论文题目: 重组大肠杆菌高密度发酵生产类人胶原蛋白的过程优化研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 骆艳娥
导师: 范代娣
关键词: 重组大肠杆菌,分批补料培养,发酵条件,代谢流分析,动力学模型,流加优化
文献来源: 西北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文对重组大肠杆菌分批-补料培养生产类人胶原蛋白的发酵条件即补氮方式（快循环补氮即间隔时间为0.5min、慢循环补氮即间隔时间为4min）、控氧方式（提高罐压、充入富氧空气、葡萄糖反馈调控）和诱导强度、诱导前后的比生长速率、代谢流分析、动力学模型及流加发酵的最优控制进行了系统的研究,结果表明: 1.最佳的发酵条件为:采用快循环补氮方式流加氮源,补料速率为3.34～5.06*103L/min;当溶氧低于20%（空气饱和度）,适当提高罐压（0.3～0.8*105 Pa）维持溶氧在20%;最佳诱导条件为42℃保温2～3h,然后降温至39℃继续培养5～6h,发酵结束时细胞浓度和类人胶原蛋白的浓度可分别达68.94g/L（DCW）和13.16g/L。 2.诱导前的比生长速率影响细胞生长和类人胶原蛋白的表达,为获得尽可能多的细胞和目标蛋白,诱导前的最适比生长速率为0.15～0.20h-1;诱导后的比生长速率对表达期的细胞生长和类人胶原蛋白的表达产生显著影响,在此期间比生长速率过高或过低均不利于目标蛋白的合成,且最适比生长速率为0.04～0.05h-1,发酵结束时细胞和类人胶原蛋白的浓度可分别达69.5g/L（DCW）和13.8g/L。 3.① 诱导前的比生长速率不仅对第Ⅲ阶段的细胞生长产生影响,而且对表达期（第Ⅳ阶段）的类人胶原蛋白的合成产生影响。在第Ⅲ阶段,随着比生长速率的增大,进入磷酸戊糖（PP）途径的碳流量先增大后减小,当比生长速率为0.15h-1时达最大值,其次是0.20h-1的,以合成足够的前体和NADPH满足细胞生长所需;在诱导后,随着比生长速率的增大,进入磷酸戊糖（PP）途径的碳流量逐渐减小,而进入三羧酸循环（TCA）的碳流量随着类人胶原蛋白比产率的增大而稍有减小,以提供足够的前体和能量合成目标蛋白。代谢流分析从细胞水平阐述了诱导前的最适比生长速率为0.15～0.20h-1。② 诱导后的比生长速率对第Ⅳ阶段的细胞生长和类人胶原蛋白的合成都产生影响。在诱导后,随着比生长速率的增大,PP途径的碳流量增大,以满足细胞生长的前体和能量需求;TCA循环的碳流量随着比生长速率的增大先减少后大幅度增加,为提供目标蛋白合成所需的足够的前体和能量,0.04～0.05h-1时TCA循环的碳流量最小,且在诱导后比生长速率过大会造成极大的能量浪费,故诱导后的最佳比生长速率为0.04～0.05h-1。③ 随着发酵的进行,进入PP途径的碳流量显著减少,且从PP途径回流到EMP途径的碳流也显著减少,同时进入三羧酸（TCA）循环的碳流量显著增大,以产生足够
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 文献综述
1 胶原蛋白
1．1 胶原蛋白的特征和类型
1．2 胶原蛋白的性能及应用
1．3 类人胶原蛋白的优越性
2 高密度发酵及过程优化
2．1 高密度发酵
2．1．1 高密度发酵的影响因素
2．1．2 高密度发酵的调控
2．2 微生物反应动力学
2．3 代谢流分析
2．3．1 代谢流分析方法
2．3．2 大肠杆菌生长和表达外源蛋白的初级代谢相关途径的代谢流分析
2．4 操作过程优化
2．4．1 过程优化的概念及内容
2．4．2 流加发酵的最优化研究
3 本研究的目的、意义及内容
3．1 目的与意义
3．2 实验内容及拟解决的问题
参考文献
第二章 重组大肠杆菌分批-补料培养生产类人胶原蛋白的条件优化
1 材料与方法
1．1 材料
1．1．1 供试菌种
1．1．2 培养基
1．2 方法
1．2．1 摇瓶培养
1．2．2 分批-补料培养
1．2．3 分析方法
2 结果与分析
2．1 补氮方式对重组大肠杆菌生长和类人胶原蛋白表达的影响
