面借助實(shí)施例進(jìn)一步舉例描述本發(fā)明。
所使用的近紅外光譜儀是由BRAN+LUBBE公司生產(chǎn)的INFRA ANALYZER 600。碳源、谷氨酸、微生物細(xì)胞和銨離子濃度的校正曲線如下所述。較正曲線上所示的符號(hào)F[nnnn]是指在波長nnnn(nm)處的吸光率。
(碳源濃度)＝32.36+0.900×(295.2×F(2270)-1019.0×F-163.7×F+848.3×F)(谷氨酸的濃度)＝-4.064+1.079×(-383.2×F+1233.0×F+122.9×F-998.5×F)(微生物細(xì)胞濃度)＝-1.570+0.321×(-100.1×F+71.18×F+53.83×F)(銨離子的濃度)＝-2.817+0.856×(-846.5×F+878.6×F-15.8×F)實(shí)施例1(發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸)用表1所示的培養(yǎng)基接種乳酸發(fā)酵短桿菌(brevibacteriumlactofermentum)ATCC 13969，并于31.5℃預(yù)培養(yǎng)17小時(shí)。
表1培養(yǎng)基的成分成份 濃度葡萄糖 3.0g/dlKH2PO40.1g/dlMgSO4·7H2O 0.04g/dlFeSO4·4H2O 0.001g/dl肉汁 1.0g/dl尿素 1.4g/dlMnSO4·7H2O 0.001mg/dl大豆蛋白水解液(T-N.4g/dl) 0.098mg/dl維生素Bl-HCl 200γ/e生物素 300γ/eAf(AZ-20R) 0.0005mg/dl按上述方法預(yù)培養(yǎng)后，在5Kl容量的主發(fā)酵罐中連續(xù)制得培養(yǎng)物。
培養(yǎng)基如表2所述。其他培養(yǎng)條件列于表3中。
表2培養(yǎng)基的成分成分 濃度碳源(轉(zhuǎn)化成蔗糖) 8.0g/dlKH2PO40.2g/dlMgSO4·7H2O 0.1g/dlFeSO4·4H2O 2.0g/dl鹽酸硫胺素 200μg/e大豆蛋白水解液(T-N.4g/dl) 2.5ml注使用甘蔗廢糖蜜和淀粉糖化溶液(11)作為碳源。
表3培養(yǎng)條件配料溶液的量 1.5ke培養(yǎng)溫度 31.5℃攪拌轉(zhuǎn)數(shù) 145rpmpH 7.8培養(yǎng)時(shí)間 37hours在主培養(yǎng)開始的同時(shí)，通過聯(lián)機(jī)取樣裝置將培養(yǎng)液從發(fā)酵罐送到近紅外光譜儀并進(jìn)行分析。
每隔10分鐘取樣。
由個(gè)人電腦掌握微生物細(xì)胞的生長狀態(tài)和碳源的濃度，計(jì)算出向發(fā)酵罐內(nèi)給進(jìn)原料的速度和發(fā)酵溫度的各設(shè)定值。通過個(gè)人電腦的信號(hào)轉(zhuǎn)化器將各計(jì)算的設(shè)定值送到各相應(yīng)的控制裝置。
控制碳源濃度的方法如下所述。
在起始培養(yǎng)基中所含碳源的濃度降到2g/dl以下之后，供入作為碳源的供養(yǎng)溶液。預(yù)先在個(gè)人電腦中準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)程序，通過控制進(jìn)料速率按該程序?qū)執(zhí)菨舛染S持在一定水平。
發(fā)酵啟動(dòng)后，碳源的濃度即開始降低。約10小時(shí)后，根據(jù)用近紅外光譜儀分析的結(jié)果，殘?zhí)菨舛冉抵?g/dl以下。用個(gè)人電腦計(jì)算出進(jìn)料速率。
計(jì)算方法如下文所述。
基于前次取樣和本次取樣時(shí)對(duì)碳源濃度所作分析的結(jié)果，以及前次取樣后加入的供料溶液中碳源的量，計(jì)算出發(fā)酵液中碳源的消耗速率。另外，根據(jù)殘?zhí)菨舛鹊膶?shí)際值與設(shè)定值(該值在SV下引入)之間的大小關(guān)系計(jì)算出供料溶液的進(jìn)料速率。
控制方法如下所述。
