L-羥脯氨酸作為膠原蛋白的關鍵成分之一，在醫(yī)藥、化妝品及食品工業(yè)中具有重要應用價值。傳統(tǒng)發(fā)酵法生產L-羥脯氨酸面臨產量低、過程控制粗放等挑戰(zhàn)。蔡萌萌團隊的最新研究聚焦于利用先進的活細胞在線監(jiān)控技術，對L-羥脯氨酸的補料發(fā)酵工藝進行系統(tǒng)性優(yōu)化，旨在實現高效、穩(wěn)定的工業(yè)化生產。

研究團隊首先構建了能夠高產L-羥脯氨酸的工程菌株，并在此基礎上，引入了先進的活細胞在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時監(jiān)測發(fā)酵過程中的關鍵生理參數，如細胞密度、活力、關鍵代謝物濃度及OUR（攝氧率）、CER（二氧化碳釋放率）等，實現了對發(fā)酵狀態(tài)的精準感知。這種實時、在線的數據反饋，為動態(tài)調整補料策略提供了堅實的數據基礎。

核心的工藝創(chuàng)新在于，團隊開發(fā)了一套與活細胞狀態(tài)聯動的智能補料策略。傳統(tǒng)的補料發(fā)酵往往依賴于固定的時間或底物消耗模型進行補料，難以應對發(fā)酵過程中細胞的動態(tài)變化。本研究則根據在線監(jiān)控得到的活細胞生理狀態(tài)信息，特別是與脯氨酸羥化過程密切相關的輔因子需求、前體物質積累及細胞代謝負荷，動態(tài)調整葡萄糖、前體氨基酸、以及關鍵誘導劑或輔因子的流加速率和時機。例如，當監(jiān)控系統(tǒng)檢測到細胞處于高活力、低代謝副產物的“黃金窗口期”時，系統(tǒng)會智能增加前體物質的補料速率，以最大化羥化反應的效率。

實驗結果表明，應用該活細胞在線監(jiān)控指導的補料發(fā)酵工藝，L-羥脯氨酸的產量較傳統(tǒng)工藝提升了約35%，同時發(fā)酵周期縮短了約18%。更重要的是，工藝的穩(wěn)定性和重復性得到顯著改善，有效降低了批次間的差異，為規(guī)模化生產奠定了關鍵技術基礎。

蔡萌萌團隊的這項研究，不僅為L-羥脯氨酸的高效生物制造提供了一種創(chuàng)新的解決方案，更展示了將先進的在線過程分析技術（PAT）與發(fā)酵過程控制深度融合的巨大潛力。該策略可推廣至其他高附加值氨基酸或次級代謝產物的發(fā)酵生產，對推動整個微生物發(fā)酵產業(yè)的智能化、精細化升級具有重要的參考價值。結合機器學習模型對監(jiān)控數據進行深度挖掘與預測，有望實現完全自主優(yōu)化的“智能發(fā)酵”過程。