專利名稱：阿維菌素發(fā)酵過程優(yōu)化與放大的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)酵過程優(yōu)化與放大的方法及其裝置，尤其是涉及一種制備阿維 菌素發(fā)酵過程優(yōu)化與放大的方法與裝置。
背景技術(shù)：
生物攪拌反應(yīng)器因為其操作簡單、不容易染菌等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于微生物發(fā)酵 中。有些微生物對反應(yīng)器內(nèi)的剪切力大小、空氣體積分率及混合狀況等因素非常敏感， 而這些因素都與攪拌有關(guān)。人們希望明確這些因素與攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及攪拌反 應(yīng)器操作參數(shù)(轉(zhuǎn)速、通氣速率等)的關(guān)系，從工程的角度對這些因素進行經(jīng)驗關(guān)聯(lián)， 并以此來指導(dǎo)微生物發(fā)酵的放大培養(yǎng)。然而，攪拌槳葉的相對運動使得攪拌反應(yīng)器內(nèi) 部的這些因素極度不均勻，以往采用經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式將整個攪拌反應(yīng)器看成一個均勻體系 的假設(shè)與實際情況存在著很大的差異，并不能對微生物發(fā)酵進行很好的指導(dǎo)。
而攪拌因素與生物發(fā)酵培養(yǎng)過程具有較大的關(guān)系。生物發(fā)酵培養(yǎng)過程中，氣、液、 固三相態(tài)之間存在著宏觀與微觀的混合、傳遞。生物細胞與環(huán)境之間除存在著熱量、 質(zhì)量、動量傳遞還涉及生物體對剪切力的敏感度問題。生物反應(yīng)器攪拌結(jié)構(gòu)特征及其 操作方式?jīng)Q定了生物反應(yīng)器中流場包括剪切力大小和分布等特性。這些特性從基質(zhì)供 給、代謝副產(chǎn)物脫除、環(huán)境壓力改變等方面對生物體代謝產(chǎn)生重要的影響。
很多重要的生物反應(yīng)過程(如抗生素發(fā)酵等)的發(fā)酵液屬于絲狀或菌球狀的非牛 頓物系。這種非牛頓型物系和發(fā)酵過程受攪拌形式的影響很大。生物反應(yīng)器中流體的 剪切應(yīng)力變化對絲狀菌絲體生長有較大的影響。剪切大，菌絲易受損，對菌體生長和 發(fā)酵不利，剪切小，菌絲不易受外力而斷裂，可較好生長，對發(fā)酵有利。傳統(tǒng)的徑向
流圓盤渦輪槳攪拌時，形成徑向流形，所形成的剪切作用變化在全罐中是相當(dāng)大的， 且攪拌能耗大。當(dāng)高速液流通過靜止的或運動速度較低的液體時，葉片對流體的直接 剪切作用也會造成處于界面上的流體受到強烈的剪切作用，同時造成全罐混合區(qū)域化 現(xiàn)象的存在。尤其在大型的發(fā)酵罐中，區(qū)域化現(xiàn)象尤為嚴重，進而造成混合與傳氧效 率的降低，對絲狀菌發(fā)酵不利。
在大規(guī)模發(fā)酵培養(yǎng)時，菌絲體尤其易受攪拌器的剪切力的作用。而菌絲生長的形 式亦會影響菌絲團內(nèi)部的理化環(huán)境、尤其是菌團內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)傳遞和分布的均勻 性，從而影響表觀的基質(zhì)臨界濃度，如臨界氧，最終影響微生物代謝與目的產(chǎn)物的合 成。
總之，發(fā)酵過程中，菌體形態(tài)(特別是絲狀微生物的菌體形態(tài))是一個很重要的參 數(shù)，它會影響到發(fā)酵液的流變特性，從而影響到培養(yǎng)體系的傳質(zhì)和傳熱，最終間接影 響產(chǎn)率。另一方面菌體形態(tài)分化也與絲狀微生物生理狀態(tài)密切相關(guān)。因此在工業(yè)發(fā)酵
6過程中，對其菌體形態(tài)的控制對于某些次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)來說是必需的。 一般來說， 其菌體形態(tài)可以分為兩種形式絲狀(filamentous form)和小球型(pellet):絲狀的 形態(tài)可以分為松散的菌絲體(mycelial)和菌絲聚集體(clump);小球型可以分為表面 光滑型和表面粗糙型。菌球一旦形成后會呈現(xiàn)出不同形態(tài)，依形態(tài)可分為疏松球狀、 中心緊密外圍疏松的球狀和緊密光滑球狀。而菌體形態(tài)很容易受到剪切力的影響而發(fā) 生變化。
目前，很多文獻表明剪切力對絲狀微生物的影響很大。在剪切環(huán)境對產(chǎn)黃霉菌發(fā) 酵生產(chǎn)青霉素影響的研究中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)黃青霉結(jié)球程度和游離菌絲形態(tài)均與剪切環(huán)境有 關(guān)。適當(dāng)提高剪切水平可縮短菌絲長度并保證適度結(jié)球，從而降低發(fā)酵液黏度，對改 善罐內(nèi)混合和供氧有利。但是剪切對絲狀微生物的影響也因微生物種類及其菌株不同 而異。
阿維菌素(Ave匿ctin, AVM)，是一組由除蟲鏈霉菌6Y，輝ces譜潔'"7is 產(chǎn)生的十六元大環(huán)內(nèi)酯衍生物，其結(jié)構(gòu)中包含一個由二糖(齊墩果糖)與十六元內(nèi)酯環(huán) 縮合生成的苷，以及兩個六元環(huán)的螺縮酮系和六氫苯并呋喃環(huán)系。根據(jù)Cs和C25上取 代基的不同及C22—^結(jié)構(gòu)上的差別，阿維菌素有8個異構(gòu)體，分別為Au， AIb， A2a， A2b， Bii,， B,h， B2a， B2b，其中以B^的殺蟲活性最高，其它異構(gòu)體殺蟲活性較低且毒性較高。 阿維菌素對家畜的腸內(nèi)寄生蟲具有極其有效的驅(qū)蟲活性，并具有作用機制獨特、有 效劑量低、安全性高等特點。阿維菌素也是高效的殺蟲、殺螨劑，其衍生物也可用于 治療人類由于螨蟲或線蟲引起的疾病。
阿維菌素產(chǎn)生菌為一種放線菌(5\ a^ r/w'"7/s)，發(fā)酵過程中主要菌絲形態(tài)為菌 絲球。阿維菌素發(fā)酵過程涉及到菌絲球形態(tài)的控制，在發(fā)酵過程中菌絲球形態(tài)出現(xiàn)異 常一般意味著發(fā)酵控制出現(xiàn)了重大偏差，這種偏差往往影響到阿維菌素的產(chǎn)量。在阿 維菌素發(fā)酵過程中可能會出現(xiàn)兩種極端情況， 一種是菌絲結(jié)球過緊，另一種是菌絲過 于分散，交叉結(jié)網(wǎng)造成發(fā)酵液發(fā)糊。這兩種狀況都是不可逆的，而且一旦出現(xiàn)，就將 極大地影響阿菌素的生物合成。
阿維菌素產(chǎn)生菌除蟲鏈霉菌屬于對剪切非常敏感的微生物。如果在搖瓶中添加玻 璃珠增加剪切力，最后的發(fā)酵單位遠遠低于對照組。因此在除蟲鏈霉菌的培養(yǎng)過程中， 剪切力是一個重要的影響參數(shù)。
近年來，計算流體力學(xué)(CFD)在單相流體的研究方面已經(jīng)取得了很大的進步，而 關(guān)于CFD在生物反應(yīng)器方面應(yīng)用的研究報道較少。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏將發(fā)酵過程(例如阿維菌素)與反應(yīng)器流場特性相結(jié)合的優(yōu) 化方法，尤其是缺乏工業(yè)規(guī)模發(fā)酵時的生物反應(yīng)器與代謝特性相結(jié)合的方法。
因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)發(fā)酵過程與反應(yīng)器流場特性相結(jié)合的優(yōu)化方法，特 別是工業(yè)規(guī)模阿維菌素發(fā)酵用的生物反應(yīng)器與細胞代謝特性相結(jié)合的優(yōu)化與放大方 法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于獲得一種工業(yè)規(guī)模發(fā)酵用的生物反應(yīng)器與細胞代謝特性 相結(jié)合的優(yōu)化與放大方法。
本發(fā)明的第二目的在于獲得一種適用于工業(yè)規(guī)模發(fā)酵用的生物反應(yīng)器與細胞代 謝特性相結(jié)合的優(yōu)化與放大的裝置。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種對使用生物反應(yīng)器裝置的發(fā)酵過程進行優(yōu)化 的方法，所述方法包括步驟
(a) 采用流體力學(xué)計算(CFD)方法，模擬測定在所述發(fā)酵過程中所用的生物反應(yīng) 器裝置中的流場；
(b) 確定所述流場對應(yīng)的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合； (C)參照預(yù)定值的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合，校驗或修正生
物反應(yīng)器裝置的流場，從而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置。
在一優(yōu)選例中，歩驟(c)中所述校驗或修正步驟包括改變所述生物反應(yīng)器裝置涉及 流場的參數(shù)，從而校驗或修正其傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合而接近 預(yù)定值。
