氣升式反應(yīng)器中高山被孢霉發(fā)酵生產(chǎn)花生四烯酸過(guò)程的動(dòng)態(tài)溫度控制研究

高敏杰，王 成，鄭志永，朱 莉，詹曉北，*

（1.江南大學(xué)生物工程學(xué)院糖化學(xué)與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122；2.江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122；3.江蘇瑞光生物科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214125）

氣升式反應(yīng)器中高山被孢霉發(fā)酵生產(chǎn)花生四烯酸過(guò)程的動(dòng)態(tài)溫度控制研究

高敏杰1，2，王 成1，2，鄭志永1，2，朱 莉3，詹曉北1，2，*

（1.江南大學(xué)生物工程學(xué)院糖化學(xué)與生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122；2.江南大學(xué)工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122；3.江蘇瑞光生物科技有限公司，江蘇無(wú)錫 214125）

在利用高山被孢霉發(fā)酵生產(chǎn)花生四烯酸（Arachidonic Acid，ARA）過(guò)程中，考察了不同規(guī)模和培養(yǎng)環(huán)境下，單一以及動(dòng)態(tài)溫度控制對(duì)菌體生長(zhǎng)和ARA合成的影響。結(jié)果表明：相對(duì)于機(jī)械攪拌罐，利用氣升式反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)ARA具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，較高溫度（25℃）有利于高山被孢霉菌體生長(zhǎng)，而較低溫度（16℃）有利于ARA合成。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵，即起始發(fā)酵溫度25℃，72h后以每12h下降1.5℃至16℃，然后保持16℃至發(fā)酵結(jié)束。采用此控制策略，ARA產(chǎn)量達(dá)到4.7g/L，與單一溫度（25℃）控制相比提高了38.2%。

高山被孢霉，花生四烯酸，機(jī)械攪拌罐，氣升式反應(yīng)器，發(fā)酵溫度

花生四烯酸（Arachidonic Acid，ARA）是一種二十 碳 多 不 飽 和 脂 肪 酸（Polyunsaturated Fatty Acids，PUFAs），在人體中具有維持機(jī)體細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的重要作用[1]。ARA也是前列腺素、血栓素等重要活性物質(zhì)的前體物質(zhì)[2]。在醫(yī)藥、食品和農(nóng)業(yè)等行業(yè)中，ARA還是一種應(yīng)用廣泛的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，被譽(yù)為“21世紀(jì)功能性食品主角”[3]。目前，ARA主要從動(dòng)物組織（如肝臟、腎上腺和蛋黃等）中獲取，但動(dòng)物組織中ARA含量很低，并且原材料來(lái)源有限，因此ARA的生產(chǎn)成本一直居高不下[4]。

微生物發(fā)酵法則為生產(chǎn)花生四烯酸開(kāi)辟了新途徑，它具有不受原材料及氣候限制、生產(chǎn)周期較短、發(fā)酵工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本較低以及花生四烯酸含量高 等 特 點(diǎn)[5]。 因 此 ，采 用 微 生 物 發(fā) 酵 法 生 產(chǎn) ARA 已是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。目前，主要利用高山被孢霉（Mortierella alpina）進(jìn)行ARA發(fā)酵生產(chǎn)，ARA產(chǎn)量與菌體生物量、總油脂含量和油脂中ARA的含量等密切相關(guān)，而它們主要都受外界環(huán)境如培養(yǎng)基的組成、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和發(fā)酵工藝等因素的影響[6-7]。ARA的發(fā)酵生產(chǎn)一般在機(jī)械攪拌罐中進(jìn)行，產(chǎn)量已達(dá)到較高水平。但對(duì)一些剪切敏感型霉菌的培養(yǎng)，氣升式反應(yīng)器具有剪切應(yīng)力更溫和、罐體結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、能量耗散更均勻等優(yōu)點(diǎn)，可以有效避免菌絲體易受損傷和菌體形態(tài)難以控制等問(wèn)題[8]。在產(chǎn)油微生物菌體生長(zhǎng)和油脂合成過(guò)程中，溫度起著重要的作用，M.alpina的最適生長(zhǎng)溫度在15~25℃，而較低的溫度通常有利于長(zhǎng)鏈脂肪酸的生產(chǎn)[9]。因此，對(duì)于ARA的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程，最適的細(xì)胞生長(zhǎng)溫度和產(chǎn)物生產(chǎn)溫度可能會(huì)有比較大的差異。