1)在(分析結(jié)果)＞(SV)+0.1(g/dl)的情況下，(進(jìn)料速率)＝0.8×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)2)在(SV)+0.1(g/dl)≥(分析結(jié)果)＞(SV)+0.05(g/dl)的情況下，(進(jìn)料速率)＝0.9×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)3)在(SV)+0.05(g/dl)≥(分析結(jié)果)＞(SV)的情況下，(進(jìn)料速率)＝0.95×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)
4)在(分析結(jié)果)＝(SV)的情況下，(進(jìn)料速率)＝(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)5)在(SV)＞(分析結(jié)果)≥(SV)-0.05(g/dl)的情況下，(進(jìn)料速率)＝1.05×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)6)在(SV)-0.05(g/dl)＞(分析結(jié)果)≥(SV)-0.1(g/dl)的情況下，(進(jìn)料速率)＝1.1×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)7)在(SV)-0.1(g/dl)＞(分析結(jié)果)的情況下，(進(jìn)料速率)＝1.2×(發(fā)酵罐中碳源的消耗速率)計(jì)算的具體實(shí)例如下所述。
在本次SV＝2(g/dl)，分析結(jié)果＝1.92(g/dl)的情況下，碳源的消耗速率＝20(Kg/小時(shí))，該實(shí)例相當(dāng)于上面(6)中所述條件，且進(jìn)料速率變?yōu)?2(Kg/小時(shí))。
此后，每次取樣期間重復(fù)計(jì)算進(jìn)料速率的設(shè)定值。作為在上述條件下控制殘?zhí)菨舛鹊慕Y(jié)果，可使殘?zhí)菨舛确€(wěn)定地保持在2±0.2g/dl。
按下述方法確定控制培養(yǎng)液溫度的設(shè)定值。在培養(yǎng)開始時(shí)即將溫度恒定地保持在31.5℃。
當(dāng)微生物細(xì)胞進(jìn)行生長并且微生物細(xì)胞濃度達(dá)到5.6g/l時(shí)，第一次自動(dòng)改變溫度。當(dāng)微生物的生長在普通范圍時(shí)，將溫度改變?yōu)?5.0℃。另外，當(dāng)微生物細(xì)胞濃度達(dá)到8.0g/l時(shí)，第二次自動(dòng)改變溫度。當(dāng)微生物的生長處在普通范圍內(nèi)，將溫度改變?yōu)?9.0℃。
培養(yǎng)啟動(dòng)后，自動(dòng)加入聚乙烯山梨糖醇酐-棕櫚酸酯(0.18g/dl)以阻止微生物生長，并在微生物細(xì)胞濃度達(dá)到5.6g/dl時(shí)產(chǎn)生谷氨酸。
在整個(gè)培養(yǎng)期間，有可能通過按上述方法控制殘?zhí)羌皽囟葋碜詣?dòng)控制培養(yǎng)條件。所積聚的谷氨酸的濃度為2.5g/dl，且產(chǎn)率為56.5%。
實(shí)施例2(發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸)用表1中所示的培養(yǎng)基接種乳酸發(fā)酵短桿菌ATCC 13969，并于31.5℃預(yù)培養(yǎng)17小時(shí)。按上述方法預(yù)培養(yǎng)后，在容量為5Kl主發(fā)酵罐中連續(xù)制得培養(yǎng)物。該培養(yǎng)基如表2中所示，并且是與實(shí)施例1中所述者相同的。所使用的其他培養(yǎng)條件如表3所示，并且是與實(shí)施例1中所述者相同的。就所用裝置和取樣周期而言，在如實(shí)施例1中所述的同樣條件下進(jìn)行培養(yǎng)。
在控制碳源濃度的方法中，當(dāng)起始培養(yǎng)基中所含碳源的濃度降低到2g/dl以下時(shí)，加入作為碳源的供料溶液。使用預(yù)先在個(gè)人電腦上設(shè)定的程序，通過控制進(jìn)料速度使殘?zhí)菨舛缺３衷谝欢ǖ乃?。培養(yǎng)啟動(dòng)后，碳源的濃度開始下降。約8小時(shí)10分鐘后，根據(jù)由近紅外光譜儀提供的分析結(jié)果，殘?zhí)菨舛冉抵?g/dl以下。由個(gè)人電腦計(jì)算出進(jìn)料速度。