更優(yōu)選地，所述涉及流場的參數(shù)為涉及湍流剪切場分布的參數(shù)、涉及速度矢量 場分布的參數(shù)或其組合。具體地例如為涉及攪拌的參數(shù)，更具體地涉及攪拌漿的參數(shù)。
最優(yōu)選地，所述校驗或修正步驟為改變槳葉的形狀或組合，使得傳氣參數(shù)、能 耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合相應(yīng)改變而接近預(yù)定值。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述生物反應(yīng)器裝置選自絲狀微生物發(fā)酵裝 置；優(yōu)選地，選自制備阿維菌素的絲狀微生物發(fā)酵裝置。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，步驟(a)釆用流體力學(xué)計算(CFD)方法的模擬 測定過程中，
采用奈維-斯托克斯方程(NS方程)進行模擬測定，且所述湍流模型為
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，所述0、 t、 r、 〃、 k、 e、 /r、 z、 s" r分別代表
0為通用求解變量，t為時間(s) ， r,z分別為柱坐標(biāo)系下的三個坐標(biāo)，〃、
k、 為速度矢量在笛卡爾坐標(biāo)系下的三個分量，s-是相對于變量0的源項，r為相 對于變量0的有效湍流交換系數(shù)。
和/或
采用的流體力學(xué)計算方法為多參考坐標(biāo)內(nèi)外迭代滑移網(wǎng)格法，其計算公式根據(jù) 下式(n)<formula>formula see original document page 8</formula>
其中r為剪切力，單位Pa， ^"為黏度，單位Pa*s，"為剪切應(yīng)變率，單位S.'，可通過下式(III)計算得到:
—、
+
W2
、&乂
+
5w
+
—+ — 5y 5x
+
5u
—+—— 5z 5x,
+
5v 5w、 —+ — .3z 3z 乂
(in)
其中，x、 y、 z分別為直角坐標(biāo)系中三個方向的坐標(biāo)，u、 v、 w則分別為三個方 向上的速度分量。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，在歩驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生 理代謝參數(shù)或其組合時，
所述傳氣參數(shù)選自氣含率、氧傳質(zhì)系數(shù)K,a或其組合； 其中，
所述氣含率的含義是通氣情況下單位體積的反應(yīng)液中所含空氣的體積百分比； 所述氧傳質(zhì)系數(shù)K,a為K,和a的值的求積， 所述K,.通過如下式(IV)計算得到；
fe = 4* (《
A 、" av)
其中DL為氧氣在水中的擴散系數(shù)， s為湍動能擴散速率，單位為W/kg， ^為水的密度，單位kg/m、 A為水的黏度，單位Pa's， 所述a通過下式(V)計算得到
其中^為局部氣含率，無量綱，
《為平均氣泡直徑，單位m。 在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，在步驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生 理代謝參數(shù)或其組合時，
所述能耗參數(shù)選自攪拌軸的軸功率，
所述攪拌軸的軸功率通過如下式(VI)計算得到
軸功率=Z(槳葉受到的扭矩x攪拌轉(zhuǎn)速) (VI)。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，在步驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生 理代謝參數(shù)或其組合時，
所述生理代謝參數(shù)選自菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)、碳氮代謝參數(shù)或其組合；
優(yōu)選地，所述菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)包括球核面積、核區(qū)周長、菌絲球面積、掩圖面 積、圓形因子、菌絲球密度、邊緣菌絲密度或其組合；
優(yōu)選地，所述碳氮代謝參數(shù)包括總糖、還原糖、氨氮消耗、pH、發(fā)酵液中菌體 離心體積百分比(PMV)、效價或其組合。在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述的步驟(C)確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置時， 包括以下步驟(i)或步驟(ii)中的一種或多種
(i) 將測定的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合與預(yù)定值的傳氣參數(shù)、 能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進行比較，選出與所述預(yù)定值最為接近的生物反應(yīng) 器裝置；確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置；
或者
(ii) 對多個生物反應(yīng)器裝置的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進 行比較，確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置；
(iii) 將測定的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合與預(yù)定值的傳氣參 數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進行比較，用于校驗或修正有關(guān)裝置設(shè)計，從 而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置和相應(yīng)的工藝。
在一優(yōu)選例中，歩驟(ii)中所述的多個生物反應(yīng)器裝置是配備不同攪拌槳的同 一類型的生物反應(yīng)器裝置。
在另一優(yōu)選例中，所述的生物反應(yīng)器裝置是容量為大于100立方米(如100-250 立方米)的發(fā)酵罐。
在另一優(yōu)選例中，所述的預(yù)定值是小罐(如5、 10、 20、 30、 50、 100升)發(fā)酵條件下 的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合。
本發(fā)明的另一方面提供一種可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置， 所述自控生物反應(yīng)器裝置包括帶有攪拌器的生物反應(yīng)器罐體，以及對所述生物反應(yīng)器 的工藝控制參數(shù)進行檢測及控制的儀器儀表，其特征在于，所述罐體上設(shè)置
-用于獲得工藝控制參數(shù)的傳感裝置單元，所述傳感裝置單元包括設(shè)置在所述罐體上 的溶解氧傳感器、活細胞量傳感器；
-與所述傳感裝置單元連接的生理代謝參數(shù)計算裝置，所述生理代謝參數(shù)計算裝置將 所述傳感裝置單元獲得的工藝控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為作為數(shù)據(jù)放大基礎(chǔ)的生理代謝參數(shù)。
在一優(yōu)選例中，所述生理代謝參數(shù)計算裝置用于與CFD流體計算力學(xué)仿真的裝置 進行比較，由此得到優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝專備設(shè)計與工藝。所述CFD流體計算力學(xué)仿 真的裝置用于得到生理參數(shù)預(yù)定值，所述的預(yù)定值是小罐(如5、 10、 20、 30、 50、 100 升)發(fā)酵條件下的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述的傳感單元還包括溫度傳感器，pH傳感 器，全罐秤量傳感器，尾氣C02接口，尾氣02接口，測速傳感器，壓力傳感器，消泡 傳感器或其組合。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述罐體的體積容量在50L 500M3之間。 在一優(yōu)選例中，所述罐體的體積容量在100M3 250M3之間。


10圖1為攪拌對供氧與剪切的影響的發(fā)酵生理代謝參數(shù)趨勢曲線； (橫軸為時間，單位為小時)
圖2為有機酸標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖(Fig. 2 HPLC chromatogram of standard sample of organic acids);
圖3為槳卩十組合圖(Fig. 3 Figure of the three impeller combination. Left, ImOl;middle' Im02;right, Im03.)