本研究首次進(jìn)行了ARA在氣升式反應(yīng)器中的發(fā)酵生產(chǎn)，同時(shí)考察了重要操作參數(shù)溫度變化對(duì)M.alpina的生長(zhǎng)及ARA合成的影響。在此基礎(chǔ)上，提出一種動(dòng)態(tài)溫度控制策略，以期獲得高生物量、油脂含量和ARA產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高山被孢霉（Mortierella alpina）CFCC 88447 本實(shí) 驗(yàn) 室 保 藏 ；葡 萄 糖 、豆 粕 、NaNO3、MgSO4·7H2O、KH2PO4、三氯甲烷、甲醇、氫氧化鈉、正己烷、三氟化硼、無(wú)水硫酸鈉等 均為國(guó)產(chǎn)分析純；酵母粉 Oxoid Ltd；CO2氣體、N2氣體、H2氣體 無(wú)錫新南化學(xué)氣體有限公司。

722分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器；DHG-9145A干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器公司；PXY-DHS-35X40電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；7820A氣相色譜儀 Agilent科技有限公司；1200L氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)瓦里安公司；LC-20A液相色譜儀 日本島津公司；Bioflow 120機(jī)械攪拌發(fā)酵罐 美國(guó)New Brunswich Scientific公司；氣升式反應(yīng)器 無(wú)錫市海信化機(jī)設(shè)備有限公司。

1.2 培養(yǎng)基

斜面培養(yǎng)基（g/L）：馬鈴薯200，葡萄糖20，瓊脂20，pH自然。

種子培養(yǎng)基（g/L）：葡萄糖30，豆粕粉10，酵母膏10，KH2PO43，NaNO33，MgSO4·7H2O 0.5，pH6.0。

發(fā)酵培養(yǎng)基（g/L）：初始葡萄糖50，豆粕粉10，KH2PO43，NaNO33，MgSO4·7H2O 0.5，pH6.0。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 種子培養(yǎng) 平板上挑取單菌落到種子培養(yǎng)基中，25℃，110r/min，培養(yǎng)48h。

1.3.2 搖瓶發(fā)酵 接種量10%（v），110r/min，溫度大小見(jiàn)結(jié)果與討論一節(jié)，初始pH6.0，發(fā)酵7d。

1.3.3 分批發(fā)酵（機(jī)械攪拌罐） 實(shí)驗(yàn)采用7L機(jī)械攪拌罐（BioFlo 115，New Brunswick Scientific Co.，NJ，USA）進(jìn)行分批發(fā)酵7d，接種量10%（v），裝液系數(shù)為0.6，攪拌轉(zhuǎn)速180r/min，溫度25℃，使用2.0mol/L NaOH控制發(fā)酵液pH為6.0。

1.3.4 恒速補(bǔ)料發(fā)酵（氣升式發(fā)酵罐） 實(shí)驗(yàn)采用30L氣升發(fā)酵罐進(jìn)行恒速補(bǔ)料分批發(fā)酵7d。接種量10%（v），裝液系數(shù)為0.6，通氣量1.0L/L/min，pH控制在6.0，發(fā)酵開(kāi)始后恒速（6.12mL/h）流加補(bǔ)料液（700g/L葡萄糖）直至發(fā)酵結(jié)束。

1.3.5 分析方法 生物量測(cè)定：準(zhǔn)確量取50mL發(fā)酵液進(jìn)行真空過(guò)濾（直徑7cm中速定量濾紙），用蒸餾水沖洗至流出液無(wú)色，將菌體置于平皿中，105℃下烘干至恒重，稱(chēng)菌體干重。生物量計(jì)算公式：生物量（g/L）=菌體干重（g）/發(fā)酵液體積（L）。

1.3.5.1 菌球直徑的測(cè)定 發(fā)酵結(jié)束后，取2mL搖勻后的發(fā)酵液倒入培養(yǎng)皿中，加入20mL去離子水稀釋后從中隨機(jī)選取30個(gè)菌球，以游標(biāo)卡尺為參照逐個(gè)測(cè)定菌球直徑，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3.5.2 葡萄糖含量測(cè)定 DNS法測(cè)定發(fā)酵液中殘留的葡萄糖含量[10]。

