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智能生物制造之发酵过程优化:在线检测、人工智能与数字孪生技术: 2025年; 生物制造作为新兴产业,其核心挑战在于实现发酵过程的精准优化与高效放大。本文聚焦发酵过程的关键环节——实时感知与智能控制,系统综述了在线检测技术、人工智能驱动的优化策略及数字孪生技术的应用进展。首先,从常规参数(温度、pH、溶解氧)到高级传感技术(在线活细胞传感、光谱分析、尾气监测)的在线检测手段,为实时获取微生物代谢状态提供了数据基础。其次,传统基于专家经验的静态控制逐步向人工智能驱动的动态优化演进,机器学习(如人工神经网络、支持向量机)与遗传算法等技术的整合显著提升了补料策略与工艺参数的调控效率。最后,数字孪生技术通过融合实时传感数据与多尺度模型(细胞代谢动力学与反应器流场模拟),为发酵过程的全生命周期优化与理性放大提供了新范式。未来,基于智能感知与数字孪生的闭环控制系统将加速合成生物学成果的产业化,推动生物制造向高效、智能、可持续方向迈进。; 夏建业龙东娇陈敏陈安祥; 关键词：发酵过程优化智能感知优化控制

重组大肠杆菌合成L-甲硫氨酸的发酵过程优化被引量：2: 2024年; L-甲硫氨酸作为唯一含有硫元素的必需氨基酸,在生物体内具有非常重要的生理和生化功能,而微生物发酵法合成L-甲硫氨酸因其发酵水平较低仍未达到工业化生产要求。本文在实验室前期构建的L-甲硫氨酸高产菌株大肠杆菌(Escherichia coli)W3110ΔIJAHFEBC trc-fliY trc-malY/PAM glyA-22 metF的基础上系统优化了其发酵过程,在优化初始葡萄糖浓度的基础上,比较了DO-Stat、pH-Stat、控残糖浓度和恒速补料等不同补料工艺对L-甲硫氨酸发酵生产的影响,发现葡萄糖的控制对发酵过程有较大影响。在上述研究的基础上,进一步开发了最优的分批补料发酵工艺,使L-甲硫氨酸发酵产量提高到31.71 g/L,发酵时间缩短为68 h,是目前报道的最高产量。同时,建立了最优分批补料工艺下的发酵动力学模型,较好地拟合了L-甲硫氨酸发酵生产过程,为L-甲硫氨酸的发酵法生产提供了一定的数据参考。; 牛坤梅子龙管安奇蔡文斌陈懋钦柳志强郑裕国; 关键词：L-甲硫氨酸发酵法生产分批补料发酵

一种基于参数重用的不同阶段连续发酵过程优化调控方法: 本发明涉及流程工业生产加工技术领域，尤其是指一种基于参数重用的不同阶段连续发酵过程优化调控方法，通过对连续状态变量发酵过程中每个发酵阶段建立状态空间模型，确立每个发酵阶段的综合效益优化指标，计算得到综合效益优化指标最小情...; 栾小丽方欣万海英樊启高

发酵过程优化提高毕赤酵母合成血红素: 2024年; 血红素(heme)是一种卟啉衍生物,是血红蛋白的重要组成部分,在氧气运输以及电子传递链中有着重要作用。该研究以一株具有血红素高生产能力的毕赤酵母(Pichia pastoris)为出发菌株,在5 L发酵罐上,从pH、亚铁离子添加量、温度和溶氧水平等方面进行发酵条件优化,提高其积累血红素的水平。最后,对发酵条件最优的一组结果进行了生长动力学和生产动力学的模拟。结果表明,当控制pH值为4时最有利于血红素的生产积累,每日添加2 mL FeSO_(4)·7H_(2)O溶液(100 mg/L)时即可满足毕赤酵母生产血红素对亚铁离子的需求,血红素产量达到160.1 mg/L。应用毕赤酵母甲醇补料发酵过程常用的降低温度提高蛋白表达水平的策略在甘油补料发酵生产血红素过程并未发挥预期作用,血红素产量反而降低。另外,对比不同溶氧水平发现,提高溶氧对提高血红素的积累效果不明显,但是能有效改善菌体的生长状况。最后,通过动力学模型拟合发现,发酵过程中血红素的积累与细胞生长是耦合的。研究成果为促进发酵法生产血红素的工业化提供了借鉴意义。; 李怿韬曾伟主唐蕾; 关键词：毕赤酵母血红素发酵优化动力学模型

