全 文 ：第 １１ 卷第 ６ 期
２０１３ 年 １１ 月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ． １１ Ｎｏ． ６
Ｎｏｖ． ２０１３
ｄｏｉ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． １６７２ － ３６７８． ２０１３． ０６． ０１２
收稿日期：２０１２ － １２ － ３１
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３ 计划）（２０１２ＡＡ０２１７０４）；国家科技支撑计划（２０１１ＢＡＤ２３Ｂ０３）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１２４２４）；
江苏省普通高校研究生科研创新计划（ＣＸＬＸ１１＿０３６６）
作者简介：瞿　 亮（１９８６—），男，江苏镇江人，博士研究生，研究方向：生物化工；任路静（联系人）：讲师，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｒｅｎｌｕｊｉｎｇ＠ ｎｊｕｔ． ｅｄｕ． ｃｎ
裂殖壶菌发酵产 ＤＨＡ过程呼吸参数的在线检测分析
瞿　 亮，任路静，黄　 和
（南京工业大学 生物与制药工程学院 材料化学工程国家重点实验室，南京 ２１０００９）
摘　 要：利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中的 Ｏ２、ＣＯ２含量进行实时检测，建立了裂殖弧菌发酵生产 ＤＨＡ 过程
中的呼吸参数在线检测方法，实现了裂殖壶菌补料分批发酵过程及双阶段供氧控制发酵过程中的呼吸参数在线检
测分析。 通过呼吸参数在线检测分析，从氧消耗机制方面解释了双阶段氧传递控制工艺能获得较高生物量、油脂
和 ＤＨＡ含量的原因，从而为该工艺过程提供了理论指导。 根据发酵过程中菌体生长不同时期的呼吸参数的变化
情况，建立了基于呼吸商变化的在线补料控制方法，设计了一种基于 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 的补料工艺。 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 补料方式最终
获得的油脂含量、ＤＨＡ产量和产率比间歇式补料工艺分别提高了 １１􀆰 ５８％ 、１２􀆰 １９％和 １１􀆰 ４０％ 。
关键词：ＤＨＡ；裂殖壶菌；补料工艺；呼吸参数
中图分类号：Ｒ２８２． ７１　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２ － ３６７８（２０１３）０６ － ００５８ － ０５
Ｏｎｌｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
ＱＵ Ｌｉａｎｇ，ＲＥＮ Ｌｕｊｉｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｈｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ⁃Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｎｌｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ＤＨＡ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｘｙｇｅｎ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ｏｎｌｉｎｅ ｕｓｉｎｇ ｅｘｈａｕｓｔ ｇａｓ ａｎａｌｙｚｅｒ． Ｏｎｌｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｉｎ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ， ｌｉｐｉｄｓ ａｎｄ ＤＨＡ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ｍａｄｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ
ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｎｌｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ
ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄｓ ｏｆ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｆｅｅｄｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｑｕｏｔｉｅｎｔ
ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ａｎｄ ａ ＲＱ⁃Ｓｔａｔ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｌｉｐｉｄｓ ａｎｄ ＤＨＡ ｃｏｎｔｅｎｔ