圖4示出了不同槳葉組合平均剪切力比較(Fig. 4Comparison of average shear force among different impeller combination)
圖5示出不同槳葉組合中各層槳葉的剪切力(Fig. 5 Comparison of shear force power for each impeller)
圖6示出不同槳葉組合的軸切面湍動剪切力分布圖(Fig.6 Turbulent shear force distribution of different impeller combination)
圖7示出不同槳葉組合的速度矢量場(Fig. 7velocity vector field of different impeller combination)
圖8示出不同槳葉組合下氣含率比較(Fig. 8 Comparison of air hold-up among different impeller combination)
圖9示出了不同槳葉組合下平均l^a以及各層槳葉的K,.a比較(Fig. 9 Comparison of average KLa and KLa for each impeller among different impeller combination)
圖10示出不同槳葉組合平均消耗功率的比較(Fig. 10: Comparison of average consumed power among different impeller combination)
圖11示出不同槳葉組合中各層槳葉的消耗功率(Fig. 11 Comparison of power consumed for each impeller)
圖12示出不同槳葉組合下除蟲鏈霉菌球核面積，核區(qū)周長，菌絲球面積，圓形 因子，菌絲球密度，邊緣菌絲密度的變化趨勢(Fig. 12 Profiles of core area, core perimeter, mycelial area, circularity, compactness and roughness in 5"trepto歷yces sye/77W'"7j's fermentation process with different impeller combination)
其中標(biāo)號說明如下
Im01(,; Im02(參)；Im03(A)
圖13示出不同槳葉組合下除蟲鏈霉菌發(fā)酵過程中總糖，還原糖，氨氮消耗，pH， PMV以及效價的變化趨勢(Fig13 Profiles of total sugar, reducing sugar, NH2N, pH, PMV and avermectin during 5"trepto歷/ce51 3Ker歷"j7j's fermentation process with different impeller combination:)
其中標(biāo)號說明如下
Im01(B); Im02(參)；Im03(A)
圖14為實施例2的自控生物反應(yīng)器裝置的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，以阿維菌素等絲狀微生物發(fā)酵為對象，針對 易受攪拌器的剪切力作用影響的生理特點，通過改進制備工藝，獲得了在以代謝流 分析與控制為核心的發(fā)酵過程參數(shù)調(diào)整的研究方法基礎(chǔ)上，獲得了一種能夠?qū)嶒炇?規(guī)模的優(yōu)化條件放大到工業(yè)規(guī)模的方法。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。該放大裝置特別 適用于絲狀微生物發(fā)酵裝置。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，借助于能實現(xiàn)發(fā)酵過程宏觀代謝特征參數(shù)檢 測的生物反應(yīng)器及其相關(guān)計算機軟、硬件技術(shù)，對阿維菌素發(fā)酵過程的代謝特性進行 了研究，了解了其反應(yīng)器流場剪切氧特性與菌體耗氧等生理特性的關(guān)系。另一方面通 過利用CFD計算流體力學(xué)方法，對反應(yīng)器中的流場特性進行了研究，對照小試研究(獲 得預(yù)定值)和工業(yè)規(guī)模發(fā)酵罐的宏觀代謝特征參數(shù)，發(fā)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模發(fā)酵罐中的混合 與傳遞缺陷，并采取相應(yīng)措施實現(xiàn)了發(fā)酵過程的放大。
以下對本文的術(shù)語進行說明
如本文所用，術(shù)語"發(fā)酵過程"包括微生物的發(fā)酵過程、動植物細胞反應(yīng)過程 或其組合。
以下對本文的構(gòu)思進行說明
本發(fā)明是基于如下原理而提出的以工業(yè)生產(chǎn)為目的的生物系統(tǒng)的功能取決于 外界環(huán)境刺激與胞內(nèi)功能基因的共同作用。這種外界環(huán)境對細胞功能的影響主要通過 以下幾種途徑，其一，外界條件(如溫度、pH)對菌體細胞內(nèi)酶的作用或代謝速率直接 產(chǎn)生影響；其二，由于反應(yīng)器混合傳遞所引起的基質(zhì)(如氧、各種碳源)供應(yīng)不足或過 量，由此產(chǎn)生的胞內(nèi)代謝的變化；其三，細胞的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)對外界環(huán)境條件的響應(yīng)， 引起細胞轉(zhuǎn)錄表達系統(tǒng)的變化，由此進而引起細胞代謝網(wǎng)絡(luò)的變化。這就要求我們要 在綜合考慮胞外環(huán)境及菌體生理特性的基礎(chǔ)上進行工業(yè)生物過程的優(yōu)化與放大，而實 際工業(yè)生產(chǎn)中多為液態(tài)培養(yǎng)，因而菌體的外部環(huán)境的研究即歸結(jié)為生物反應(yīng)器內(nèi)流體 力學(xué)研究，由此得到不同條件下的溫度場、濃度場、剪切力場等；細胞的行為則通過 菌體生理特性來表達。通過將兩者整合起來研究其相互作用規(guī)律從而為生物反應(yīng)器的 優(yōu)化與放大開辟一條嶄新的科學(xué)思路。
根據(jù)上述原理，本發(fā)明設(shè)計了以下進行流程放大和優(yōu)化的具體路線在發(fā)酵過程 放大研究時，提出了首先在以代謝流分析與控制為核心的發(fā)酵實驗裝置上進行研究， 由此可得到用于過程放大的狀態(tài)參數(shù)或生理參數(shù)，只要我們在放大的設(shè)備上得到完全 (或基本)相同的反映代謝流等生理數(shù)據(jù)變化曲線，就可以較好地克服上述放大過程中 的問題，因而提出了發(fā)酵過程參數(shù)調(diào)整的放大技術(shù)。
以下對本發(fā)明的各個方面進行詳述 (一)進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對使用生物反應(yīng)器裝置的發(fā)酵過程進行優(yōu)化的方法，所述方法包括步驟
(a) 采用流體力學(xué)計算(CFD)方法，模擬測定在所述發(fā)酵過程中所用的生物反應(yīng) 器裝置中的流場；
(b) 確定所述流場對應(yīng)的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合； (C)參照預(yù)定值的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合，校驗或修正生
物反應(yīng)器裝置的流場，從而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置。
具體地，步驟(C)中，參照預(yù)定值的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合， 用于校驗或修正有關(guān)裝置設(shè)計，使得裝置的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其 組合接近預(yù)定值，從而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置和相應(yīng)的工藝。
在一優(yōu)選例中，步驟(C)中所述"校驗或修正"包括校驗或修正所述生物反應(yīng)器裝 置涉及流場的參數(shù)，使得傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合相應(yīng)改變而接 近預(yù)定值。例如校驗或修正涉及攪拌的參數(shù)，特別是涉及攪拌漿的參數(shù)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，將整個攪拌反應(yīng)器看成一個均勻體系，并采用經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式對微生 物發(fā)酵等的放大培養(yǎng)進行指導(dǎo)。而本發(fā)明的方法基于這樣一個假設(shè)攪拌槳葉的相對 運動等流場變化使得攪拌反應(yīng)器內(nèi)部的各種因素極度不均勻，因此，通過控制流場參 數(shù)可以獲得更為理想的放大結(jié)果。