2．2 不同的控氧方式对细胞生长和蛋白合成的影响
2．3 诱导强度的选择
3 本章小结
参考文献
第三章 重组大肠杆菌分批-补料发酵的比生长速率的优化
1 材料与方法
2 结果与分析
2．1 诱导前最佳比生长速率的确定
2．1．1 不同比生长速率对细胞生长和类人胶原蛋白形成的影响
2．1．2 比生长速率对细胞得率系数(Y_(X/S))的影响
2．1．3 比生长速率对产物得率系数(Y_(P/S))的影响
2．1．4 比生长速率对呼吸熵(RQ)的影响
2．2 诱导后最佳比生长速率的确定
2．2．1 比生长速率对细胞生长和类人胶原蛋白合成的影响
2．2．2 比生长速率对细胞得率系数(Y_(X/S)′)的影响
2．2．3 比生长速率对产物得率系数(Y_(P/S)′)的影响
2．2．4 比生长速率对呼吸熵(RQ′)的影响
3 本章小结
参考文献
第四章 代谢流量分布分析
4．1 代谢分析网络的确定
4．1．1 代谢网络的选择原则
4．1．2 碳源初级代谢网络的确定
4．2 代谢流的分析方法
4．3 大肠杆菌生长期的代谢流分析
4．3．1 细胞元素组成及结构大分子单体的需求
4．3．2 生物合成前体流量的计算
4．3．3 代谢流分析
4．3．4 诱导前重组大肠杆菌的代谢流分布
4．4 重组大肠杆菌表达期的代谢流分析
4．4．1 类人胶原蛋白的氨基酸组成
4．4．2 诱导前不同比生长速率对重组大肠杆菌表达期代谢流的影响
4．4．3 诱导后不同比生长速率对重组大肠杆菌表达期代谢流的影响
4．5 整个生长期重组大肠杆菌代谢流分布分析
5 讨论
5．1 不同代谢模型的比较
5．2 类人胶原蛋白合成对碳源初级代谢流的影响
5．3 不同生长期重组大肠杆菌代谢流分布的比较
6 本章小结
附录:大肠杆菌碳源初级代谢反应
参考文献
第五章 重组大肠杆菌分批-补料培养的动力学
5．1 分批发酵阶段动力学分析
5．1．1 动力学模型的选择
5．1．2 动力学模型参数的求解
5．1．3 动力学模型误差分析
5．2 补料后诱导前(第Ⅲ阶段)的动力学分析
5．2．1 补料后诱导前的动力学模型的选择
5．2．2 动力学模型参数的求解
5．2．3 动力学模型误差分析
5．3 类人胶原蛋白生产期的动力学分析
5．3．1 生产期的动力学模型的选择
5．3．2 动力学模型参数的求解
5．3．3 动力学模型误差分析
5．4 讨论
5．5 本章小结
参考文献
第六章 重组大肠杆菌流加发酵的最优控制
6．1 最小值原理简介
6．1．1 状态和状态方程
6．1．2 控制向量
6．1．3 目标泛函
6．1．4 受控系统的最优化问题
6．2 连续系统的最小值原理
6．2．1 协变向量λ(t)和哈密尔顿函数H
6．2．2 最小值原理
6．2．3 正则方程组的求解
6．2．4 哈密尔顿函数的一个重要特征
6．3 流加发酵系统的最优化问题
6．4 流加发酵最优控制算法
6．5 重组大肠杆菌流加发酵的优化控制
6．5．1 最优流加方式的模型计算
6．5．2 单一控制阶段的发酵本质
6．6 本章小结
参考文献
攻读博士学位期间发表的文章
致谢
发布时间: 2005-11-18
参考文献
- [1].基因重组大肠杆菌高密度发酵生产类人胶原蛋白及其分离纯化[D]. 马晓轩.西北大学2006
- [2].重组菌生产类人胶原蛋白发酵过程建模与控制[D]. 米钰.西北大学2006
相关论文
- [1].重组人胶原蛋白肽在大肠杆菌中的高效表达及其生物活性研究[D]. 吴铭.吉林农业大学2011
- [2].重组E. coli生产类人胶原蛋白发酵调控策略与500L中试规模放大方法优化[D]. 薛文娇.西北大学2009
- [3].基于重组大肠杆菌细胞生理的人表皮生长因子发酵研究[D]. 郑志永.浙江大学2005
- [4].重组嗜热酯酶工程菌的发酵工程研究[D]. 任晓冬.吉林大学2005
- [5].纳他霉素高产菌株选育、发酵条件优化、发酵动力学及溶解度的研究[D]. 骆健美.浙江大学2005
- [6].rhbFGF高效表达载体的构建及其重组大肠杆菌高密度培养的研究[D]. 廖美德.华南理工大学2002
- [7].毕氏酵母发酵过程建模和优化[D]. 贾林.上海交通大学2007