重组大肠杆菌高密度发酵生产类人胶原蛋白Ⅱ发酵过程优化

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为了实现类人胶原蛋白Ⅱ(Human-Like CollagenⅡ,简称HCLⅡ)的规模化生产,提高类人胶原蛋白Ⅱ的产量,本研究主要从发酵过程中pH、温度培养模式以及发酵过程补料流加策略三方面对对重组大肠杆菌BL213.7在30L发酵罐中发酵生产类人胶原蛋白Ⅱ过程进行了考察。在对发酵过程pH的优化中,将pH控制在6.0-7.8之间时,监测pH对细胞生长以及类人胶原蛋白Ⅱ的产量的影响,从而确定出合理的pH控制策略增加类人胶原蛋白Ⅱ的产量。由实验数据可得,在pH7.5条件下细胞浓度达到最大,为68.5g/L,但类人胶原蛋白Ⅱ的浓度为8.5g/L。在pH6.8条件下,类人胶原蛋白Ⅱ浓度达到最大,为10.5g/L,但其细胞浓度只有60.9g/L。同时,对发酵过程中代谢副产物有机酸的含量也进行了监测。随着发酵过程pH值的升高,总有机酸的量也相应的增加,当发酵过程pH控制在7.8时,总有机酸浓度达到最大,为15.61g/L。为了提高目标产物的产量以及提高底物的利用率,采用pH两阶段控制策略控制发酵,最终类人胶原蛋白Ⅱ浓度可达到11.3g/L,较恒pH条件下提高了7.61%。在对发酵过程温度培养模式的选择方面,采用三阶段的温度培养模式,在诱导前3h,分别升温至36℃、37℃、38℃培养至诱导期,考察其对细胞生长以及类人胶原蛋白Ⅱ表达的影响。实验结果表明,36℃和38℃温度培养模式下所得产量相对较低。所以发酵过程采用发酵前期34℃进行培养,诱导前3h升温至37℃培养,最后升温诱导,在37℃温度培养模式下获得了较高的细胞密度,为69.4g/L;且类人胶原蛋白Ⅱ的表达量最高,为11.93g/L。相较于前期研究的基础上,细胞密度与类人胶原蛋白Ⅱ的表达量分别提高了4.9%和5.5%。在对整个发酵过程进行优化的过程中,考察了诱导前后不同补料流加方式对整个发酵过程的影响。结果表明,诱导前控制比生长速率0.15h-1有利于细胞的生长,细胞密度为73.4g/L,同时类人胶原蛋白Ⅱ的表达量为12.43g/L。当发酵过程进入诱导期后,分别采用pH-stat、指数型、不同速率的间歇型以及阶段递减型补料流加策略对发酵过程进行控制,同时对发酵过程的不同参数进行检测,根据不同补料流加策略分析其对整个发酵过程的影响。结果表明,诱导后根据前期实验结果所设计出来的阶段递减的方式进行补料,有利于菌体的生长,细胞密度达到78.2g/L;同时类人胶原蛋白Ⅱ的表达量也最高,为13.28g/L。在前期研究的基础之上,产量提高了11.31%。因此,整个发酵过程的补料调控策略对于生产有着至关重要的作用,选择一个合适的补料流加策略,优化了发酵过程控制,从而有效的提高累人胶原蛋白Ⅱ的产量以及产率。
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