张嗣同 发酵工程第九章：发酵过程优化与放大概论(精品课程)6-5

以发酵过程多尺度为核心内容的发酵罐设计与操作条件研究华东理工大学，国家生化工程技术研究中心（上海）上海国强生化工程装备有限公司1、发酵过程多尺度理论及过程优化与放大为了实现微生物发酵过程优化，往往从各自研究的技术背景出发，以单一尺度去理解和分析过程特点，长期来把注意力放在菌种的筛选或基因工程菌的构建上，忽视工程问题所引起的优化问题。

此外，由于发酵过程特征数据采集的困难和过程酶学研究的困难，发酵工艺开发研究时只能采用最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，缺乏代谢流变化的实时分析。

所依据的基本思想和方法都是采用传统的生物学方法或化学工程的宏观动力学的调控方法，这对活体细胞的发酵调控来说存在很多问题，因此长期来有关发酵过程优化与放大，国内外都没有很好解决。

以华东理工大学张嗣良教授为首的国家生化工程技术研究中心（上海）提出了以活细胞为主体的细胞大规模培养的生物反应过程，可以分为基因分子尺度、细胞尺度与生物反应器尺度的网络结构，是不同尺度的网络状态关系。

认为跨尺度观察与控制是微生物过程优化的关键，由此形成了一套形成了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。

随着过程传感技术和计算机技术的发展，设计了一种用于生物过程多尺度研究的新概念发酵装置，利用该装置技术在实验室规模实现各发酵产品的过程优化研究，其优化结果一般可由几十升发酵罐直接放大到上百M3的工业生产发酵罐。

采用该项目技术原理和装置对各种发酵产品开展研究，发现了红霉素发酵生产过程中黄豆饼粉与葡萄糖作为碳源竞争性利用时对次级代谢的影响机制，使发酵水平由5000u/ml提高到8400u/ml，打破了二十多年来我国红霉素发酵水平停止不前的局面，进入了国际先进水平；金霉素发酵在实验室发酵罐取得成功后，实现了1500公里外由上海至内蒙的远程发酵过程诊断，直接放大到120M3发酵罐，达到提高发酵水平30%以上的国内领先水平；广东星湖公司的鸟苷发酵，发现了代谢流迁移，经深入研究，使发酵水平达到了国际先进水平，由17g/L提高到34g/L，在与国外产品的市场竞争中获得了成功；WHO项目由上海第二军医大学构建完成的Pichia酵母表达系统的基因工程疟疾疫苗高密度高表达由70mg/L提高到2600mg/L，达到了国际领先水平；基因工程白蛋白由700mg/L提高到7g/L。