而發(fā)明人通過實踐驗證發(fā)現(xiàn)，通過經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式進行放大培養(yǎng)的情況并不理想，而 通過本發(fā)明的方法可以建立流場(反映了生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其攪拌反應(yīng)器操作 參數(shù))與優(yōu)化條件(例如測定的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合)從而能 夠從工程的角度對這些因素進行經(jīng)驗關(guān)聯(lián)，并以此來指導(dǎo)微生物發(fā)酵的放大培養(yǎng)。
在一優(yōu)選例中，所述方法包括
在可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置上獲得以菌體細胞代謝流 分析為核心的生理參數(shù)和相關(guān)的操作參數(shù)，從中分析得到用于過程放大的敏感參數(shù)；
采用CFD流體計算力學(xué)方法模擬測定多個所述生物反應(yīng)器裝置的流場，得到分 別對應(yīng)于各個流場的湍流剪切場分布圖、速度矢量場分布圖或其組合；
確定所述各個流場的所述湍流剪切場分布圖及其速度矢量場分布圖所分別對應(yīng) 的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合；
比較所述傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合的優(yōu)劣，確定并得到過程 優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置。
在一優(yōu)選例中，所述方法包括
釆用CFD流體計算力學(xué)方法模擬測定所述生物反應(yīng)器裝置的流場，得到湍流剪 切場分布圖、速度矢量場分布圖或其組合；
確定所述湍流剪切場分布圖及其速度矢量場分布圖所對應(yīng)的傳氣參數(shù)、能耗參 數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合；
調(diào)節(jié)所述生物反應(yīng)器裝置的流場，比較調(diào)節(jié)前后的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合的變化，從而確定過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的生物反應(yīng)器裝置。
前者側(cè)重在同一時間內(nèi)對不同流場的表現(xiàn)進行比較；而后者側(cè)重對同一流場在 不同時間的表現(xiàn)進行比較。顯然，上述兩種方法可以單獨使用，也可以結(jié)合使用。二 者都是根據(jù)通過CFD流體計算力學(xué)裝置對所述生物反應(yīng)器裝置的流場進行模擬，得到 湍流剪切場分布圖、速度矢量場分布圖或其組合，并根據(jù)所述湍流剪切場分布圖、速 度矢量場分布圖或其組合確定優(yōu)化條件的組合使得流程得到優(yōu)化。
可以采用CFD流體計算力學(xué)方法對所述生物反應(yīng)器裝置的流場進行模擬。在一 優(yōu)選例中，采用的流體計算力學(xué)方法為多參考坐標(biāo)系方法，具體地例如模擬旋轉(zhuǎn)的 攪拌槳與靜止的擋板間的相互作用，并通過網(wǎng)格劃分將連續(xù)的流場域分散成離散域， 并通過有限體積法在離散域上對NS方程進行離散，進而通過各種數(shù)值求解方法對描 述反應(yīng)器內(nèi)流場的方程進行求解，得到反應(yīng)器內(nèi)的包括速度場，湍流場，剪切場等的 定量結(jié)果。
具體地，采用CFD流體計算力學(xué)裝置對所述生物反應(yīng)器裝置的流場進行模擬時， 采用NS方程及湍流模型為
3 frr一
^ 3(rU-) a(V-) S(W-) 5t r3r r朋 3z
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(I)
計算方法為多參考坐標(biāo)系法(優(yōu)選多參考坐標(biāo)內(nèi)外迭滑移網(wǎng)格法)，(例如應(yīng)用通 用商業(yè)軟件ANSYS CFX計算獲得)。
其中有關(guān)剪切應(yīng)變率采用其計算公式根據(jù)下式(II) r = " (II) 其中r為剪切力，單位Pa)， ^為黏度(單位Pa*s)，
^為剪切應(yīng)變率(單位S-')可通過下式(II)計算得到
間2f叫2「叫2「 5v、
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(ni)
上式中，x、 y、 z分別為直角坐標(biāo)系中三個方向的坐標(biāo)，u、 v、 w則分別為三個 方向上的速度分量。
具體地，確定所述湍流剪切場分布圖及其速度矢量場分布圖所對應(yīng)的傳氣參數(shù)、 能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時，
所述傳氣參數(shù)選自氣含率、氧傳質(zhì)系數(shù)K,a或其組合； 其中，
所述氣含率的含義是通氣情況下單位體積的反應(yīng)液中所含空氣的體積百分比； 所述氧傳質(zhì)系數(shù)K,a為K,和a的值的求積，
所述K,通過如下式(III)計算得到；所述a通過下式(IV)計算得到
14<formula>formula see original document page 15</formula>
其中D,.為氧氣在水中的擴散系數(shù)，
^為水的黏度，單位Pa's，
f為湍動能擴散速率，單位為W/kg，
P為水的密度，單位1^/^;
—一 一 A
其中-為局部氣含率，無量綱， ^為平均氣泡直徑，單位m。
具體地，確定所述湍流剪切場分布圖及其速度矢量場分布圖所對應(yīng)的傳氣參數(shù)、 能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時， 所述能耗參數(shù)選自攪拌軸的軸功率，
所述攪拌軸的軸功率通過如下式(V)計算得到
軸功率-Z(槳葉受到的扭矩x攪拌轉(zhuǎn)速) (VI)
具體地，確定所述湍流剪切場分布圖及其速度矢量場分布圖所對應(yīng)的傳氣參數(shù)、 能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時，
所述生理代謝參數(shù)選自菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)、碳氮代謝參數(shù)或其組合；
所述菌絲形態(tài)參數(shù)包括球核面積、核區(qū)周長、菌絲球面積、掩圖面積、圓形因 子、菌絲球密度、邊緣菌絲密度或其組合；
所述碳氮代謝參數(shù)包括總糖、還原糖、氨氮消耗、pH、 PMV、效價或其組合。
如本發(fā)明所述，所述"生物反應(yīng)器"包括但不限于發(fā)酵罐、動物細胞反應(yīng)器、 或植物細胞反應(yīng)器。優(yōu)選地，所述生物反應(yīng)器裝置選自絲狀微生物發(fā)酵裝置；更優(yōu)選 地，選自制備阿維菌素的絲狀微生物發(fā)酵裝置。
本發(fā)明的方法可以適用于各種體積的裝置，只要該裝置中涉及到流場的變化。由于 體積較大的裝置中受到流場的影響更為顯著，因此本發(fā)明特別適合體積較大的裝置。例如, 所述生物反應(yīng)器裝置的容積為50L 50(W，而且適合100 500W的生物反應(yīng)器裝置，例 如100 250 m〃主物反應(yīng)器裝置。
更具體地，調(diào)節(jié)所述第二生物反應(yīng)器裝置的流場時，采用改變攪拌槳形式、改變 攪拌槳直徑的方法或其組合。
更具體地，在上述釆用CFD流體計算力學(xué)方法對所述第二生物反應(yīng)器裝置的流 場進行模擬時，采用湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)A:-s模型，模擬方法釆用多參考坐標(biāo)系，并結(jié) 合Euler-Euler兩相流模擬氣液兩相的相互作用，通過二階迎風(fēng)格式對NS方程進行 求解從而得到反應(yīng)器內(nèi)的三維流場分布。
根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，所述模擬測定方法中，還可以在模擬之前，建立第二生
(IV)
(V)物反應(yīng)器裝置的流場的結(jié)構(gòu)模型；對結(jié)構(gòu)模型進行網(wǎng)格劃分和設(shè)定計算區(qū)域的邊界條 件。
(二)可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置
本發(fā)明還提供一種可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置，所述自控 生物反應(yīng)器裝置包括帶有攪拌器(104)的生物反應(yīng)器罐體(100)，以及對所述生物反應(yīng)
器的工藝控制參數(shù)進行檢測及控制的儀器儀表，所述罐體(100)上設(shè)置
-傳感裝置單元(101)，所述傳感裝置單元(101)包括設(shè)置在所述罐體(100)上的溶解
氧傳感器(3)、活細胞量傳感器(10);
-與所述傳感裝置單元(101)連接的生理代謝特征參數(shù)計算裝置(20)，所述生理代謝 特征參數(shù)計算裝置(20)將所述傳感裝置單元(101)獲得的工藝控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為作為數(shù)據(jù)放 大基礎(chǔ)的生理代謝特征參數(shù)。
具體地，所述裝置還可以包括CFD流體計算力學(xué)模擬后所設(shè)計的虛擬或?qū)嶓w裝置。
