はじめに

補料プロセスの最適化は発酵プロセス最適化の最も重要な研究方向の一つであり、持続的で安定した補料速度はしばしば最終産物の合成と菌株の代謝方向に大きな影響を与える。多くの生成物の合成は、補剤過程において培地中の糖を厳密に一定濃度に制御する必要がある。伝統的な砂糖制御は主に操作者の絶えずサンプリング検査と手動で原料補給速度を調節することに依存し、時効性が悪く、制御効果も悪い。発酵技術者たちも、より安定した、より正確な製糖方法を探している。本判例はトリプトファン生産菌株E.coli TM 01を出発菌株とし、セドリス（7 L）平行生物反応器を用い、それぞれ手動制御糖と生物培養過程オンライン検査器（BODS）の自動検出制御糖戦略の2種類の異なる方式を通じて培地中のブドウ糖濃度を維持し、トリプトファン収量を指標として異なる制御糖モードの差異を比較した。

図1天木生物培養過程オンライン検出器（BODS）

実験菌種：E.coli WT 01。

種子液培地：ペプトン10 g/L、酵母抽出物5 g/L、塩化ナトリウム10 g/L、グルコース20 g/L、

発酵液培地：グルコース25 g/L、酵母抽出物7 g/L、クエン酸1水和物1.1 g/L、硫酸アンモニウム7.5 g/L、リン酸二水素カリウム2 g/L、リン酸水素二カリウム3 g/L三水和物、硫酸マグネシウム7水和物1 g/L、硫酸鉄7水和物0.1 g/L、ビタミンB 1 0.1 g/L、グリセリン10 g/L、アスコルビン酸0.45 g/L、フラスコ発酵に炭酸カルシウム5 g/Lを追加添加する。

発酵槽発酵培養：グリセリン管中の菌種を採取して活性化した後、種子培養液37℃で12 h培養した後、5%接種量で発酵培地に転送した。発酵過程はセドリス7 L発酵タンクで行い、通気量は1 vvmで、溶存酸素関連攪拌回転数によって溶存酸素を30%に制御し、アンモニア水を流すことによってpHを6.9に維持した。37℃でOD 600〜10程度に培養した後、30℃に冷却し、IPTG誘導を加えた。発酵中に培地中のグルコース消費が完了した後、500 g/Lのグルコース溶液を流して残糖濃度を2 g/Lに制御した。

手動補充群は1 hごとにサンプリングして培地中の残糖濃度を測定し、測定した濃度に基づいて手動で補充戦略を調整した。自動補剤群は、天木生物の生物培養過程オンライン検出器（BODS）を用いて培地中の残糖濃度をリアルタイムで検出し、計器により補糖戦略を自動調整する。発酵液中のロイシン濃度は液相により測定比較を行った。

実験結果

図2に示すように、手動補剤モードでは、菌体の成長状況をリアルタイムで観察できないため、培地中の残糖濃度の変動が大きく、夜間の作業者の疲労のため、誤差が最大の場合は+10 g/Lの差にも達した。残糖濃度の変動は菌体のバイオマスとロイシン収量に直接影響し、手動制御糖群のロイシン収量が最も高い場合は約0.3 g/Lしかなかった。

図2手動補材と知能関連補材発酵結果の比較

結論

本例はクロミチン産生工程菌株を出発菌株とし、異なる補料戦略の下で菌株クロミチン産生量に対する影響を研究した。実験結果により、より安定した砂糖制御方式は往々にして生産量の大幅な増加をもたらすことが明らかになった。手動補充モデルとの相対比、BODS知能関連システムは操作者なしで自動サンプリング検査、監視、フィードバック調節、自主学習補充戦略などの方式によって培地中の残糖レベルの安定した制御を設定値（2±0.2 g/L）に制御し、また菌株のロイシン生産量を約71.4%向上させ、これは発酵プロセス最適化におけるBODSの重要な役割を説明した。このほか、工業化生産における残糖濃度の制御も企業製品の品質に直接影響する重要なパラメータであり、BODSのリアルタイム検査能力も生産現場の人員がリアルタイムで発酵過程の変化を制御し、適時に技術パラメータを調整し、企業のより良い完成品の増幅生産を支援するのに役立つ。

設立当初から、天木生物は顧客至上の原則を厳守し、高度に専門化された菌種最適化方案の提供に力を入れ、発酵過程最適化のためにより多くの信頼できる選択を提供した。