Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu động lực học chất lỏng theo thời gian thực và phản ứng sinh lý cho quá trình lên men erythromycin từ bể lên men 50 L đến 132 m3
Tóm tắt
Phản ứng sinh lý của quá trình lên men erythromycin khi quy mô từ 50 L đến 132 m3 đã được nghiên cứu. Tỷ lệ hấp thụ oxy (OUR) tương đối cao trong giai đoạn đầu của quá trình lên men có lợi cho sự tổng hợp erythromycin. Tương ứng, hệ số nhất quán cực đại (K) phản ánh tính chất chất lỏng không Newton trong bể lên men 50 L và 132 m3 cũng xuất hiện ở cùng một giai đoạn. Động lực học chất lỏng trong các bể lên men có quy mô khác nhau đã được nghiên cứu thêm thông qua mô hình động lực học chất lỏng tính toán theo thời gian thực. Kết quả mô phỏng cho thấy sự kết hợp của cánh khuấy trong bể lên men 50 L có thể cung cấp môi trường trường dòng chảy khiêm tốn hơn so với bể lên men 132 m3. Sự giảm tỷ lệ truyền oxy (OTR) trong bể lên men 132 m3 là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm quá trình trao đổi chất sinh lý của tế bào và tổng hợp erythromycin. Những kết quả này hữu ích cho việc hiểu mối quan hệ giữa môi trường thủy động lực học và phản ứng sinh lý của tế bào trong bể phản ứng trong quá trình mở rộng quy mô của quá trình lên men.
Từ khóa
#erythromycin #fermentation #scale-up #oxygen uptake rate #fluid dynamicsTài liệu tham khảo
Wang Y, Chu J, Zhuang Y, Wang Y, Xia J, Zhang SL (2009) Industrial bioprocess control and optimization in the context of systems biotechnology. Biotechnol Adv 27:989–995
Singh H, Hutmacher DW (2009) Bioreactor studies and computational fluid dynamics. Adv Biochem Eng Biotechnol 113:1–19
Um BH, Hanley TR (2008) A CFD model for predicting the flow patterns of viscous fluids in a bioreactor under various operating conditions. Korean J Chem Eng 25:1094–1102
Kerdouss F, Bannari A, Proulx P, Bannari R, Skrga M, Labrecque Y (2008) Two-phase mass transfer coefficient prediction in stirred vessel with a CFD model. Comput Chem Eng 32:1943–1955
Garcia-Ochoa F, Gomez E (2009) Bioreactor scale-up and oxygen transfer rate in microbial processes: an overview. Biotechnol Adv 27:153–176
Zou X, Hang HF, Chu J, Zhuang YP, Zhang SL (2009) Enhancement of erythromycin A production with feeding available nitrogen sources in erythromycin biosynthesis phase. Bioresour Technol 100:3358–3365
Zou X, Hang HF, Chen CF, Chu J, Zhuang YP, Zhang SL (2008) Application of oxygen uptake rate and response surface methodology for erythromycin production by Saccharopolyspora erythraea. J Ind Microbiol Biot 35:1637–1642
Nienow AW (1990) Gas dispersion performance in fermenter operation. Chem Eng Prog 85:61–71
Wu BX, Chen SL (2008) CFD simulation of non-Newtonian fluid flow in anaerobic digesters. Biotechnol Bioeng 99:700–711
Davidson KM, Sushil S, Eggleton CD, Marten MR (2003) Using computational fluid dynamics software to estimate circulation time distributions in bioreactors. Biotechnol Progr 19:1480–1486
Xia JY, Wang YH, Zhang SL, Chen N, Zhuang YP, Chu J (2009) Fluid dynamics investigation of variant impeller combinations by simulation and fermentation experiment. Biochem Eng J 43:252–260
Kawase Y, Moo-Young M (1988) Volumetric mass transfer coefficients in aerated stirred tank reactors with Newtonian and non-Newtonian media. Chem Eng Res Des 66:284–288
Garcia-Ochoa FF, Gomez E (2004) Theoretical prediction of gas-liquid mass transfer coefficient, specific area and hold-up in sparged stirred tanks. Chem Eng Sci 59:2489–2501
Garcia-Ochoa FF, Gomez E (2005) Prediction of gas-liquid mass transfer coefficient in sparged stirred tank bioreactors. Biotechonl Bioeng 92:761–772
Wang TF, Wang JF (2007) Numerical simulations of gas-liquid mass transfer in bubble columns with a CFD-PBM coupled method. Chem Eng Sci 62:7107–7118
Jüsten P, Paul GC, Nienow AW, Thomas CR (1996) Dependence of mycelial morphology on impeller type and agitation intensity. Biotechnol Bioeng 52:672–684
Amanullah A, Jüsten P, Davies A, Paul GC, Nienow AW, Thomas CR (2000) Agitation induced mycelial fragmentation of Aspergillus oryzae and Penicillium chrysogenum. Biochem Eng J 5:109–114
Van Suijdam JC, Metz B (1981) Influence of engineering variables upon the morphology of filamentous molds. Biotechnol Bioeng 23:111–148
Taghavi M, Zadghaffari R, Moghaddas J, Moghaddas Y (2011) Experimental and CFD investigation of power consumption in a dual Rushton turbine stirred tank. Chem Eng Res Des 89:280–290
Schilling BM, Pfefferle W, Bachmann B, Leuchtenberger W, Deckwer WD (1999) A special reactor design for investigations of mixing time effects in a scaled-down industrial l-lysine fed-batch fermentation process. Biotechnol Bioeng 64:599–606
Zou X, Hang HF, Chu J, Zhuang YP, Zhang SL (2009) Oxygen uptake rate optimization with nitrogen regulation for erythromycin production and scale-up from 50 L to 372 m(3) scale. Bioresour Technol 100:1406–1412
Martin M, Montes JF, Galan MA (2008) Bubbing process in stirred tank reactors II: agitator effect on the mass transfer rates. Chem Eng Sci 63:3223–3234
Bhole MR, Joshi J, Ramkrishna D (2008) CFD simulation of bubble columns incorporating population balance modeling. Chem Eng Sci 63:2267–2282
Delvigne F, Destain J, Thonart P (2005) Bioreactor hydrodynamic effect on Escherichia coli physiology: experimental results and stochastic simulations. Bioprocess Biosyst Eng 28:131–137
Hortsch R, Weuster-Botz D (2010) Power consumption and maximum energy dissipation in a milliliter-scale bioreactor. Biotechnol Progr 26:595–599
Martin M, Montes JF, Galan MA (2009) Physical explanation of the empirical coefficients of gas–liquid mass transfer equations. Chem Eng Sci 64:410–425
Moucha T, Linek V, Erokhin K, Reji JF, Fujasova M (2009) Improved power and mass transfer correlations for design and scale-up of multi-impeller gas–liquid contactors. Chem Eng Sci 64:598–604