計(jì)算方法如下。
基于前次取樣和本次取樣時(shí)碳源濃度的分析結(jié)果，以及在前次取樣后所加入供料溶液中碳源的量，計(jì)算發(fā)酵液中碳源的消耗速率。另外，根據(jù)殘?zhí)菨舛鹊膶?shí)際值和設(shè)定值(其在SV下引入)之間的大小關(guān)系計(jì)算供料溶液的進(jìn)料速率。
計(jì)算方法同實(shí)施例1中所述。
然而，鑒于谷氨酸的生產(chǎn)速率比普通發(fā)酵快(即在培養(yǎng)開始后的13小時(shí)之間之內(nèi))，故可理解到微生物的代謝活性高，而在依次發(fā)酵中微生物的生長則處于普通范圍內(nèi)。
然后將該碳源的濃度設(shè)定在較高水平，即從2g/dl到3g/dl，以加速碳源的消耗并開始培養(yǎng)以縮短培養(yǎng)周期和增加生產(chǎn)能力。由于在上述條件下控制殘?zhí)堑臐舛鹊慕Y(jié)果，故可使殘?zhí)堑臐舛缺３衷谠O(shè)定值±0.2g/dl水平。
按下述方法確定控制培養(yǎng)液溫度的設(shè)定值。當(dāng)開始培養(yǎng)時(shí)，將溫度恒定在31.5℃。當(dāng)微生物生長并且在開始培養(yǎng)后的8小時(shí)內(nèi)微生物細(xì)胞的濃度達(dá)到5.6g/l時(shí)，第一次自動(dòng)改變溫度。如微生物的生長稍快于原來的生長速度，則將溫度改變?yōu)?6℃以限制微生物的生長。另外，當(dāng)微生物細(xì)胞的濃度達(dá)到8.0g/l時(shí)，第二次自動(dòng)改變溫度。如微生物的生長速率處在原來范圍內(nèi)，則將溫度改變?yōu)?9.0℃。
培養(yǎng)開始后，微生物細(xì)胞的濃度達(dá)到5.6g/dl時(shí)自動(dòng)加入聚乙烯山梨糖醇酐-棕櫚酸酯(0.18g/dl)，以限制微生物的生長并產(chǎn)生谷氨酸。
在整個(gè)培養(yǎng)期間，有可能按上述方法控制殘?zhí)菨舛燃皽囟?，以自?dòng)控制培養(yǎng)條件。培養(yǎng)30小時(shí)后，所積聚的谷氨酸濃度為12.3g/dl，且產(chǎn)率為55.5%。
比較實(shí)施例(發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸)在如前述實(shí)施例中所涉及的培養(yǎng)基和菌株的同樣條件下進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)。
確定與控制培養(yǎng)條件相關(guān)的控制給料速率、pH和溫度的設(shè)定值，并在對(duì)樣品進(jìn)行手工分析后進(jìn)行設(shè)定和人為決定。將取樣和分析周期定為1小時(shí)。
基于樣品的分析結(jié)果并用Lehmann-Shuer氏分析儀確定殘?zhí)堑臐舛?。在控制殘?zhí)堑臐舛鹊姆椒ㄖ?，在?dāng)起始培養(yǎng)基中所含有的碳源濃度降低到2g/dl以下之后加入作為碳源的供料溶液。由人來確定進(jìn)料速率。由于控制的結(jié)果，在進(jìn)行控制后殘余糖的濃度基本上被控制在2±1.0g/dl范圍內(nèi)。
在開始培養(yǎng)后，培養(yǎng)過程中的pH被不變地控制在7.8。
按下述方法確定控制培養(yǎng)液溫度的設(shè)定值。當(dāng)培養(yǎng)開始時(shí)溫度保持在31.5℃。取樣時(shí)測定26倍稀釋的溶液的濁度。當(dāng)濁度的改變達(dá)到0.45時(shí)，將第一次溫度改變定在35℃。2小時(shí)后，第二次改變溫度并定為39℃。
開始培養(yǎng)后，當(dāng)26倍稀釋的溶液的濁度變?yōu)?.45時(shí)，加入聚乙烯山梨糖醇酐-棕櫚酸酯(0.18g/dl)，以阻止該微生物的生長并產(chǎn)生谷氨酸。結(jié)果，所說培養(yǎng)物中積聚的谷氨酸的濃度為11.4g/dl，且產(chǎn)率為51.5%。按照所說實(shí)施例下的產(chǎn)率降低了5%。
