於亞適量生物素下葡萄糖濃度控制之麩酸饋料批次發酵生產.docVIP

陳文章 趙俊凱等 於亞適量生物素下葡萄糖濃度控制之麩酸饋料批次發酵生產 第七屆生化工程研討會論文集 於亞適量生物素下葡萄糖濃度控制之 麩酸饋料批次發酵生產 陳文章* 趙俊凱 賴聖豐 林世邦 國立雲林科技大學化工系 Fed-batch Fermentations of Glutamate by Glucose Concentration Control under the Suboptimal Biotin Concentration Wen-Chang Chen, Chun-Kai Chao, Sheng-Feng Lai, Shin-Pang Lin Department of Chemical Engineering, National Yunlin Science Technology University 摘 要 Brevibacterium sp. 為一株新篩選得具生物素 (biotin) 營養要求性、高麩酸生產收率之短桿菌，且其麩酸發酵周期甚短。為期奠立較高產率之麩酸發酵生產製程，本研究利用時間比例開關演算法，並配合線上取樣之葡萄糖分析儀，建構一個具自調性之葡萄糖控制器，並成功的應用於七公升發酵槽中之亞適量生活素下饋料批式之麩酸生產。當初糖為 40 g/l，糖濃度控制在 15 g/l 時，最後之麩酸對糖收率可達 42.3 %。 關鍵詞：短桿菌；麩酸發酵；亞適量生物素 ______________________________________________________ 陳文章 國立雲林科技大學化學工程系教授 Tel: (05)534-2601轉4621 E-mail: chenwc @pine.yuntech.edu.tw ABSTRACT Brevibacterium sp., an auxotroph for biotin, was a newly isolated glutamate producer with a higher yield to sugar and with a shorter fermentation cycle. To increase gluta-mate productivity by Brevibacterium sp., this study construct an adaptive glucose con-troller by utilizing the time proportional control algorithm with an on-line glucose analyzer. The results show that in a 7-L fermentor, the yield of glutamate to sugar could be increased up to 42.3 % when the initial glucose concentration was 40 g/l. and the glucose concentration was controlled at 15 g/l during the fermentation. Keyword：Brevibacterium sp.; Glutamate fermentation; Suboptimal biotin content 前言 麩酸 (Glutamate) 之世界年產量已超過 600,000噸 [1]，一般可應用於食品添加、調味劑以及作為製藥之前驅物。其生產方式，早期是利用化學合成法生產，後來則改採以維生物進行發酵生產，而各種碳源，如：葡萄糖、醋酸、甲醇、乙醇等，皆可作為發酵法生產麩酸之基質 [2]。麩酸生產菌在合適之條件下，能轉換約 50 % 的糖質原料為麩酸；不適當之發酵條件下，則幾無麩酸生成，並生成大量菌體或蓄積多量乳酸、琥珀酸等副產物。通常影響菌體生長與麩酸生產之重要因素有：溫度、pH值、糖濃度、生物素濃度、NH4+ 濃度、溶氧濃度或溶氧傳遞速率 [3-6] 等。 葡萄糖為麩酸生產菌培養常用之碳源，其濃度過高或不足，不僅影響細胞之生長，亦會使細胞內之生合成酵素系統發生變化，從而影響麩酸之生產 [7]；如欲改善麩酸之發酵製程、提高產率，培養過程中葡萄糖濃度的最適控制是相當重要的。 本研究中擬建構之自動化線上基質濃度之監測系統主要包含：(1)為無菌之薄膜掃流過濾裝置。(2)為自動化線上取樣之分析儀。(3)為控制演算法與致動器。由於一般微生物發酵系統具時變性與高度非線性，且前述分析儀之線上取樣屬間歇式量測方式，乃採用時間比例開關式演算法[8]進行糖質濃度之控制。此控制器之運用，僅需適當調節饋料基質溶液之濃度及週期時間，且培養過程中，泵開、關時間的長短，亦可隨所產