具體地，所述的傳感單元(101)還包括溫度傳感器(1)， pH傳感器(2)，全罐秤量 傳感器(4)，尾氣C02接口(5)，尾氣02接口(6)，測速傳感器(7)，壓力傳感器(8)，消 泡傳感器(9)，通氣流量傳感器(26)，活細胞量傳感器(10)或其組合。
具體地，所述罐體(IOO)的體積容量在20升 500W之間。
具體地，所述的傳感單元(101)還包括溫度傳感器(1)， pH傳感器(2)，全罐秤量 傳感器(4)，尾氣C02接口(5)，尾氣02接口(6)，測速傳感器(7)，壓力傳感器(8)，消 泡傳感器(9)或其組合。
更具體地，所述儀器儀表測定的工藝控制參數(shù)是指溫度，攪拌轉(zhuǎn)速，通氣流量， 罐壓，消泡，pH，溶解氧濃度，發(fā)酵液真實體積及重量，補料量包括基質(zhì)、前體、油、 酸堿物，尾氣〔02和02。
具體地，所述活細胞量傳感器(10)采用四電極系統(tǒng)。所述四電極系統(tǒng)主要根據(jù) 放在交變電場中的活細胞，由于細胞內(nèi)的原生質(zhì)體起著電解質(zhì)作用，在交變電場的極 化作用所形成的電容與生物量呈對應(yīng)關(guān)系。改變交變電場的頻率就會產(chǎn)生不同的極化 效果，由此確定最佳的測量條件，測量的電容值通過統(tǒng)一信號傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)處理， 作為多參數(shù)相關(guān)分析的生物量的依據(jù)。
本發(fā)明的所述傳感單元中的各種傳感器可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的各種傳感器，只 要其不對本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。
本發(fā)明的所述儀器儀表的安裝位置可以按照本領(lǐng)域的傳統(tǒng)工藝進行，只要不對 本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。
在本發(fā)明的裝置的一個具體實施方式
中，采用以下技術(shù)方案 一種用于過程優(yōu)化與數(shù)據(jù)放大的自控發(fā)酵裝置，該裝置由帶電機和攪拌器的發(fā)酵 罐體、具有多參數(shù)檢測及控制的儀器儀表和傳感裝置的傳 系統(tǒng)、帶安裝支架和工藝管道系統(tǒng)以及帶有工控機及執(zhí)行元器件的電氣控制柜組成，其特征在于其中所述的傳 感系統(tǒng)包括溫度傳感器(l)， pH傳感器(2)，溶解氧傳感器(3)，全罐秤量傳感器(4)， 尾氣C02接口(5)，尾氣02接口(6)，測速傳感器(7)，壓力傳感器(8)，消泡傳感器(9)， 活細胞量傳感器(10):所述的參數(shù)是指溫度，攪拌轉(zhuǎn)速，通氣流量，罐壓，消泡，pH， 溶解氧濃度，發(fā)酵液真實體積及重量，補料量包括基質(zhì)、前體、油、酸堿物，尾氣C02 和02。
其中所述的帶有工控機及執(zhí)行元器件的電氣控制柜包括高精度蠕動泵(ll);基質(zhì) 補料電子秤(12);前體或油電子秤(13);酸堿物電子秤(14);循環(huán)泵(25);電磁閥(15); 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(18);模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(17);下位機(19);上位機(20);稀土電機(23)。
其中所述的帶安裝支架的工藝管道系統(tǒng)包括料瓶(22);通氣流量傳感器(26);全
罐秤量支座；取樣用特殊支架；罐體總成；快速裝拆機座；電動機；管架；油水分離 器；減壓閥；過濾器；流量計；空氣過濾器；壓力表；冷卻器；管道視鏡；熱水器； 無死體積取樣閥；消泡傳感器接口；尾氣C02接口；尾氣02接口；溫度傳感器；pH傳
感接口； DO傳感器接口。
上述帶安裝支架的工藝管道系統(tǒng)、電氣控制柜的各個組件及其組成方式均可以按 照本領(lǐng)域傳統(tǒng)的工藝進行，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的進行限制即可。
所述工控機及執(zhí)行元器件的電氣控制柜構(gòu)成本發(fā)明所述的生理代謝參數(shù)計算裝置 (20);其中各種組件均可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的組件，只要不對本發(fā)明的發(fā)明目的即可。
具體地，所述的帶有工控機及執(zhí)行元器控制柜中的計算機軟件是根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)釆 集和操作的需求以及工藝優(yōu)化的要求，進行在線參數(shù)采集、離線參數(shù)計算、參數(shù)數(shù)據(jù) 記錄以及部分參數(shù)的在線控制，通過局域網(wǎng)同步向上位機傳送所有參數(shù)的數(shù)據(jù)，選用 組態(tài)語言和C語言對上位機和下位機分別進行編程設(shè)計，并且在數(shù)據(jù)記錄時使用了簡 單冗余技術(shù)。
更具體地，所述計算機軟件可釆用華東理工大學(xué)國家生化工程技術(shù)研究中心(上 海)的上位機軟件包BIOSTAR。
在本發(fā)明的一個具體實施方式
中，所述罐體(100)的體積容量在20L 500m3之間。 本發(fā)明的其他方面由于本文的公開內(nèi)容，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā) 明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照 常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另外說明，否則所有的份數(shù)為重 量份，所有的百分比為重量百分比。
除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人 員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本 發(fā)明方法中。實施例l
1.材料與方法
1.1菌株
除蟲鏈霉菌(5". a^/7^'"'乃's)，由浙江升華拜克生物股份有限公司提供。
1.2培養(yǎng)基
1.2.1種子培養(yǎng)基配方
玉米淀粉3wt% 玉米漿O. 5% 酵母粉1.5% KH2P04 0.4% pH 7. 0-7. 2 1.2.2發(fā)酵培養(yǎng)基配方
玉米淀粉12wt%豆粕粉1% 花生粉0.5% 酵母粉1.5% KH2P04 0. 5% 氯化鈷O. 002wt% 碳酸鈣0. 08% pH 7.0-7.2
1.3培養(yǎng)方法
搖瓶培養(yǎng)將成熟斜面上的孢子用無菌接種鏟挖塊接種于種子培養(yǎng)搖瓶中，種子
搖瓶裝量為40 ml/250 ml搖瓶，于28 °C 、 250 r/miri旋轉(zhuǎn)式搖床上培養(yǎng)2天。發(fā)酵 搖瓶接種量為5%，裝量為30 ml/250 ml，于28 °C 、 250 r/min旋轉(zhuǎn)式搖床上培養(yǎng) 10天。碳氮比實驗和金屬離子實驗利用搖瓶進行。
(1) 小試實驗
50 L反應(yīng)器發(fā)酵種子罐為15 L，發(fā)酵罐為50 L。發(fā)酵罐接種量為10%，培養(yǎng) 溫度為28 °C。裝量35 L。
(2) 放大實驗
150 T氣升式反應(yīng)器發(fā)酵 一級種子罐為100 L， 二級種子罐為20T，發(fā)酵罐為 150 T。發(fā)酵罐接種量為10%，培養(yǎng)溫度為28 °C。裝量110 T。
1.4分析測定方法
1.4. 1總糖與還原糖測定 使用斐林試劑法測定。 1.4. 2氨基氮測定
甲醛法。
1. 4. 3菌濃(也可用發(fā)酵液中菌體離心體積百分比表示，PMV)測定 PMV (packed mycelium volume)法，取10 ml發(fā)酵液，轉(zhuǎn)速3000 r / min離心15 min,計算固形物體積占發(fā)酵液的比例。 1.4.4阿維菌素效價測定
HPLC條件HP1100色譜系統(tǒng)，色譜柱Hypersil ODS C-18， 5ym， 250mmX4.0mm; 流動相CH30H/H20=90/10;流速l.Oml/min;柱溫25。C;檢測波長246nm。
分析方法取發(fā)酵液2. 5ml，加入甲醇定容至50ml，充分振蕩超聲20min，過濾取濾液來測定效價。用微量進樣器準(zhǔn)確吸取20U l樣品濾液注入色譜儀，根據(jù)積分面 積，利用外標(biāo)法計算出發(fā)酵效價。發(fā)酵效價僅指Bu的濃度，標(biāo)準(zhǔn)品由升華拜克提供。 1. 4. 5菌絲形態(tài)圖像的采集和處理 圖像采集與分析圖像采集用顯微鏡自帶OLYMPUS DP-12(市售得到)。 圖像分析軟件FerAnaForAv為來自華東理工大學(xué)國家生化工程技術(shù)研究中心。 定性分析均在放大倍數(shù)為IOO倍下進行；定量分析均在放大倍數(shù)為40倍下進行。 菌絲形態(tài)參數(shù)
(1) 球核面積(core area);
(2) 核區(qū)周長(core perimeter);
(3) 菌絲球面積(mycelial area);
(4) 掩圖面積(aggregated area),對菌絲球二值圖進行一系列閉運算后獲得的菌 絲球掩圖的面積；
(5) 圓形因子(圓形因子(">c"/—=形!"S二 );
4;r x (球核面積)
(6) 菌絲球密度(菌絲球密度(com戸""s) = ^^積x 100%);
^ 掩圖面積
(7) 邊緣菌絲密度(邊緣菌絲密度—固)=菌故絲f 、U，)。
