表4-1-2我国与日本发酵法赖氨酸生产(商业规模)技术指标对照 生产技术指标 日本 我国 产酸水平/% 4.5~6.5 转化率/% 提取率/% 86~95 工厂最大规模/万吨年11.5 0.3 生产成本比值 电耗/ kwh.t-I 1600~22009117 我国学者对赖氨酸的研究长期以来都把工作重点放在高产菌株的选育上,有关如何对发 酵过程进行优化与控制的研究较少。实际生产中所需的一些培养控制条件、技术指标往往在 摇瓶条件下获得,这种低水平的研究方法客观上制约了菌种潜力的进一步发挥。不仅如此 由于在摇瓶条件下无法对目的微生物生理生化特性、营养供给及操作、发酵设备三者之间建 立起有机的联系,当反应器规模发生变化时发酵结果常常不能重复。而这一点正是国内发酵 法生产赖氨酸从60年代中期开始研究至今,多次出现随生产规模扩大(从摇瓶到中试至大生 产)过程中发酵水平降低的根本原因所在。 实现发酵过程的最优化,使菌种的潜力充分发挥,是发酵技术的一个最高境界。国外有 关发酵过程最优化的研究非常活跃,这在我国还几乎是一个空白,不能不说是一个遗憾。在 赖氨酸发酵的最优化硏究方面,虽然1973年就有了关于流加发酵最优化的硏究报道,1985 年Lim等进一步完善了最优化理论,并针对赖氨酸发酵进行了讨论,但所有这些研究所讨 论的问题仅仅是最优控制的数学求解,而对赖氨酸发酵过程的动力学解析相对缺乏,由此所 得出的控制方法的适用性值得怀疑。发酵过程的最优化的研究。必须从微生物反应过程的定 量解析入手,由于其中所涉及的理论问题非常广泛,从文献资料报道来看,目前真正针对某 具体发酵产品进行过程控制最优化的研究,并成功用于指导实践的报道几乎没有 考虑到国内赖氨酸的髙产菌株多集中于黄色短杄菌,我们选用黄色短杆菌作为研究菌 株,在小型反应器上对黄色短杄菌发酵生产赖氨酸的过程进行定量的解析,以实现流加发酵 的最优化为目的展开研究,具体分为以下几部分: 在所提供出发菌株的基础上,通过常规诱变获得一株赖氨酸产生菌FB42,并在摇瓶 条件下对可能影响起代谢的环境因子进行了考察,对发酵条件进行了优化。 (2)以连续培养作为研究手段,考察了微生物的菌体生长、产物形成及基质消耗特性。 通过对代谢途径进行定量的质、能衡算,得出了赖氨酸的理论转化率。进一步比较理论转化 率和FB42真实转化率之间的差异,对FB42的代谢流进行分析,据此得出对工艺研究有指 导的一些理论依据 (3)在小型反应器中对影响赖氨酸形成的一些重要环境因子进行定量的考察,找出目的 微生物的生理生化特性、营养源供给与反应器特性之间的内在联系,得出最适的操作条件。 在此基础上进一步对发酵过程的动力学进行研究,建立出合理的动力学模型,为流加发酵的 最优化研究打下基础 (4)在动力学研究的基础上对发酵进行最优化操作。包括:状态方程的建立、目标泛函 的确定、最优化流加方式的求解。并通过实验对最优化操作进行检验,达到理论和实践的统4 表 4-1-2 我国与日本发酵法赖氨酸生产(商业规模)技术指标对照 生产技术指标 日本 我国 产酸水平 / % 10 4.5~6.5 转化率 / % 50 35 提取率 / % 86~95 71~90 工厂最大规模 / 万吨年-1 1.5 0.3 生产成本比值 1 2 电耗 / kwht -1 1600~2200 9117 我国学者对赖氨酸的研究长期以来都把工作重点放在高产菌株的选育上，有关如何对发 酵过程进行优化与控制的研究较少。实际生产中所需的一些培养控制条件、技术指标往往在 摇瓶条件下获得，这种低水平的研究方法客观上制约了菌种潜力的进一步发挥。不仅如此， 由于在摇瓶条件下无法对目的微生物生理生化特性、营养供给及操作、发酵设备三者之间建 立起有机的联系，当反应器规模发生变化时发酵结果常常不能重复。而这一点正是国内发酵 法生产赖氨酸从 60 年代中期开始研究至今，多次出现随生产规模扩大(从摇瓶到中试至大生 产)过程中发酵水平降低的根本原因所在。 实现发酵过程的最优化，使菌种的潜力充分发挥，是发酵技术的一个最高境界。国外有 关发酵过程最优化的研究非常活跃，这在我国还几乎是一个空白，不能不说是一个遗憾。在 赖氨酸发酵的最优化研究方面，虽然 1973 年就有了关于流加发酵最优化的研究报道，1985 年 Lim 等进一步完善了最优化理论，并针对赖氨酸发酵进行了讨论，但所有这些研究所讨 论的问题仅仅是最优控制的数学求解，而对赖氨酸发酵过程的动力学解析相对缺乏，由此所 得出的控制方法的适用性值得怀疑。发酵过程的最优化的研究。必须从微生物反应过程的定 量解析入手，由于其中所涉及的理论问题非常广泛，从文献资料报道来看，目前真正针对某 一具体发酵产品进行过程控制最优化的研究，并成功用于指导实践的报道几乎没有。 考虑到国内赖氨酸的高产菌株多集中于黄色短杆菌，我们选用黄色短杆菌作为研究菌 株，在小型反应器上对黄色短杆菌发酵生产赖氨酸的过程进行定量的解析，以实现流加发酵 的最优化为目的展开研究，具体分为以下几部分： (1)在所提供出发菌株的基础上，通过常规诱变获得一株赖氨酸产生菌 FB42，并在摇瓶 条件下对可能影响起代谢的环境因子进行了考察，对发酵条件进行了优化。 (2)以连续培养作为研究手段，考察了微生物的菌体生长、产物形成及基质消耗特性。 通过对代谢途径进行定量的质、能衡算，得出了赖氨酸的理论转化率。进一步比较理论转化 率和 FB42 真实转化率之间的差异，对 FB42 的代谢流进行分析，据此得出对工艺研究有指 导的一些理论依据。 (3)在小型反应器中对影响赖氨酸形成的一些重要环境因子进行定量的考察，找出目的 微生物的生理生化特性、营养源供给与反应器特性之间的内在联系，得出最适的操作条件。 在此基础上进一步对发酵过程的动力学进行研究，建立出合理的动力学模型，为流加发酵的 最优化研究打下基础。 (4)在动力学研究的基础上对发酵进行最优化操作。包括：状态方程的建立、目标泛函 的确定、最优化流加方式的求解。并通过实验对最优化操作进行检验，达到理论和实践的统 一