ａｎｄ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １１􀆰 ５８％ ，１２􀆰 １９％ ， ａｎｄ １１􀆰 ４０％ ，ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ
ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＤＨＡ；Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ；ｆｅｅｄｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
　 　 二十二碳六烯酸（ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ ａｃｉｄ，ＤＨＡ），
是一种重要的长链多不饱和脂肪酸，由于其对婴幼
儿和成人健康方面的益处而受到广泛的关注［１］。
裂殖壶菌，作为一种海洋真菌，具有合成大量富含
ＤＨＡ的微生物油脂的能力，是生产 ＤＨＡ 的理想菌
种［２］。 一些研究表明 Ｏ２ 供应条件对裂殖壶菌发酵
生产 ＤＨＡ过程中的细胞生长和 ＤＨＡ合成有显著的
影响［３ － ６］。
呼吸商（ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｑｕｏｔｉｅｎｔ，ＲＱ），是指生物体
在同一时间内呼吸作用所释放的 ＣＯ２和吸收的 Ｏ２
的分子比，是反映微生物菌体细胞活力和生理特性
的一个重要参数，一般可以通过尾气分析计算得
到。 微生物发酵过程中呼吸商的在线监测可以反
映菌体对有关基质代谢情况的信息及发酵过程供
氧及 Ｏ２消耗情况，目前已成功运用在好氧微生物发
酵过程的变量补料控制和测量方面［７］。
笔者所在课题组前期对裂殖壶菌发酵生产
ＤＨＡ过程的供氧调控方面做了一些研究工作［５ － ６］。
本文中从裂殖壶菌发酵产 ＤＨＡ 过程的呼吸参数角
度进行研究，利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中
的 Ｏ２、ＣＯ２含量进行实时检测，以期实现对补料分批
发酵过程及双阶段补料分批发酵过程的各个时期
的呼吸参数的在线监测分析，并且在此基础上开发
一种基于呼吸商在线检测的 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ补料工艺。
１　 材料与方法
１． １　 材料
１． １． １　 菌株
裂殖壶菌（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． ） ＣＣＴＣＣ Ｍ２０９０５９，
从海水中分离筛选获得，保藏在中国典型微生物培养
中心（ＣＣＴＣＣ）。
１． １． ２　 培养基及培养条件
种子培养基组成和种子培养条件参照文献
［８］。 补料分批发酵在装有 ７ Ｌ 发酵培养基的 １０ Ｌ
发酵罐中进行，２５ ℃恒温培养，其他发酵条件参照
文献［６］。
１． ２　 分析检测方法
葡萄糖、谷氨酸、细胞干质量、脂质提取和脂肪
酸甲酯化方法参照文献［８］。 气相色谱（ＧＣ）分析
脂肪酸组成并且用十九烷酸甲酯（Ｃ１９∶ ０甲酯）作为
内标定量测定 ＤＨＡ的含量［９］。 发酵罐尾气中的 Ｏ２
和 ＣＯ２含量采用尾气分析仪（Ｍｅｇｅｌｌａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
公司，Ｔａｎｄｅｍ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）检测。
１． ３　 呼吸参数在线检测方法
利用尾气分析仪，实时检测发酵过程中尾气的
Ｏ２ 含量，并根据进入发酵液的空气体积流量，发酵
液体积等参数，利用式（１）即可计算出氧利用速率
（ｖＯ）。
ｖＯ ＝
Ｆɑ，ｉ
０􀆰 ０２２ ４Ｖ（φ（ＣＯ２） ｉ － φ（ＣＯ２） ｏ） （１）
式中： Ｆɑ，ｉ为进入发酵液的空气在标准状态下的体
积流量（ｍ３ ／ ｈ）；Ｖ为发酵液体积，ｍ３；φ（ＣＯ２） ｉ 为进
入发酵液的空气中 Ｏ２ 的体积分数；φ（ＣＯ２） ｏ 为排
出发酵液的空气中的 Ｏ２ 体积分数。
同 Ｏ２消耗速率一样，利用尾气分析仪，实时检
测发酵过程中尾气的 ＣＯ２含量，并根据进入发酵液
的空气体积流量，发酵液体积等参数，利用式（２）即
可计算出 ＣＯ２释放速率（ｖＣ）。
ｖＣ ＝
Ｆɑ，ｉ
０􀆰 ０２２ ４Ｖ（φ（ＣＯ２） ｏ － φ（ＣＯ２） ｉ）（２）
式中：Ｆɑ，ｉ为进入发酵液的空气在标准状态下的体积
流量（ｍ３ ／ ｈ）；Ｖ为发酵液体积，ｍ３；φ（ＣＯ２） ｉ 为进入
发酵液的空气中 ＣＯ２的体积分数；φ（ＣＯ２） ｏ 为排出
发酵液的空气中 ＣＯ２的体积分数。
呼吸商（ＲＱ）由 ＣＯ２ 释放速率除以 Ｏ２ 消耗速
率求得。
２　 结果与讨论
２． １　 裂殖壶菌发酵过程呼吸参数在线检测分析
２． １． １　 裂殖壶菌补料分批发酵过程的呼吸参数在
线检测分析
在 １０ Ｌ发酵罐中，进行裂殖壶菌的补料分批发
酵，利用尾气分析仪对发酵过程的尾气中的 Ｏ２和
ＣＯ２含量进行实时检测，实现对发酵过程的各个时
期的呼吸参数的在线监测。 发酵结果及发酵过程
的呼吸商变化情况如图 １、图 ２ 所示。