掩圖面積-球核面積
1.4.6有機酸的測定 1.4. 6. 1流動相的配制
流動相優(yōu)化實驗表明，樣品中各組分在磷酸溶液的pH為2.3時分離度最高。取 1.26 ml85y。的磷酸，用超純水稀釋并配制成0.01 mol/L的磷酸緩沖液，pH為2. 3。 用0.45 w m合成纖維素酯膜進行真空超濾，超聲波脫氣后備用。
1.4.6.2標(biāo)準(zhǔn)品的配制
精確吸取0. 38 ml乙酸、0. 41 ml丙酸，稱取0. 4 g丙酮酸鈉、檸檬酸、a -酮 戊二酸、琥珀酸加入1000 ml容量瓶中，用超純水溶解并配成4.0 g/1的有機酸混合 標(biāo)準(zhǔn)儲備液，然后進行稀釋，分別配制成質(zhì)量濃度均為0.05g/L， 0. lg/L， 0.5g/L， 1.0 g/L， 1.5 g/L， 2.0 g/L， 3.0 g/L的系列有機酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。 1.4. 6. 3發(fā)酵樣品的HPLC分析
取阿維菌素發(fā)酵的發(fā)酵液10 ml，離心去除菌體，將濾液冷凍保存?zhèn)溆?。分析時 取上清液用0.22 ym的膜過濾后進樣分析。 1.4. 6. 4色譜條件
HP1100色譜系統(tǒng)，色譜柱AquaS印.公司C8 (5 w m，4.6 mmX25 cm)。流動 相0.01 mol/L磷酸水溶液(pH2. 3);流速1.0 ml/min。進樣量20 " L。柱溫 室溫。檢測波長210 nm。
各種有機酸出峰時間(min)依次為丙酮酸3. 565; a-酮戊二酸4. 165;乙酸 4.882;檸檬酸5.648;琥珀酸6.732;丙酸9. 665，結(jié)果如圖2所示。發(fā)酵液中由于 有其他氨基酸或者雜質(zhì)的干擾，各種有機酸的出峰時間(min)與標(biāo)準(zhǔn)的相比有點偏差。
19TGL-16型高速臺式離心機0rion828型pH測試儀721型分光光度計恒溫水浴鍋HP1100型高效液相色譜儀DV-II+黏度計
上海醫(yī)療器械廠ORION RESEARCH, INC. (Orion研究公司)上海第三分析儀器三廠上海醫(yī)療器械五廠安捷倫有限公司BR0OKFIELD ENGINEERING LABORATORIES,INC. (Brookfield工程實驗室公司)
1.5. l采用小試設(shè)備50L(A)發(fā)酵罐
50L(A)發(fā)酵罐除配備溫度、轉(zhuǎn)速、消泡、pH、 DO等常規(guī)的測量控制以外，還配備有高精度補料(基質(zhì)、酸堿、消泡劑等)的測量與控制、并與尾氣C02、 02分析儀連接，整機具有十四個在線參數(shù)檢測或控制功能，并具有能輸入實驗室手工測定參數(shù)的計算機控制與數(shù)據(jù)處理軟件包BIORADAR，由此可進一步精確得到發(fā)酵過程優(yōu)化與放大所必需的包括各種代謝流特征或工程特征的間接參數(shù)，如攝氧率(OUR)、 二氧化碳釋放率(CER)、呼吸商(RQ)、體積氧傳遞系數(shù)(K,.a)等。
主要在線檢測參數(shù)
pH: Mettler toledo pH傳感器在線檢測，由pH數(shù)字控制器C901-pH顯示(國家生化工程技術(shù)研究中心(上海))
DO: Mettler Toledo DO傳感器在線檢測，由DO數(shù)字控制器C901-DO顯示(國家生化工程技術(shù)研究中心(上海))，調(diào)節(jié)空氣流量或攪拌轉(zhuǎn)速來控制
E02:順磁氧分析儀(Magnos 4G)在線檢測(德國H&B公司生產(chǎn))
EC02:不分光紅外儀(Uras 3G)在線檢測(德國服B公司生產(chǎn))
1. 5. 2中試設(shè)備(200M3)
可檢測參數(shù)有溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、通氣流量、罐壓、pH、溶氧(D0)、液位、排氣C02和02、杯式補料系統(tǒng)等，配備下位機控制軟件和上位機生物過程檢測軟件(BI0STAR)。
2. 不同槳葉組合對阿維菌素發(fā)酵過程菌體形態(tài)及代謝的影響2. 1發(fā)酵罐與攪拌漿
15L種子罐裝量7. 5L。培養(yǎng)溫度28 'C ，培養(yǎng)時間2天。轉(zhuǎn)速250 r/min。
50L罐發(fā)酵裝量35 L。發(fā)酵罐接種量為10%，培養(yǎng)溫度為28 °C 。
工藝控制前三個小時停攪拌，以利于菌絲體結(jié)球。整個發(fā)酵過程風(fēng)量維持在
50L/min。 3h開攪拌轉(zhuǎn)速400 r/min，之后維持該轉(zhuǎn)速直至發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵過程D0維
持在臨界溶氧20%以上。槳葉組合參數(shù)見表1。表l不同槳葉組合參數(shù)表
批號(Batch No.)
槳葉組合(從上至下)
槳葉直徑(mm)
槳葉之間距離(讓)
ImOl
Im02
Im03
三寬葉軸流槳三寬葉軸流槳6彎葉槳6箭葉槳6箭葉槳6彎葉槳6箭葉槳6箭葉槳6箭葉槳
140—140—120
120—120—120
120—120—120
130
130
130
具體槳葉的形狀和組合可見圖3。2.3 實驗結(jié)果和討論
2. 3. 1攪拌對供氧與剪切的影響
在可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置FUS-50L(A)發(fā)酵罐進行除蟲鏈霉菌(51. s^r則'ti7^)發(fā)酵試驗，由數(shù)據(jù)采集與分析的BIOSTAR軟件包人機界面上得到如圖1所示的發(fā)酵生理代謝參數(shù)趨勢曲線，由圖可看出當(dāng)發(fā)酵開始通過停攪拌降低剪切力時，雖然對絲狀菌生長有利，當(dāng)發(fā)酵罐供氧受影響，表現(xiàn)在15小時OUR停止上升，D0下降，pH出現(xiàn)反常現(xiàn)象(g卩pH下降)，26小時D0跌零，0UR下降，說明由于發(fā)酵罐供氧不足引起菌體生理代謝的嚴重失衡。由此可見，必須精確設(shè)計攪拌槳葉，符合阿維菌素發(fā)酵的剪切與供氧要求。
2.3.2不同槳葉組合的CFD模擬
2.3.2.1剪切力
直接通過流場模擬可以得到流場剪切場的分布情況-r = " (II)
其中r為剪切力(單位Pa)， ^為黏度(單位Pa，S)， ^為剪切應(yīng)變率(單位S.')可通過下式計算得到
<formula>formula see original document page 21</formula>
(III)
其中7是通過計算流體力學(xué)模擬得到的。
己知除蟲鏈霉菌對剪切十分敏感，因此該參數(shù)也是我們所要重點考察的，我們分別考察了三種不同槳葉組合形式下的整個流場的平均剪切力，各組合中每層槳葉附近的剪切力，并模擬出了發(fā)酵罐中軸切面湍流剪切場，以便更直觀地了解罐內(nèi)的剪切分圖4為三種槳葉組合下的罐內(nèi)流場的平均剪切力比較，第一組遠遠低于其他兩組，且第二組剪切力最大。為了進一步研究我們又將各組槳葉中每層槳葉附近的剪切力進行比較，見圖5。第一組和第二組底層彎葉的剪切力幾乎一樣，但由于上面兩層槳葉槳型不同，箭葉剪切力高于三寬，可能是因為三寬葉為軸向流攪拌器，而箭葉為徑向流攪拌器。而且由圖可見，在上、中層都是箭葉的情況下，底層使用箭葉時的剪切力要比采用彎葉作為底層攪拌槳要高。
圖6為三組槳葉的湍動剪切分布圖，可以表征區(qū)域剪切力大小。區(qū)域顏色越接近蘭色則該處剪切越小，顏色越接近紅色則剪切越大。由圖明顯可看出第一組幾乎沒有出現(xiàn)紅色區(qū)域，三層槳葉附件剪切力比較平均。第二組上層兩組箭葉附近剪切很大有紅色區(qū)，底層彎葉附近剪切與第一組近似。第三組三層槳葉附近都出現(xiàn)紅色區(qū)域，局部剪切較大。但由圖可以看出，剪切力大的區(qū)域基本集中在槳葉附近。第二第三組槳葉組合中，罐內(nèi)剪切力都分布不均勻。
2.3.2.2混合狀況
反應(yīng)器中料液的混合狀況也是一個重要考察參數(shù)，圖7為模擬出的不同槳葉組合下發(fā)酵罐中軸切面的速度矢量場。速度矢量就是代表速度大小和方向的一個矢量。箭頭方向代表速度方向，顏色代表速度大小，紅色是速度最大，藍色是速度最小。
由圖7速度矢量場可以反映出料液在不同槳葉組合下的一個混合情況。第一組槳葉兩檔三寬葉使中上層料液有一個徑向流，實現(xiàn)料液上下混合，其混合狀況最優(yōu)。而第二組組合次之，每層槳葉有各自的一個循環(huán)，料液分層，只有層與層間的接觸面才能實現(xiàn)上下料液的混合。第三組中上層混合情況與第二組類似，但是底層箭葉的釆用致使底層槳葉與罐底出現(xiàn)死區(qū)。由此判斷，箭葉不適合做為底層槳葉。槳葉附近料液流速最高。顏色差別大，速度梯度大的區(qū)域，表示剪切力較大。從圖中可以明顯看出槳葉附近色差大，剪切力亦較大。
2. 3. 2. 3氣含率和氧傳質(zhì)系數(shù)Ka
氣含率就是通氣情況下單位體積的發(fā)酵液中所含空氣的百分比。由圖8所示，第二組的氣含率最低。分析可能是由于第一組混合充分，氣體分布均勻，而第三組則可能是由于混合不均，局部氣含率較高。這反映的是整個罐內(nèi)氣體分布的狀況，要進一步研究氣體傳遞問題，就必須再討論氧傳質(zhì)系數(shù)K,a。
將K,a分開計算，即先計算K,和a的值，再求積其中^為局部氣含率(無量綱)可通過模擬得到，《為平均氣泡直徑(單位m)本模擬中取為0. 004m。
圖9為不同槳葉組合條件下平均K,.a和各層槳葉Kia的比較。可見各組平均K,a的趨勢與氣含率一致。這可能也是混合和剪切的雙重影響下導(dǎo)致的。第三組三檔箭葉的KLa均分別高于另外兩組的各層槳葉的K,.a值。而且第三組組合中各層槳葉周圍的Kw與反映器平均K'.a明顯差別較大，也證明了第三種組合中氣體分布和傳遞都存在著不均勻的問題，這與速度矢量場反映出的混合狀況也是相對應(yīng)的。
