【摘 要】
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本文对重组大肠杆菌高密度发酵表达耐热耐酸普鲁兰酶的发酵工艺进行了优化,研究内容包括:利用神经网络和遗传算法优化发酵温度、发酵p H值和培养基中C/N;通富氧空气、增加发酵罐压和溶氧反馈补料三种溶氧稳态控制策略对细胞生长和产物表达影响的比较;诱导条件,包括诱导温度、诱导剂浓度以及热应激处理,对普鲁兰酶可溶性表达影响的研究。实验结果表明:（1）神经网络能够很好地拟合发酵这一复杂的生物过程,同时配合遗传
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本文对重组大肠杆菌高密度发酵表达耐热耐酸普鲁兰酶的发酵工艺进行了优化,研究内容包括:利用神经网络和遗传算法优化发酵温度、发酵p H值和培养基中C/N;通富氧空气、增加发酵罐压和溶氧反馈补料三种溶氧稳态控制策略对细胞生长和产物表达影响的比较;诱导条件,包括诱导温度、诱导剂浓度以及热应激处理,对普鲁兰酶可溶性表达影响的研究。实验结果表明:（1）神经网络能够很好地拟合发酵这一复杂的生物过程,同时配合遗传算法寻优,是优化重组大肠杆菌的高密度发酵工艺的有力工具。最终确定优化的发酵条件为:分批补料发酵过程分为细胞生长和产物表达两个阶段进行控制,细胞生长阶段控制发酵温度34.4℃、发酵p H值6.87、培养基C/N（mol/mol）为6.1,在产物表达阶段控制发酵温度32.5℃、发酵p H值6.69、培养基C/N（mol/mol）为5.3,经过实验验证,得到大肠杆菌细胞密度为干重56.47g/L,普鲁兰酶为3.21g/L。（2）氧传递能力在通富氧空气和提高发酵罐压策略中得到明显增强,细胞量同时得到了明显提高。通富氧空气策略中产物普鲁兰酶最终活力最高达到412U/m L,但提高发酵罐压中由于自溶和乙酸的积累,导致了产物产量的降低仅有207U/m L。溶氧反馈补料策略虽然既没有增强氧传递能力,也没有获得最高的细胞密度和产物量,但却被认为是一种最经济节约的方式。（3）诱导温度是影响普鲁兰酶活性和诱导期细胞密度的最重要因素,考虑到最终细胞密度、酶活性,最终选择32.5℃为诱导温度的最佳选择,与神经网络模型预测一致。IPTG浓度在0.05~0.5mm范围内对菌体细胞密度没有明显影响,但对普鲁兰酶产量有显著影响,加入0.2mmoml/L IPTG诱导,32.5℃培养时,普鲁兰酶活性达到最大值501U/m L。热应激处理对普鲁兰酶的溶解度均有促进作用,然而增长并不显著,但其结果可为定量分析工业规模发酵罐内温度不均匀分布的现象提供一定参考。
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