1.3.5.3 總油脂含量測(cè)定 精確稱(chēng)取干燥后的菌體0.5g，置于研缽中充分研磨至粉狀，轉(zhuǎn)移到7mL離心管中，加入3mL CHCl3-MeOH溶液（v/v=1∶2），劇烈振蕩抽提1min，再加入1mL CHCl3溶液，再次劇烈振蕩1min，最后加入1mL去離子水，振蕩萃取1min，靜置30min后溶液分層，將下層有機(jī)相全部取出至預(yù)先稱(chēng)重的5mL離心管中，水?。?0℃，4h）將有機(jī)相蒸干，干燥后再次稱(chēng)重離心管重量，減去空離心管的重量即為總油脂的重量[11]。

脂肪酸含量測(cè)定：精確稱(chēng)取總油脂0.1g，加入2mL 0.5mol/L的NaOH-MeOH溶液，60℃水浴加熱至油 脂 完 全 溶 解 ，冷 卻 后 加 入 2mL 25%（v/v）的 BF3-MeOH溶液，60℃水浴酯化20min，再次冷卻后加入2mL正己烷并振蕩混勻，最后加入2mL NaCl飽和溶液并振蕩，靜置30min后取上層有機(jī)相于一只干燥試管中，并加入少量無(wú)水硫酸鈉以去除微量水分，供GC/MS分析使用[12]。

GC/MS分析采用美國(guó)瓦里安公司氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀1200L GC/MS；色譜條件：色譜柱為DB-225，30m×0.25mm×0.15μm毛細(xì)管柱；載氣，He氣；流量，1mL/min，不分流進(jìn)樣；程序升溫條件為：初始溫度180℃，維持2min，以5℃/min速率升溫至230℃，維持12min；質(zhì)譜條件：接口溫度，250℃；離子源溫度，200℃；離子化方式，EI；電子能量，70eV；檢測(cè)電壓，350V；發(fā)射電流，200μA。

表1 高山被孢霉菌體中油脂組分分析Table 1 Components of lipids produced by M.alpina

2 結(jié)果與討論

2.1 搖瓶條件下溫度對(duì)高山被孢霉菌體生長(zhǎng)、總油脂和ARA合成的影響

溫度對(duì)產(chǎn)油微生物菌體生長(zhǎng)和油脂合成影響很大，特別是低溫條件對(duì)促進(jìn)PUFAs合成具有重要意義。高山被孢霉菌體的生長(zhǎng)和目標(biāo)產(chǎn)物ARA的生物合成過(guò)程均是在一系列酶的催化作用下進(jìn)行的，只有在最適溫度下酶的活性才會(huì)最高。對(duì)高山被孢霉來(lái)說(shuō)，最適溫度是指既有利于菌體生長(zhǎng)又有利于目標(biāo)產(chǎn)物ARA合成的溫度，但有文獻(xiàn)報(bào)道高山被孢霉最適生長(zhǎng)溫度和PUFAs合成的最適溫度往往不一致，最適生長(zhǎng)溫度往往高于PUFAs合成的最適溫度[13]。

為了考察溫度對(duì)本株高山被孢霉菌體生長(zhǎng)和ARA合成影響，在搖瓶水平對(duì)發(fā)酵溫度進(jìn)行了研究。分別將三角瓶置于13、16、19、22、25、28℃六種不同溫度下培養(yǎng)7d，每個(gè)溫度條件做了3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。由圖1可以看出，較高溫度（25~28℃）有利于菌體生長(zhǎng)，其中菌體生物量在25℃時(shí)達(dá)到最高，為35.8g/L。當(dāng)溫度由25℃逐漸降低至13℃時(shí)，菌體生長(zhǎng)明顯受到抑制，菌體生物量只有19.2g/L。但是從表2可以看出，在較低溫度（13~19℃）下，PUFAs在總油脂中所占比例明顯較高，說(shuō)明低溫對(duì)PUFAs積累具有促進(jìn)作用，16℃時(shí)比例達(dá)到最高，為37.2%，而25℃時(shí)油脂中ARA比例比16℃時(shí)低了19.2%，可見(jiàn)較低發(fā)酵溫度對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物ARA的積累是有利的。