由图 １ 和图 ２ 可知：发酵初始阶段，ＲＱ 不断增
加，直至大于 １；在补加葡萄糖前后，呼吸商有个明
显变化的过程，４６ 和 ７０ ｈ 这 ２ 个时间点，是葡萄糖
耗到 ０ 后再补加葡萄糖的时间，补加前后 ＲＱ 有明
显的变化，补加前呼吸商在 １􀆰 ０ 以下，补加后 ＲＱ 在
１􀆰 ０ 以上。
这是由于在葡萄糖供应充足的条件下，菌体如
果在供氧充分时利用葡萄糖，ＲＱ 为 １；葡萄糖的供
给大于供氧条件，则会利用葡萄糖产生其他代谢产
物，ＲＱ大于 １；而葡萄糖不足的时候，菌体会利用油
９５　 第 ６ 期 瞿　 亮等：裂殖壶菌发酵产 ＤＨＡ过程呼吸参数的在线检测分析
图 １　 裂殖壶菌补料分批发酵过程曲线
Ｆｉｇ． １　 Ｔｉｍｅ ｃｏｕｒｓｅｓ ｏｆ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
图 ２　 裂殖壶菌补料分批发酵过程 ＲＱ的变化
Ｆｉｇ． ２　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＲＱ ｉｎ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
脂或其他成分，则 ＲＱ 就会小于 １。 因此，在发酵过
程中，如果通过调节呼吸商保持在 １ 左右，会使得葡
萄糖浓度保持在一个较低的水平，从而减少其他代
谢产物的生成。
２． １． ２　 裂殖壶菌双阶段氧传递控制补料分批发酵
过程的呼吸参数在线检测分析
裂殖壶菌的分批补料发酵过程中存在着生物
量增长和油脂积累两个阶段，这两个阶段细胞对溶
解氧的需求不同，在笔者之前的研究工作中，曾经
设计了一种在生物量增长阶段采用较高的供氧条
件，油脂积累阶段将供氧水平降低的双阶段氧传递
控制的发酵工艺［６］，本研究将采用前面建立的呼吸
参数在线检测的方法，对双阶段氧传递控制的发酵
过程的呼吸参数进行在线检测分析，从而为该工艺
方法提供一定的理论支持。
采用 １０ Ｌ发酵罐进行裂殖壶菌的分批补料发
酵，通过改变不同的搅拌速率，实现双阶段的氧传
递控制，通过尾气分析仪检测发酵过程尾气中的 Ｏ２
和 ＣＯ２含量，实现对双阶段 Ｏ２ 传递控制的发酵过程
的呼吸参数在线检测分析。 发酵结果与发酵过程
图 ３　 裂殖壶菌双阶段氧传递控制补料分批发酵过程曲线
Ｆｉｇ． ３　 Ｔｉｍｅ ｃｏｕｒｓｅｓ ｏｆ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ
ｏｘｙｇｅｎ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
图 ４　 裂殖壶菌双阶段氧传递控制补料分
批发酵过程呼吸参数的变化
Ｆｉｇ． ４　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｖｃ， ｖｏ， ａｎｄ ＲＱ ｉｎ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｏｘｙｇｅｎ
ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
的呼吸参数情况见图 ３ 和图 ４。
从图 ３ 中可以看出，采用双阶段氧传递工艺的
补料分批发酵过程，最终获得的生物量、油脂含量
及 ＤＨＡ含量比补料分批发酵过程均有一定的提高，
分别提高了 ３􀆰 ０６％ 、１４􀆰 ６１％和 １１􀆰 ４５％ 。 图 ４ 中显
示的该过程的呼吸参数变化情况，说明在发酵前
期，采用较高供氧条件时，发酵体系的 Ｏ２ 消耗速率
和 ＣＯ２ 释放速率均较高，表明在高供氧条件下，菌
体的呼吸作用更加旺盛，这就有利于菌体生长阶段
的生物量的增加，而在发酵中后期，降低了供氧条
件，使得菌体的呼吸作用也降低，从而有利于油脂
的积累，也有利于 ＤＨＡ 的合成，这是由于在油脂积
累阶段，较高的 Ｏ２ 供应会导致更多的 Ｃ 源用作细
胞呼吸和能量代谢，而不是用作油脂合成。 因此，
在油脂积累阶段减少 Ｏ２ 的供应可以提高 Ｃ 源利用
效率从而增加油脂积累。 此外，对裂殖壶菌而言，
长链多不饱和脂肪酸如 ＤＨＡ 的合成是通过一种多
０６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １１ 卷　
不饱和脂肪酸合成酶途径实现的，而该过程不需要
分子氧的参与［１０］。
２． ２　 基于 ＲＱ控制的裂殖壶菌分批发酵的补料工
艺研究
　 　 根据图 ２ 中裂殖壶菌发酵过程的 ＲＱ 变化情况
分析，如果在发酵过程中将 ＲＱ保持在 １ 左右，会使
得葡萄糖浓度保持在一个较低的水平，从而减少其
他代谢产物的生成，有利于 Ｃ 源在裂殖壶菌体内流
向油脂和 ＤＨＡ 合成途径，从而有利于油脂和 ＤＨＡ
的积累。 并且 ２． ２． ２ 中双阶段氧传递控制补料分批
发酵过程的呼吸参数分析也表明，在发酵中后期降
低供氧条件也有利于油脂的积累以及 ＤＨＡ 通过不
需要 Ｏ２ 的途径积累，因此通过将 ＲＱ 保持在 １ 左
右，可以将发酵过程氧供应保持在较低水平，从而
有利于 ＤＨＡ的积累。 根据对裂殖壶菌发酵过程的
油脂和 ＤＨＡ积累和合成途径的分析以及发酵过程
呼吸参数情况的分析，笔者设计了一种基于 ＲＱ 在
线监测的 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 的补料工艺，该工艺是在发酵中
