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流加培养和分批培养的原理及应用
来源: 苏州阿尔法生物 时间:2022-04-01

    流加培养和分批培养的原理及应用如下:在补料分批培养中,在无菌条件下添加营养;它是一个半开放系统,生物反应器中液体培养物的体积随着培养物的系统添加而增加。补料分批培养的生产力更高,通过可控的顺序添加营养物产量更高,能够实现更高的细胞密度,并延长产品合成时间。

      与分批培养相比,分批补料的主要优点是:

长期合成产品, 通过增加细胞的数量,从而增加与生物质浓度成正比的产品量,可以在该过程中实现更高的效率, 通过控制连续添加养分来提高产量和生产力, 它允许生物反应器在正常情况下为下一批准备的非盈利时期用于生产。在分批补料过程中,通常不需要在整个发酵过程中去除肉汤,但添加的限制性营养物质的量决定了反应速率。

流加培养

图:分批补料反应器符号和 该图显示了具有初始分批阶段的底物限制补料分批培养的原理。在初始底物消耗后,开始连续且恒定地供给底物。图片来源:

分批补料培养具有以下优点:

可以通过限制底物浓度来控制分解代谢物抑制和 Crabtree 效应。

可以实现细胞的高细胞密度

有可能增加非生长相关代谢物的产生。

必要时可降低肉汤粘度。

它允许通过蒸发来补充水分损失。 

流加培养原理

初始过程类似于分批培养,在发酵开始时添加所有底物。

通常仅在操作期结束时收获培养液,全部或部分(剩余部分用作下一次重复运行的接种物)

在补料分批培养中,随着发酵的进行逐步添加底物。这些底物在生产阶段以低浓度添加。

在操作过程中,有一种或多种进料流,但没有流出物。为了控制进料过程,测量了许多与底物代谢相关的间接参数,因为不可能直接和连续地测量底物浓度。 

因此,在操作过程中培养体积会增加,直到体积满为止。

分批培养的过程

1. 该过程将以分批发酵开始并消耗底物、营养物或诱导剂。 

2. 新鲜培养基将通过各种进料流添加。

3. 使用分批工艺对微生物进行接种和生长一段时间,然后在发酵的剩余过程中将营养物质以增量的方式添加到发酵罐中。

4. 通过在运行期间控制进料速率,将碳、氮、磷酸盐、营养物、前体或诱导剂间歇性或连续地添加到培养物中。

分批培养

常见的进料策略

1.不连续进料,通过规则或不规则的底物脉冲和

根据预先计算的数据或基于与细胞生长和新陈代谢相关的在线测量变量的反馈控制设计的2.定期连续喂养营养物

由于添加了新鲜的养分,大量的生物量积累通常发生在指数生长期间。

因此,当所需产品与微生物生长呈正相关时,补料分批发酵对于以高生物质密度或高产品产量为目标的生物工艺非常有用。

3.生长速率可以通过底物浓度来控制,以避免分解代谢物的抑制。

4.产品仅在运行结束时收获。 

5.在操作过程中培养体积会增加,直到体积满。 

此后,使用批处理模式来获得最终结果。

流加培养的应用

分批培养的类型

1. 定容补料培养

该程序包括将限制性底物送入非常浓缩的反应器,因此体积不会显着增加。

为了达到几乎恒定的培养体积,生长限制底物必须以浓缩液体或气体的形式、通过透析纯化的形式或通过辐射灭菌的方式供给。

恒体积补料分批系统已用于在需氧条件下培养的超嗜热古细菌。

2. 可变容量流加培养

它是一种补料分批发酵,涉及添加随着发酵时间而改变工作体积的底物进料。

体积变化会受到工艺要求、时间可用性和发酵工艺目标的影响。

在可变容量分批补料过程中,可以根据以下选项确定补料策略 

对于批处理,可以使用类似的培养基成分。

根据需要,可以根据需要和需要只添加浓度与批处理所用浓度相似的限制性底物,而其余的培养基成分则可以在开始时以与总底物相同的速率添加反应器体积。

可以以缓慢的速度添加浓缩形式的有限底物,以防止发酵液过度稀释

3. 重复或循环补料分批培养

在此过程中,当发酵达到稳定期且细胞生长没有显着变化(由于底物耗尽或产物抑制)时,从发酵罐中去除一定量的废液,然后添加新鲜的营养培养基。

通过这种去除和添加,发酵罐中的底物浓度增加,从而导致比生长速率增加。

然而,随着衬底被消耗,比生长速率再次降低并达到准稳态。

通过使用磷补料策略,重复补料分批培养用于优化青霉素 G 生物合成的条件。

4. 单次补料工艺

在单次补料分批培养中,在发酵过程中添加补料溶液,但不去除用过的肉汤。

相比之下,这种方法的主要缺点是直到分批补料过程结束时才使用大量发酵液。

因此,反应器体积可能是发酵持续时间的严重限制因素。