限氧发酵生产缬氨酸工程菌株及发酵过程优化: 2023年; VHY18是之前构建的可在限氧条件下高产缬氨酸的菌株,但在发酵过程中会大量积累琥珀酸和乙酸,生长活力也会显著衰退,限制其发酵性能。为此,该研究首先敲除了VHY18中丙酮酸氧化酶和乙酸激酶编码基因poxB和ackA,构建了VHY19,使乙酸浓度降低了43.7%。接着敲除了VHY19的苹果酸脱氢酶编码基因mdh,构建了VHY20,使琥珀酸浓度降低了50.8%。最后优化了VHY20的双阶段发酵工艺,主要摸索了限氧发酵阶段的供氧条件、2个阶段的转换时机及葡萄糖流加速率。优化后的VHY20双阶段发酵工艺为,发酵开始时先进行好氧发酵,14 h后将好氧发酵转换至限氧发酵,并将供氧条件设置为搅拌转速400 r/min、风量2 L/min,补糖速率控制在25 g/h。菌株和发酵过程优化后,缬氨酸产量为90.4 g/L,转化率为0.53 g/g葡萄糖,分别较优化前提高了7.8%和30.5%;乙酸和琥珀酸的积累量分别为2.7和1.2 g/L,较优化前降低了76.9%和95.4%。; 王加初伍法清吴鹤云谢希贤; 关键词：缬氨酸代谢工程发酵优化

多黏菌素B生产菌多黏芽孢杆菌的选育和发酵过程优化被引量：1: 2023年; 多黏菌素B(1)是由多黏芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)产生的一类碱性多肽类抗菌药,主要成分包括B1、B2、B3和B1-I,对耐药菌感染的治疗效果显著。为了提高1产量,该研究以多黏芽孢杆菌SIPIPB-1[发酵单位(837±50)mg/L]为出发菌株,采用传统诱变法选育,获得了突变菌株SIPIPB-N14[发酵单位(1297±60)mg/L]。随后优化了SIPIPB-N14的发酵培养基和发酵工艺。在优化发酵条件下,1在5L发酵罐中的发酵产量可达(1681±25)mg/L,其中B1、B2、B3、B1-I的比例分别为(74.5±1.1)%、(20.4±0.8)%、(1.3±0.3)%、(3.0±0.1)%,符合原料药组分的要求,为工业化生产提供了试验数据。; 李聪慧李振鑫张正玉杨松柏奕栋陈少欣; 关键词：多黏菌素B 诱变育种培养基优化

基于CFD模拟的七烯甲萘醌发酵过程优化被引量：2: 2023年; 七烯甲萘醌(menaquinone-7,MK-7)是维生素K2的重要组成部分之一,前期研究发现,摇瓶培养条件下MK-7的最高产量远高于搅拌釜反应器培养条件下的最高产量。为缩小从摇瓶放大至3 L搅拌釜反应器带来的差异,使用计算流体力学(CFD)及动态吸收法对不同转速下摇瓶与搅拌釜反应器内的剪切力及氧气传递性能进行比较,并探讨氧气供应及剪切力对枯草芽孢杆菌BS20菌体生长与MK-7合成的影响。结果表明,充足的氧气供应对菌体生长及MK-7合成有促进作用,但过高的剪切力会对菌体产生破坏作用,降低MK-7的产量。基于上述结果,在3 L搅拌釜反应器中,以较低搅拌转速(400 r/min)保证低剪切力,同时采用通富氧空气(氧气体积分数55%)的方式提高供氧水平,MK-7产量达到296.25 mg/L,比对照批次(氧气体积分数21%)提高152%,达到摇瓶培养最高水平的79%。本研究在搅拌釜反应器中所采用的降低搅拌转速、提高进气氧体积分数的方法,能够有效提高对剪切敏感且高好氧微生物的发酵性能。; 殷峻杰刘龙李江华许志国汪坤丁健; 关键词：计算流体力学剪切力

聚谷氨酸合成优势菌株构建及发酵过程优化: 聚谷氨酸（γ-Polyglutamic acid,γ-PGA）作为一种天然无害的生物聚合物,是日常生活中应用广泛的一种水溶性物质,可应用于食品工业、医学材料、环境保护等领域。目前γ-PGA的应用市场非常宽阔,加上市场需求...; 周梦洁; 关键词：Γ-PGA 基因改造分子生物学 QRT-PCR

限氧发酵生产L-缬氨酸工程菌株及发酵过程优化: L-缬氨酸属于支链氨基酸，具有改善动物的免疫状态及加快肌肉组织修复的作用，广泛应用于医药、食品和饲料等行业。目前工业上主要通过微生物发酵法生产L-缬氨酸，随着L-缬氨酸市场需求的不断增加，持续优化生产菌株的发酵性能、开发...; 王加初; 关键词：L-缬氨酸大肠杆菌

尼莫克汀产生菌的基因改造及其发酵过程优化: 尼莫克汀是通过蓝灰链霉菌S.cyaneogriseus发酵生产的一种16元大环内酯类抗虫抗生素,杀虫谱系广。其衍生物莫西菌素表现出非常高效的抗虫活性,且对人毒性低。目前由于其发酵产量低、生产成本高,莫西菌素主要作为兽用杀...; 吴远杰; 关键词：基因改造生物合成基因簇发酵过程

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