期开始，当监测到的 ＲＱ低于 １ 的时候，开始启动补
料，以一定的速度向发酵罐内流加一定浓度的葡萄
糖溶液，直到 ＲＱ 大于 １ 的时候，停止流加，如此反
复进行，直到发酵结束。
采用 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 的补料工艺，在 １０ Ｌ 发酵罐上进
行了裂殖壶菌的分批补料发酵，发酵结果以及发酵
过程的 ＲＱ变化情况如图 ５ 和图 ６ 所示。
图 ５　 裂殖壶菌 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ补料工艺的分批发酵过程曲线
Ｆｉｇ． ５　 Ｔｉｍｅ ｃｏｕｒｓｅｓ ｏｆ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ＲＱ⁃Ｓｔａｔ ｆｅｄ⁃
ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
从图 ５ 和图 ６ 可以看出，通过基于发酵过程的
呼吸商控制的补料方式，使得发酵过程中的葡萄糖
浓度维持在了一个较低的水平。 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 的补料工
艺的发酵结果与间歇式的补料工艺的发酵结果的
比较，结果如表 １ 所示。
图 ６　 裂殖壶菌 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ补料工艺的分批
发酵过程 ＲＱ的变化
Ｆｉｇ． ６　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＲＱ ｉｎ ＲＱ⁃Ｓｔａｔ ｆｅｄ⁃ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
表 １　 裂殖壶菌产 ＤＨＡ的不同补料工艺的发酵结果
Ｔａｂｌｅ １　 Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｅｅｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ
ｆｏｒ ＤＨＡ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ．
补料方式 生物量 ／（ｇ·Ｌ － １）
ρ（油脂） ／
（ｇ·Ｌ － １）
ρ（ＤＨＡ） ／
（ｇ·Ｌ － １）
ＤＨＡ 产率 ／
（ｇ·Ｌ － １·ｈ － １）
间歇式补料 ６９􀆰 ０２ ３６􀆰 ３５ １２􀆰 １４ ０􀆰 １０１
ＲＱ⁃Ｓｔａｔ补料 ６５􀆰 ５５ ４０􀆰 ５６ １３􀆰 ６２ ０􀆰 １１４
由表 １ 中可知：采用 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ 的补料工艺，由于
发酵过程中的葡萄糖浓度维持在较低水平，最终得
到的生物量较低，但是由于其他代谢产物的减少，
以及发酵过程中 Ｏ２ 供应维持在较低水平，使得最
终获得的油脂含量、ＤＨＡ产量和产率比间歇式补料
工艺分别提高了 １１􀆰 ５８％ 、１２􀆰 １９％和 １１􀆰 ４０％ 。 此
外，由于该工艺是基于 ＲＱ 在线检测控制的补料工
艺，可以实现发酵过程补料的自动化控制。
３　 结　 论
通过对裂殖壶菌产 ＤＨＡ 的发酵过程尾气中的
Ｏ２和 ＣＯ２含量进行实时检测，对裂殖壶菌发酵产
ＤＨＡ过程的呼吸参数在线检测分析方法，实现了对
补料分批发酵过程及双阶段补料分批发酵过程的
各个时期的呼吸参数的在线检测分析，从而获得了
裂殖壶菌补料分批发酵过程的相关基质代谢情况
及氧消耗情况的信息。 此外，在对补料分批发酵过
程的 ＲＱ变化情况的在线检测分析基础上，开发出
一种基于 ＲＱ在线检测的 ＲＱ⁃Ｓｔａｔ补料工艺，最终获
得的油脂含量、ＤＨＡ产量和产率比间歇式补料工艺
分别提高了 １１􀆰 ５８％ 、１２􀆰 １９％和 １１􀆰 ４０％ ，并且该补
料工艺可以实现发酵过程补料的自动化控制。
１６　 第 ６ 期 瞿　 亮等：裂殖壶菌发酵产 ＤＨＡ过程呼吸参数的在线检测分析
参考文献：
［ １ ］　 Ｓｉｊｔｓｍａ Ｌ， ｄｅ Ｓｗａａｆ Ｍ Ｅ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ω⁃３ ｐｏｌｙｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ
ａｃｉｄ［Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００４，６４（２）：１４６⁃１５３．
［ ２ ］ 　 冯云，任路静，魏萍，等． 微生物发酵产二十二碳六烯酸代谢
机理的 研究 进 展 ［ Ｊ ］ ． 生物 工 程学 报， ２０１０， ２６（９）：
１２２５⁃１２３１．
［ ３ ］ 　 Ｊａｋｏｂｓｅｎ Ａ Ｎ，Ａａｓｅｎ Ｉ Ｍ，Ｊｏｓｅｆｓｅｎ Ｋ Ｄ，ｅｔ ａｌ． Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ ａｃｉｄ⁃ｒｉｃｈ ｌｉｐｉｄ ｉｎ ｔｈｒａｕｓｔｏｃｈｙｔｒｉｄ Ａｕｒａｎｔｉｏｃｈｙｔｒｉｕｍ