分析原因，可能是低溫條件會(huì)促使菌體合成更多的PUFAs，因?yàn)镻UFAs可以更好的保持低溫環(huán)境下菌體細(xì)胞膜的流動(dòng)性，維持細(xì)胞正常的生理功能[14]，是 菌 體 適 應(yīng) 不 利 外 界 環(huán) 境 的 一 種 自 我 保 護(hù) 手 段[15]。另外溶氧在ARA合成途徑中具有重要作用，而較低的發(fā)酵溫度也有利于增加發(fā)酵液中氧的溶解度，使細(xì)胞內(nèi)形成大量分子氧，一定程度上提高了脂肪酸脫飽和酶活性，對(duì)ARA的合成同樣具有促進(jìn)作用[16-17]。

圖1 搖瓶發(fā)酵溫度對(duì)ARA合成影響Fig.1 Effect of temperature on ARA biosynthesis in shaking-flask cultivation

表2 不同溫度搖瓶發(fā)酵時(shí)脂肪酸組分分析Table 2 Fatty acid composition analysis under various temperatures by M.alpina

圖2 機(jī)械攪拌發(fā)酵罐發(fā)酵菌體生長(zhǎng)、總油脂和ARA合成曲線Fig.2 Time course of cell growth lipid and ARA accumulation in mechanical string fermentation

圖3 搖瓶發(fā)酵和機(jī)械攪拌罐發(fā)酵時(shí)菌體形態(tài)Fig.3 Effect of two fermentation methods on morphology of M.Alpine

2.2 機(jī)械攪拌罐發(fā)酵生產(chǎn)ARA情況

為擴(kuò)大高山被孢霉發(fā)酵生產(chǎn)ARA規(guī)模，在7L機(jī)械攪拌發(fā)酵罐水平進(jìn)行放大研究。從圖2菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成曲線可以看出，在0~96h發(fā)酵階段菌體生長(zhǎng)良好，但發(fā)酵至96h后菌體生物量、總油脂和ARA產(chǎn)量都出現(xiàn)迅速下降，發(fā)酵過(guò)程ARA最高產(chǎn)量只有0.6g/L。比較搖瓶發(fā)酵和機(jī)械攪拌罐發(fā)酵時(shí)菌體形態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，兩種發(fā)酵條件下菌體形態(tài)差異很大，搖瓶發(fā)酵時(shí)菌體主要呈球狀（圖3a），而機(jī)械攪拌罐內(nèi)的菌體呈羽狀（圖3b），同時(shí)在顯微鏡下也可以發(fā)現(xiàn)搖瓶?jī)?nèi)的菌絲平均長(zhǎng)度大于機(jī)械攪拌罐內(nèi)的菌絲平均長(zhǎng)度。這說(shuō)明在機(jī)械攪拌罐內(nèi)，槳葉攪拌產(chǎn)生的剪切力造成高山被孢霉菌絲斷裂，菌絲不易互相纏繞形成最適菌球形態(tài)，不利于油脂和ARA合成。另一方面，斷裂的羽狀菌絲體會(huì)分散在發(fā)酵液中，使發(fā)酵液變得更為黏稠，發(fā)酵過(guò)程中氧傳質(zhì)阻力增加，不利于菌體的氧攝取[18]。隨著發(fā)酵進(jìn)行大量羽狀的菌絲易在發(fā)酵罐擋板和攪拌槳上聚集和結(jié)塊，形成大型的菌團(tuán)，過(guò)厚的菌團(tuán)同樣會(huì)阻止氧氣的傳遞，導(dǎo)致菌團(tuán)內(nèi)部的菌絲因缺氧而過(guò)早衰老和死亡。雖然相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中都利用機(jī)械攪拌罐成功發(fā)酵生產(chǎn)ARA，但機(jī)械攪拌罐并不適用于本菌株[19]。分析原因，一方面可能因不同高山被孢霉菌株產(chǎn)ARA的能力不同，另一重要原因可能是本菌株對(duì)剪切力更加敏感，機(jī)械攪拌時(shí)難以維持良好的菌球形態(tài)，最終導(dǎo)致發(fā)酵的失敗，因此接下來(lái)嘗試使用剪切力溫和的氣升式反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)ARA。