2.3.1.4 攪拌功率
攪拌軸功率可通過以下公式進行計算
軸功率二Z(槳葉受到的扭矩x攪拌轉(zhuǎn)速) (4_5)
圖10為三種槳葉組合形式在同樣操作條件下的平均消耗功率比較?？梢姷谝环N組合平均消耗功率最低，而第三種最高。而圖ll則為各槳葉組合中，各槳葉的消耗功率。第一組槳葉組合中，三層槳葉的消耗功率都較低。第二組，上面兩層箭葉消耗功率近似，而底層彎葉功率較低。第三組三檔箭葉的組合，底層箭葉的消耗功率高于上面兩層。可見能量利用率最高的是第一組槳葉組合。槳葉差異在其幾何結(jié)構(gòu)上，幾何結(jié)構(gòu)的改變同時將造成流場結(jié)構(gòu)的改變。同時槳葉軸功率與槳葉上的扭矩成正比，對于不同幾何結(jié)構(gòu)的槳葉其受到的扭矩是不同的，所以即使在相同的轉(zhuǎn)速情況下，不同槳葉的功率也會有相差。這在大生產(chǎn)上考慮能耗方面會有實際應(yīng)用意義。
2. 3. 1. 5
CFD模擬小結(jié)
第一組攪拌消耗的功率最低，平均剪切力最小，但氣含率高，平均氧傳遞系數(shù)最大。第二種組合攪拌消耗的功率較高，平均剪切力最大但氣含率少，平均氧傳遞系數(shù)也最低。第三種組合在同樣操作條件下功率消耗最高，且會存在混合的死區(qū)，可見以箭葉形式作為最低層槳不合適。槳葉后方總會有尾渦存在，尤其是徑流槳。同種槳在不同槳葉組合中作用也不一樣。
2. 3. 2不同槳葉組合下菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)以及碳氮代謝分析
2.3.2.1 菌絲形態(tài)分析
圖12為不同槳葉組合下除蟲鏈霉菌發(fā)酵過程中菌絲形態(tài)參數(shù)球核面積，核區(qū)周長，菌絲球面積，圓形因子，菌絲球密度，邊緣菌絲密度的變化趨勢。ImOl和Im02組菌絲形態(tài)尺寸參數(shù)(球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積)的變化趨勢一致球核面積和核區(qū)周長都是維持在某一值(ImOl的球核面積和核區(qū)周長分別維持在6500m2和350m左右；Im02的球核面積和核區(qū)周長分別維持在50001112和325m左右)，到200h左右開始緩慢下降。而該兩組的菌絲球面積則是從10000m2以上下降到一值(分別依次為7000rr^和5500W左右)后維持到200h左右開始下降。這跟除蟲鏈霉菌發(fā)酵過程中菌球變化規(guī)律一致，即發(fā)酵初期為粗糙菌絲球(外圍菌絲多)，而后隨著發(fā)酵的進行越來越光滑。因此發(fā)酵初期菌絲球面積較大。Im03的菌絲形態(tài)尺寸參數(shù)(球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積)的變化趨勢與另外兩組有些不同，其該三項參數(shù)都是先減小之后再
23上升到某一值(球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積分別約為7000m2、 380m和7500 m2)維持一段時間(50h到120h左右)后下降，到230h后有一個小幅度的回升。
三組數(shù)據(jù)的圓形因子變化趨勢一致，都是緩慢下降的，可見菌球在發(fā)酵過程中有個趨于圓的傾向，但是最后為1.3左右仍為橢球狀。菌絲球密度同樣趨勢基本一致，為增大到某一值后維持穩(wěn)定，這是由于發(fā)酵初期菌球一般比較松散。而整個發(fā)酵過程中外圍菌絲密度波動較大。
將三組數(shù)據(jù)分段進行比較50h到200h之間，三組實驗的菌絲形態(tài)尺寸參數(shù)(球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積)都較穩(wěn)定的時候，我們發(fā)現(xiàn)Im02組的菌球最小(三項參數(shù)都最小)，與該組平均剪切力最大(如圖4)相對應(yīng)；但150h之前Im03菌球又大于其他兩組，但該組的平均剪切力是介于另兩組之間的，參照此時Im03的菌球密度較小來看可能由于混合死角的存在，使局部營養(yǎng)物質(zhì)傳遞受阻，菌球較松散所致。如圖9所示Im03組各層槳葉的K,a差別也較大。后期可能由于生長不如前期旺盛菌球主要受剪切影響，菌球變小與Im02組接近。外圍菌絲密度在50h到150h之間，三組實驗數(shù)據(jù)也有明顯的差別。ImOl組明顯高于另兩組，外圍菌絲密度越大外圍菌絲越緊密，這可能由于該組平均剪切力最小，外圍菌絲生長旺盛絞聯(lián)緊密所致，后期可能由于菌絲生長緩慢，外圍菌絲漸漸松散。230h后只有Im03組的球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積有明顯的小幅度回升，這可能與菌體自溶有關(guān)。
剪切力最大的組其菌球尺寸最小，這可能是由于攪拌的兩個物理效應(yīng)，即削去菌球外圍的菌膜，減小粒徑，以及菌球破碎?；旌喜痪鸬膫髻|(zhì)受阻也會引起菌絲形態(tài)的變化，會使菌球比較松散。外圍菌絲在發(fā)酵前期的生長也會受到剪切力的影響，較小的剪切力利于外圍菌絲的生長。
2. 3. 2. 2 碳氮代謝分析
圖13顯示了三種槳葉組合形式下除蟲鏈霉菌發(fā)酵過程中總糖，還原糖，氨氮消耗，pH， PMV及其效價的變化趨勢。
如圖所示，ImOl糖的消耗比其他兩組快，可能是因為剪切力小氣含率高，菌球生長較好。三組槳葉組合下發(fā)酵過程中的還原糖，氨氮，pH變化趨勢基本一致。整個發(fā)酵過程中的PMV基本上是Im02組的值最小，這與該組在整個發(fā)酵過程中菌球都最小相對應(yīng)；而Im03組的PMV最大，前期是由于其菌球較大，后期則可以證明是由于受到剪切力的作用被破碎成較小而緊密的菌球。而Im03組PMV在250h后的下降是菌體自溶又一表象。從效價看，ImOl明顯優(yōu)于其他兩組，該槳葉組合剪切力最小，菌球尺寸維持一定值的時間最長，這跟前面研究的結(jié)論一致，即菌球尺寸維持一定值而非持續(xù)下降對菌體產(chǎn)素有利。250h時將Im02和Im03的效價做比較，im03已經(jīng)沒有長勢，最后一天可能是由于菌體自溶，胞內(nèi)物質(zhì)釋放，才使效價上升幅度較大，可見前期菌球尺寸過大并不利于阿維菌素合成，也有可能維持其合成還與菌球密實與否有關(guān)。
2.4小結(jié)
我們使用50L發(fā)酵罐設(shè)計了三種槳葉組合進行實驗(從上到下)三寬一三寬一六彎葉、六箭葉一六箭葉一六彎葉以及六箭葉一六箭葉一六箭葉。發(fā)酵過程中采用同樣的工藝條件，以排除由于發(fā)酵條件不同帶來的影響。經(jīng)過CFD模擬以及碳氮和菌絲形態(tài)分析我們得到如下結(jié)論
(1) 三寬一 三寬一六彎葉的組合消耗的攪拌功率最低，平均剪切力最小，氣含率高，平均氧傳遞系數(shù)最大，混合狀況最優(yōu)，既有軸向循環(huán)又有徑向循環(huán)。六箭葉一六箭葉一六彎葉的組合消耗攪拌功率高，平均剪切力大但氣含率少，平均氧傳遞系數(shù)也最低。六箭葉一六箭葉一六箭葉的組合底層槳葉和罐底之間存在混合的死區(qū)，表明以箭葉作為最低層槳不合適，同樣操作條件下功率消耗最高。同種槳在不同槳組合情況下作用也不一樣。
(2) 剪切力最大的組其菌球尺寸最小，即球核面積，核區(qū)周長和菌絲球面積這三項參數(shù)值都小于其他兩組?；旌喜痪鸬膫髻|(zhì)受阻也會引起菌絲形態(tài)的變化，會使菌球比較松散。外圍菌絲在發(fā)酵前期的生長也會受到剪切力的影響，較小的剪切力利于外圍菌絲的生長。
(3) 三寬一三寬一六彎葉的組合最后效價明顯優(yōu)于其他兩組，該槳葉組合剪切力最小，菌球尺寸維持一定值的時間最長，這跟前面研究的結(jié)論一致，即菌球尺寸維持一定值而非持續(xù)下降對菌體產(chǎn)素有利。但六箭葉一六箭葉一六箭葉組合在前期菌球較大，后期較另外兩組自溶早，可見前期菌球尺寸過大并不利于后期阿維菌素合成。
實施例2:
如圖14所示，本發(fā)明的自控生物反應(yīng)器裝置包括帶有攪拌器(104)的生物反應(yīng)器罐體(IOO)，該裝置由帶電機和攪拌器(104)的發(fā)酵罐體、具有多參數(shù)檢測及控制的儀器儀表和傳感裝置的傳感系統(tǒng)、帶安裝支架和工藝管道系統(tǒng)以及帶有工控機及執(zhí)行元器件的電氣控制柜組成，其中所述的傳感系統(tǒng)包括溫度傳感器(l)， pH傳感器(2)，溶解氧傳感器(3)，全罐秤量傳感器(4)，尾氣C02接口(5)，尾氣02接口(6)，測速傳感器(7)，壓力傳感器(8)，消泡傳感器(9)，活細胞量傳感器(10);所述的參數(shù)是指溫度，攪拌轉(zhuǎn)速，通氣流量，罐壓，消泡，pH，溶解氧濃度，發(fā)酵液真實體積及重量，補料量包括基質(zhì)、前體、油、酸堿物，尾氣(:02和02。
所述的帶安裝支架的工藝管道系統(tǒng)包括料瓶(24)等。
所述的帶有工控機及執(zhí)行元器件的電氣控制柜包括高精度蠕動泵(13);基質(zhì)補料
電子秤(14);前體或油電子秤(15);酸堿物電子秤(16);循環(huán)泵(17);電磁閥(18);數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(19);生理代謝特征參數(shù)計算裝置(20);下位機(21);上位機(22);調(diào)制
解調(diào)器(23);稀土電機(25),通氣流量傳感器(26)。