ｓｐ． ｓｔｒａｉｎ Ｔ６６：ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｎ ａｎｄ Ｐ ｓｔａｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏ２ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．
Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，８０：２９７⁃３０６．
［ ４ ］ 　 Ｃｈｉ Ｚ Ｙ，Ｌｉｕ Ｙ，Ｆｒｅａｒ Ｃ，ｅｔ ａｌ． Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ
ＤＨＡ⁃ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｍａｒｉｎｅ ａｌｇａｅ Ａｕｒａｎｔｉｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｌｉｍａｃｉｎｕｍ ＳＲ２１
ｗｉｔｈ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｌｅｖｅｌ［Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ
Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００９，８１：１１４１⁃１１４８．
［ ５ ］ 　 Ｒｅｎ Ｌ Ｊ， Ｊｉ Ｘ Ｊ， Ｈｕａｎｇ Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｓｔｅｐｗｉｓｅ
ａｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ ａｃｉｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ［ Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，
２０１０，８７：１６４９⁃１６５６．
［ ６ ］ 　 Ｑｕ Ｌ，Ｊｉ Ｘ Ｊ，Ｒｅｎ Ｌ Ｊ， ｅｔ ａｌ． Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ
ａｃｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． ｕｓｉｎｇ ａ ｔｗｏ⁃ｓｔａｇｅ ｏｘｙｇｅｎ
ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ［ Ｊ］ ．
Ｌｅｔｔ Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２０１１，５２：２２⁃２７．
［ ７ ］ 　 Ｆｒａｎｚｆｉｎ Ｃ Ｊ， Ａｌｂｅｒｓ Ｅ， Ｎｉｋｌａｓｓｏｎ Ｃ． Ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｇａｓ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｑｕｏｔｉｅｎｔ ｉｎ ｍｉｃｒｏａｅｒｏｂｉｃ
ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］ ． Ｃｈｅｍ Ｅｎｇ Ｓｃｉ，１９９６，５１：３３９１⁃３４０２．
［ ８ ］ 　 Ｒｅｎ Ｌ Ｊ，Ｈｕａｎｇ Ｈ，Ｘｉａｏ Ａ Ｈ，ｅｔ ａｌ． Ｅｎｈａｎｃｅｄ ｄｏｃｏｓａｈｅｘａｅｎｏｉｃ
ａｃｉｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ａｃｅｔｙｌ⁃ＣｏＡ ａｎｄ ＮＡＤＰＨ ｓｕｐｐｌｙ ｉｎ
Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍ ｓｐ． ＨＸ⁃３０８ ［ Ｊ］ ． Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｓｙｓｔ Ｅｎｇ，２００９，
３２：８３７⁃８４３．
［ ９ ］ 　 金立晶，纪晓俊，任路静，等．海洋真菌产油脂中 ＤＨＡ含量的
准确快速测定［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１０，８（４）：６７⁃７１．
［１０］ 　 Ｍｅｔｚ Ｊ Ｇ， Ｒｏｅｓｓｌｅｒ Ｐ， Ｆａｃｃｉｏｔｔｉ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｏｌｙｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄｓ ｂｙ ｐｏｌｙｋｅｔｉｄｅ ｓｙｎｔｈａｓｅｓ ｉｎ ｂｏｔｈ
ｐｒｏｋａｒｙｏｔｅｓ ａｎｄ ｅｕｋａｒｙｏｔｅｓ［Ｊ］ ． Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００１，２９３：２９０⁃２９３．
２６ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １１ 卷