2.3 氣升式反應(yīng)器中不同溫度對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和ARA合成的影響

在30L氣升式反應(yīng)器上分別對(duì)25℃和16℃發(fā)酵時(shí)高山被孢霉菌體生長(zhǎng)和ARA合成情況進(jìn)行研究。觀察整個(gè)發(fā)酵過(guò)程，高山被孢霉菌體保持良好形態(tài)，大部分菌體保持球狀形態(tài)且沒(méi)有出現(xiàn)明顯菌塊，解決了機(jī)械攪拌罐發(fā)酵時(shí)菌絲斷裂和發(fā)酵液粘度不斷增加的問(wèn)題。從表3可以看出，25℃條件下總油脂積累與生物量有很大關(guān)聯(lián)，發(fā)酵結(jié)束時(shí)生物量和ARA產(chǎn)量分別為34.6g/L和3.4g/L。雖然16℃條件下菌體生長(zhǎng)較慢，最終生物量?jī)H為23.5g/L，但低溫條件下ARA占總油脂的比例提高到了31%，ARA的產(chǎn)量達(dá)到3.2g/L。同時(shí)對(duì)25℃和16℃發(fā)酵條件下菌體比生長(zhǎng)速率和ARA比合成速率分析發(fā)現(xiàn)，25℃時(shí)菌體最大比生長(zhǎng)速率和最大比合成速率，分別明顯高于16℃的最大比生長(zhǎng)速率和最大比合成速率（圖4）。發(fā)酵0~ 72h之間，25℃對(duì)應(yīng)的菌體比生長(zhǎng)速率明顯高于16℃，說(shuō)明較高溫度確實(shí)有利于菌體的生長(zhǎng)；發(fā)酵至72h后，16℃對(duì)應(yīng)的ARA比合成速率已經(jīng)明顯高于25℃的比合成速率，并且維持較長(zhǎng)時(shí)間，說(shuō)明適當(dāng)降低發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵后期ARA的積累具有明顯促進(jìn)作用。

表3 25℃和16℃氣升式反應(yīng)器發(fā)酵時(shí)菌體生長(zhǎng)和ARA合成情況Table 3 Cell growth and ARA biosynthesis in airlift reactor cultures with 25℃ and 16℃

圖4 氣升式反應(yīng)器發(fā)酵時(shí)溫度對(duì)菌體比生長(zhǎng)速率和ARA比合成速率的影響Fig.4 Effect of temperature on cell specific growth rate and ARA specific formation rate in airlift reactor

圖5 動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵曲線Fig.5 The dynamic temperature-control fermentation curve

表4 動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵對(duì)ARA合成影響數(shù)據(jù)匯總Table 4 Summary of dynamic temperature-control on ARA biosynthesis by M.alpina

2.4 氣升式反應(yīng)器中動(dòng)態(tài)控溫策略提高ARA產(chǎn)量

通過(guò)以上對(duì)溫度的研究發(fā)現(xiàn)，適合高山被孢霉菌體生長(zhǎng)的最適溫度與ARA合成最適溫度并不一致，較高溫度（25℃）更有利于菌體的生長(zhǎng)，而較低溫度（16℃）時(shí)，ARA在總油脂中的比例更高。目標(biāo)產(chǎn)物ARA的最終產(chǎn)量主要由菌體生物量和菌體總油脂中ARA比例決定。發(fā)酵溫度分階段控制是一種經(jīng)典的過(guò)程優(yōu)化方式，可以在獲得較高菌體生物量同時(shí)盡可能提高總油脂中ARA比例，最終提高ARA產(chǎn)量[20]。而采用線性下降的溫度變化方式主要考慮細(xì)胞對(duì)溫度變化的適應(yīng)過(guò)程，避免突然的階梯式溫度變化對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成的不利影響。進(jìn)行動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的發(fā)酵條件為：0~72h階段菌體生長(zhǎng)代謝旺盛，對(duì)環(huán)境溫度的變化比較敏感，保持此階段溫度為25℃有利于菌體生長(zhǎng)，可以獲得更高生物量，同時(shí)一定程度上縮短發(fā)酵周期。72h后菌體生長(zhǎng)速率逐漸放緩，進(jìn)入穩(wěn)定期，選擇72h做為變溫的起點(diǎn)，以每12h下降1.5℃速率逐漸將溫度降至16℃，然后維持16℃至發(fā)酵結(jié)束，結(jié)果如圖5所示。發(fā)酵開(kāi)始后菌體干重迅速增加，發(fā)酵至72h菌體生物量已經(jīng)達(dá)到一定水平（26.5g/L），72h后隨著溫度逐漸降低，ARA的合成速率不斷提高。最終生物量和ARA產(chǎn)量分別達(dá)到32.2g/L和4.7g/L。與非變溫（25℃）發(fā)酵相比，生物量和總油脂基本達(dá)到相同的水平，但油脂中ARA百分比有了明顯增加，由22.1%提高至30.3%（表4）。因此利用動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵提高ARA產(chǎn)量是可行的，整體發(fā)酵性能提升明顯。

