[发明专利]一种实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法

说明书

本发明涉及一种实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法，利用近红外光谱检测分析与代谢流分析相结合的方法，建立近红外分析模型、细胞代谢流分析模型，从而达到仅通过近红外分析仪对发酵液的扫描即可反应出当前细胞代谢状态的目的；然后将该模型与发酵控制模型相关联，实现对发酵过程中细胞代谢状态的实时监控与调整。

技术领域

本发明涉及发酵工程及代谢工程领域，尤其是一种实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法。

背景技术

在各种氨基酸的发酵生产中，及时的获取发酵过程中底物、产物以及副产物的信息，有针对性的调整发酵控制参数，对细胞的正常生长和目的产物的高效积累具有重要的意义。代谢流分析(Metabolic flux analysis)是通过建立细胞内生化反应的化学计量模型和线性优化，预测细胞内代谢流量分布的技术。利用代谢流分析技术可获得大量的细胞内部代谢信息，更好的指导发酵过程。对于产氨基酸微生物进行代谢流分析，需要对发酵液中的多种物质(氨基酸、有机酸、还原糖等)进行检测，通常的方法包括液相色谱、气相色谱以及生物传感分析仪等，但由于不同物质性质不同，无法用单一方法对所有物质进行同时测定。同时，传统分析检测方法存在分析周期长，测试方法繁琐，需要多种仪器结合，且获得的信息量有限等缺点，不易对发酵过程进行实时监控和代谢流分析，容易导致发酵不稳定甚至发酵失败。因此，建立一种快速、准确、多组分同时分析发酵过程中各物质变化的方法，实现微生物细胞氨基酸代谢流的实时测定，对于氨基酸的发酵生产具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种低成本的实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法，利用近红外光谱检测分析技术与代谢流分析调控技术结合快速检测并反映出细胞代谢状态，根据检测结果对发酵过程做出即时调整，具体步骤如下：

(1)针对某种谷氨酸棒杆菌的发酵，在不同发酵条件下，进行多批次的发酵，在每一批发酵过程中按照周期密集地对发酵液样品进行采集；

(2)利用分析设备对样品中的底物和代谢产物含量进行精确测定，并以此数据为基础，建立近红外分析模型和细胞代谢流分析模型，将近红外分析模型和细胞代谢流分析模型分别与发酵控制设备偶联，用来对发酵过程进行控制和调整；

(3)对模型的预测能力进行检验，包括模型的灵敏度、准确度、及对于异常状态的预警能力；

(4)将近红外分析模型、细胞代谢流分析模型与发酵控制设备相关联，实现对发酵过程中细胞代谢状态的实时监控与调整。

优选的，上述实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法，所述步骤(1)中周期为每30min一周期。

优选的，上述实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法，所述步骤(2)中分析设备为近红外分析仪、高效液相色谱仪。

优选的，上述实时监测谷氨酸棒杆菌发酵过程的方法，所述步骤(3)中近红外分析模型的建立步骤如下：

(1)样品的采集：在谷氨酸棒杆菌发酵生产过程中，从发酵开始时，用10mL EP管收集发酵液样品，收集时间间隔为20-30min；将收集好的样品存放于-80℃保存，用于扫描近红外光谱以及测定发酵液中各代谢产物浓度；

(2)近红外光谱扫描：在2mm比色杯中加入1mL发酵液样品，在25℃左右室温下，波长范围833-2500nm处，利用Tensor 37近红外扫描仪对发酵液样品进行扫描，对发酵液样品的近红外光谱进行采集(在扫描过程中，以去离子水作为扫描背景，扫描次数为32次)；

(3)近红外光谱前处理：对采集得到的发酵液样品近红外光谱进行预处理，利用OPUS 7.0软件进行分析预处理，除去噪音等外部条件对光谱的影响；