所述的帶有工控機及執(zhí)行元器控制柜中的計算機軟件可以根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和操作的需求以及工藝優(yōu)化的要求，進行在線參數(shù)采集、離線參數(shù)計算、參數(shù)數(shù)據(jù)記錄以及部分參數(shù)的在線控制，通過局域網(wǎng)同步向上位機傳送所有參數(shù)的數(shù)據(jù)，選用組態(tài)
語言和C語言對上位機和下位機分別進行編程設(shè)計，并且在數(shù)據(jù)記錄時使用了簡單冗余技術(shù)。
25在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單 獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技 術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求 書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1、一種對使用生物反應(yīng)器裝置的發(fā)酵過程進行優(yōu)化的方法，其特征在于，所述方法包括步驟(a)采用流體力學(xué)計算(CFD)方法，模擬測定在所述發(fā)酵過程中所用的生物反應(yīng)器裝置中的流場；(b)確定所述流場對應(yīng)的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合；(c)參照預(yù)定值的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合，校驗或修正生物反應(yīng)器裝置的流場，從而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反應(yīng)器裝置選自絲狀微生 物發(fā)酵裝置；優(yōu)選地，選自制備阿維菌素的絲狀微生物發(fā)酵裝置。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)采用流體力學(xué)計算(CFD)方法 的模擬測定過程中，采用奈維-斯托克斯方程(ns方程)進行模擬測定，且所述湍流模型為<formula>formula see original document page 2</formula>(I);其中，所述0、 t、 r、 〃、 K、《、/f、八s" r分別代表 0為通用求解變量，t為時間(s) ， r， e, z分別為柱坐標(biāo)系下的三個坐標(biāo)，仄k、 r為速度矢量在笛卡爾坐標(biāo)系下的三個分量，s-是相對于變量0的源項，r為相對于變量^的有效湍流交換系數(shù)； 和/或采用的流體力學(xué)計算方法為多參考坐標(biāo)內(nèi)外迭代滑移網(wǎng)格法，其計算公式根據(jù)下式(n)<formula>formula see original document page 2</formula>其中r為剪切力，單位Pa， ^為黏度，單位Pa's，Z為剪切應(yīng)變率，單位S:可通過下式(ni)計算得到<formula>formula see original document page 3</formula>其中，x、 y、 z分別為直角坐標(biāo)系中三個方向的坐標(biāo)，u、 v、 w則分別為三個方 向上的速度分量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗 參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時，所述傳氣參數(shù)選自氣含率、氧傳質(zhì)系數(shù)KLa或其組合； 其中，所述氣含率的含義是通氣情況下單位體積的反應(yīng)液中所含空氣的體積百分比； 所述氧傳質(zhì)系數(shù)K'.a為K,和a的值的求積， 所述K,通過如下式(IV)計算得到；<formula>formula see original document page 3</formula>其中D,為氧氣在水中的擴散系數(shù)， e為湍動能擴散速率，單位為W/kg， P為水的密度，單位kg/m3; ^為水的黏度，單位Pa's， 所述a通過下式(V)計算得到<formula>formula see original document page 3</formula>其中^為局部氣含率，無量綱，^為平均氣泡直徑，單位m。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時，所述能耗參數(shù)選自攪拌軸的軸功率，所述攪拌軸的軸功率通過如下式(VI)計算得到軸功率二Z(槳葉受到的扭矩x攪拌轉(zhuǎn)速) (VI)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)確定所述傳氣參數(shù)、能耗參 數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合時，所述生理代謝參數(shù)選自菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)、碳氮代謝參數(shù)或其組合；優(yōu)選地，所述菌絲形態(tài)學(xué)參數(shù)包括球核面積、核區(qū)周長、菌絲球面積、掩圖面積、圓形因子、菌絲球密度、邊緣菌絲密度或其組合；優(yōu)選地，所述碳氮代謝參數(shù)包括總糖、還原糖、氨氮消耗、pH、發(fā)酵液中菌體離心體積百分比(PMV)、效價或其組合。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟(C)確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器 裝置時，包括以下歩驟(i)或步驟(ii)中的一種或多種(i) 將測定的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合與預(yù)定值的傳氣參數(shù)、 能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進行比較，選出與所述預(yù)定值最為接近的生物反應(yīng) 器裝置；確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置；或者(ii) 對多個生物反應(yīng)器裝置的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進 行比較，確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置；(iii) 將測定的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合與預(yù)定值的傳氣參 數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合進行比較，用于校驗或修正有關(guān)裝置設(shè)計，從 而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置和相應(yīng)的工藝。
8. —種可進行過程優(yōu)化和數(shù)據(jù)放大的自控生物反應(yīng)器裝置，所述自控生物反應(yīng) 器裝置包括帶有攪拌器(104)的生物反應(yīng)器罐體(100)，以及對所述生物反應(yīng)器的工藝 控制參數(shù)進行檢測及控制的儀器儀表，其特征在于，所述罐體(100)上設(shè)置-用于獲得工藝控制參數(shù)的傳感裝置單元(101)，所述傳感裝置單元(101)包括設(shè)置在 所述罐體(100)上的溶解氧傳感器(3)、活細胞量傳感器(10);-與所述傳感裝置單元(101)連接的生理代謝參數(shù)計算裝置(20)，所述生理代謝參數(shù) 計算裝置(20)將所述傳感裝置單元(101)獲得的工藝控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為作為數(shù)據(jù)放大基礎(chǔ)的 生理代謝參數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的傳感單元(101)還包括溫度傳 感器(l)， pH傳感器(2)，全罐秤量傳感器(4)，尾氣C02接口(5)，尾氣02接口(6)，測速傳感器(7)，壓力傳感器(8)，消泡傳感器(9)或其組合。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述罐體(100)的體積容量在50L 500M'之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種阿維菌素發(fā)酵過程優(yōu)化與放大的方法與裝置。所述方法包括步驟(a)采用流體力學(xué)計算(CFD)方法，模擬測定在所述發(fā)酵過程中所用的生物反應(yīng)器裝置中的流場；(b)確定所述流場對應(yīng)的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合；(c)參照預(yù)定值的傳氣參數(shù)、能耗參數(shù)、生理代謝參數(shù)或其組合，校驗或修正生物反應(yīng)器裝置的流場，從而確定優(yōu)化的生物反應(yīng)器裝置。
文檔編號C12M1/02GK101671712SQ200810042760
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者炬 儲, 夏建業(yè), 巫延斌, 莊英萍, 張嗣良, 杭海峰, 王永紅, 凝 陳, 黃明志 申請人:華東理工大學(xué)