3 結(jié)論

主要考察了不同規(guī)模和培養(yǎng)環(huán)境下，重要操作參數(shù)溫度對(duì)M.alpina菌體生長(zhǎng)及ARA合成的影響。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)菌株，采用氣升式反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)ARA具有更大優(yōu)勢(shì)，可以解決機(jī)械攪拌罐發(fā)酵時(shí)菌絲斷裂、發(fā)酵中后期菌體結(jié)塊和ARA產(chǎn)量過(guò)低等問(wèn)題。同時(shí)，M.alpina菌體生長(zhǎng)與目的產(chǎn)物ARA合成的發(fā)酵最適溫度并不相同，較高溫度（25℃）有利于菌體生長(zhǎng)，較低溫度對(duì)PUFAs積累具有促進(jìn)作用，16℃時(shí)油脂中ARA比例最高。由此提出一種動(dòng)態(tài)控溫發(fā)酵策略，采用此策略，ARA最高濃度達(dá)到4.7g/L，與單一溫度（25℃）控制相比產(chǎn)量提高了38.2%。當(dāng)然，在利用氣升式反應(yīng)器發(fā)酵生產(chǎn)ARA過(guò)程中還有其他重要參數(shù)與ARA產(chǎn)量的提高密切相關(guān)，需要更深入的研究和分析。

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Study on improved arachidonic acid production by Mortierella alpina with dynamic temperature-control in airlift bioreactor

GAO Min-jie1，2，WANG Cheng1，2，ZHENG Zhi-yong1，2，ZHU Li3，ZHAN Xiao-bei1，2，*
（1.Key Laboratory of Carbohydrate Chemistry and Biotechnology of Ministry of Education，School of Biotechnology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.Key Laboratory of Industrial Biotechnology of Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；3.Jiangsu Rayguang Biotechnology Co.，Ltd.，Wuxi 214125，China）

Constant and dynamic temperature-control was inverstigated for efficient arachidonic acid （ARA）production by Mortierella alpine in different fermentation scales and environments.The results showed that airlift bioreactor was more suitable for ARA production process compared with mechanical stirring fermentor. Meanwhile，cell growth rate showed to be optimum at 25℃ ，while ARA ratio in lipid showed to be maximal at 16℃ .As a result，a dynamic temperature-control strategy，in which the culture temperature was controlled at 25℃ at the first 72h and linearly decreased 1.5℃ for every 12h till 16℃ ，then kept at 16℃ for the rest of the fermentation，was developed in the airlift bioreactor.With this control strategy，the ARA production level reached 4.7g/L which was increased 38.2%compared with the level of constant temperature（25℃） control strategy.

Mortierella alpina ； arachidonic acid ； mechanical stirring fermentor ； airlift reactor ； fermentation temperature

Q815

A

1002-0306（2014）22-0179-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.22.031

2014－07－16

高敏杰（1980-），男，副教授，研究方向：生化過(guò)程優(yōu)化與控制。

* 通訊作者：詹曉北（1962-），男，教授，研究方向：生化工程與反應(yīng)器。

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2011BAD23B04）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃子課題（2012AA021505）。