另外，在發(fā)酵生產(chǎn)L-賴氨酸、L-纈氨酸、L-谷氨酸等氨基酸，以及發(fā)酵生產(chǎn)次黃苷、肌苷酸、鳥苷、鳥苷酸等核酸過程中，可見到相似的產(chǎn)率增加效果。
根據(jù)本發(fā)明，有可能正確把握發(fā)酵罐中微生物的生長狀態(tài)。并且有可能自動(dòng)控制殘?zhí)堑臐舛群蜏囟?，而與以前方法相比產(chǎn)率增加約5%。
圖1表示用于實(shí)施例1和2的裝置。
圖2表示實(shí)施例1所述發(fā)酵罐中各種狀態(tài)的分析結(jié)果。
圖3表示實(shí)施例2所述發(fā)酵罐中各狀態(tài)的分析結(jié)果。
圖4代表用于比較實(shí)施例的裝置。
圖5代表比較實(shí)施例所述發(fā)酵罐中各狀態(tài)的分析結(jié)果。
圖1①壓力設(shè)定值②給料流量設(shè)定值③給料流量控制裝置④供料溶液⑤通氣流量設(shè)定值⑥通氣控制裝置⑦壓力控制裝置⑧排氣⑨流量計(jì)⑩空氣(11)pH設(shè)定值(12)pH控制裝置(13)pH傳感器(14)溫度傳感器(15)溫度控制裝置(16)溫度設(shè)定值(17)個(gè)人電腦(18)冷卻水(19)NIR光譜儀(20)聯(lián)機(jī)取樣裝置圖2①培養(yǎng)時(shí)間(hour)②[o]微生物細(xì)胞的濃度(g/l)③[△]碳源的濃度(g/dl)④[□]谷氨酸的濃度(g/dl)圖3①培養(yǎng)時(shí)間(hour)②[o]微生物細(xì)胞的濃度(g/l)③[△]碳源的濃度(g/dl)④[□]谷氨酸的濃度(g/dl)圖4①給料流量控制裝置②給料溶液③通氣控制裝置④壓力控制裝置⑤排氣⑥流量計(jì)⑦空氣⑧pH控制裝置⑨pH傳感器⑩溫度傳感器(11)溫度控制裝置(12)冷卻水圖5①培養(yǎng)時(shí)間(hour)②[△]碳源濃度(g/dl)③[□]谷氨酸的濃度(g/dl)
權(quán)利要求
1.培養(yǎng)好氧微生物的方法，該方法包括用單一檢測工具直接和同時(shí)檢測發(fā)酵罐中的發(fā)酵液內(nèi)微生物細(xì)胞的濃度、碳源濃度、銨離子濃度和所需產(chǎn)物濃度，以掌握所說發(fā)酵罐中的發(fā)酵液內(nèi)微生物的生長狀態(tài)，并基于所測得的數(shù)值自動(dòng)控制所說發(fā)酵液中的溫度、碳源濃度和銨離子濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的培養(yǎng)好氧微生物的方法，其中單一檢測工具是近紅外光譜儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的培養(yǎng)好氧微生物的方法，其中發(fā)酵液是氨基酸的發(fā)酵液。
4.根據(jù)要求1或2的培養(yǎng)好氧微生物的方法，其中發(fā)酵液是核酸的發(fā)酵液。
5.培養(yǎng)好氧微生物的裝置，其包括發(fā)酵罐、與之相聯(lián)的原料供料速率控制裝置、溫度控制裝置和取樣裝置，還有與取樣裝置相聯(lián)的近紅外光譜儀、以及與近紅外光譜儀相聯(lián)，并指令各控制裝置以保持發(fā)酵過程一直適合于微生物生長的個(gè)人電腦。
全文摘要
培養(yǎng)好氧微生物的方法，包括用單一檢測工具直接并同時(shí)檢測發(fā)酵罐中的培養(yǎng)液內(nèi)的微生物細(xì)胞濃度、碳源濃度、銨離子濃度及所需產(chǎn)物濃度，以了解所說發(fā)酵罐中微生物的生長狀態(tài)，并根據(jù)所測得的數(shù)值自動(dòng)控制溫度、碳源濃度和銨離子濃度，從而使微生物的好氧培養(yǎng)物發(fā)酵中微生物的生長一直被控制在適當(dāng)狀態(tài)。
文檔編號(hào)C12N1/20GK1110316SQ9411346
公開日1995年10月18日 申請(qǐng)日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月28日
發(fā)明者仲山達(dá)哉, 片山正樹, 宮代重誠, 岡安祥夫, 高橋宏安, 清水榮厚 申請(qǐng)人:味之素株式會(huì)社