文 献 综 述

一、 选题背景

1.1 发酵工艺和过程控制的认识

随着现代科学技术的不断发展，发酵控制技术应用愈加成熟，迄今为止，发酵技术在食品、医药、农业、化工等方面均有广泛的应用，市场潜能巨大，对未来生物技术产业化发展起着巨大推动的作用。^[1]为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种选育或基因工程构建，往往忽视了发酵过程中的工艺优化和过程控制优化，以及生物反应器在发酵过程中的改进问题。通常在得到某个高产菌株后，发酵过程的逐级放大与条件优化基本上是以最佳工艺控制点为依据，采用人工经验为主的静态操作，在方法上基本以正交试验为基础。^[2]发酵过程优化与放大始终是生物发酵工程中一个复杂问题的二个侧面，人们从不同的角度对其进行研究。本设计拟在实验室的实验成果和发酵工程理论的基础上，以酸性磷酸酶基因工程构建菌为对象，对发酵控制工艺进行进一步的研究，从而推动生物反应器培养技术的发展。^[3]

发酵控制技术的建立需要大量的基因工程菌来生产酸性磷酸酶。基因工程菌的建立是为了获得大量的外源基因产物，例如生产大量高密度的酸性磷酸酶，它的发酵工艺和传统的发酵工艺有着很大的不同。实现培养技术快速发展的主要装置是微小型生物反应器，新一代培养技术的核心包括高密度培养、高产量工艺研发、模块化及柔性化生产、一次性技术等。^[4]

发酵控制工艺在医疗、食品、生物等方面应用广泛，需求量比较大，利润值高。并且微生物的优势在于它的繁殖能力强、效率高，尤其是原核生物。但是酸性磷酸酶来自于植物界、绿豆芽、哺乳细胞中，从其中提取量较少，市场价格贵。所以我们需要找到一个功能菌，通过对其代谢途径的调控，使得构建菌最大化地生产酸性磷酸酶。

1.2 发酵过程工艺参数在工艺当中的重要性

1.2.1 溶氧对发酵的影响

溶氧是需氧发酵控制的最重要参数之一。氧在水中的溶解度很小，所以需要不断通气和搅拌，才能满足溶氧的需求。溶氧的大小对菌体生长和产物的性质以及产量都会产生不同的影响。但是需氧发酵不是越大越好。溶氧高的虽然有利于菌体生长和产物合成，溶氧太大有时抑制产物的形成，因为，为了避免发酵处于限氧条件下，需要考察每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度，并使发酵过程保持在最适浓度。在发酵过程中，在已有设备和正常发酵条件下，每种产物发酵的溶氧浓度变化都有自己的规律。但是有时出现溶氧浓度明显降低或者明显升高的异常变化。常见的是溶氧下降。造成异常变化的原因有两方面：好氧或者供氧出现了异常因素或者发生了障碍。^[7]

1.2.2 pH对发酵的影响