高细胞密度发酵技术的研究进展
高细胞密度发酵( high cell density fermentation，HCDF) 是应用一定的培养技术和设备来提高菌体生物量与目标产物比、获得高外源蛋白产率的发酵术。其发展至今仅20 年左右历史，最简单的应用例子是生产面包酵母，利用烷烃或有机废水生产单细胞蛋白也是该技术的雏形应用实例。随着许多重要工业微生物的遗传背景和生理特性被逐渐认识，高细胞密度发酵技术也在该基础上拓展了其应用领域。引自黄莉娟《高细胞密度发酵技术的研究进展》。
高细胞密度概念
高细胞密度是一个相对概念，一般认为上限值为150
～ 200 g /L，下限值为20 ～ 30 g /L，但是对于一些极端微生物或自养微生物，细胞浓度如果达到1 g /L 也可算
高细胞密度。广义来讲，凡是细胞密度比较高，以至接近其理论值均可称为高细胞密度。
高细胞密度发酵的优点
利用高细胞密度发酵技术可以提高单位体积培养液中菌体的浓度，进而提高体积产率; 相应的缩小反应器体积，缩短生产周期，减少设备投资; 强化 后续分离提取，并在一定程度上减少废水量; 降低生产成本， 提高综合生产效率。
高细胞密度发酵的应用领域
1、在生物制品中的应用
试验研究表明，高密度发酵技术在利用工程菌生产各种干扰素、生长因子、生物酶、肽类、多糖等活性成分过程中得到了广泛应用。
2、在食品工业中的应用
高细胞密度发酵技术可用于活细胞( 即为所需产物) 的培养，如通过改善培养环境和调控方式得到乳酸菌的高密度发酵，应用于乳制品行业。另外，高细胞密度发酵还可用于酵母菌生产酒精和利用螺旋藻细胞生产螺旋藻等。
高细胞密度发酵技术建立策略
影响高细胞密度发酵的因素非常多，如接种量、营养物质、抑制性物质的积累、溶解氧浓度、培养温度、pH 值、补料方式及发酵液流变学特性等。要建立高细胞密度发酵技术，需在传统发酵技术的基础上对培养环境、培养方式、诱导策略及生物反应器等进行优化选择。
1、培养环境及其优化
1培养基组成
2培养条件
3有害代谢产物的调控
2、培养方式的选择
实现高细胞密度发酵的方法主要有补料分批培养，在有生长抑制物存在时的渗析、透析及过滤 培养，细胞的固定化培养以及微孔膜截流的细胞循环培养 等，其中补料分批培养研究最为完善且使用最为广泛。
3、产物诱导策略
对于许多带有诱导型启动子重组生物体的高细胞密度发酵，只有将生长期和产物形成期分开才能获得最大生产率。若诱导物或产物对细胞有毒性危害，应人为地将诱导期和生长期分开，即采用两级连续培养模式。表达产物的诱导一般在菌体的对数生长期或对数生长中后期，即A600为0． 5 ～ 0． 7 时进行。
4、培养过程的测控
高细胞密度发酵过程测控系统是发酵系统中重要的组成部分，通过测控系统可对发酵过程实施 有效的检测与控制，确保发酵生产过程正常运行，以提高发 酵的产量和质量。传统测控方式为离线检测，即根据发酵生 产时间进行取样检测，该方法不能实时监控发酵过程，测控 效率低，甚至有可能影响发酵生产。随着科学技术发展，在 线监控，即通过软测量技术实时检测、实时反馈，能更好地指 导生产，越来越多的应用到发酵生产过程中。
5、生物反应器的选择
生物反应器的选择通常用于高细胞密度培养的生物反应器类型包括普通搅拌发酵罐、带有外置或内置式细胞持留装置的搅拌发酵罐、透析膜反应器、气旋式反应器、气升式反应器和振动陶瓷瓶反应器等。
6、诱导阶段甲醇流加方法概述
有些高密度培训不是为了获得细胞，而是提高蛋白表达，如巴斯德毕赤酵母表达系统，其作为一种真核表达系统，自20
世纪80 年代发展至今，已经显现出诸多优势。且在载体构建和新型菌株的开发方面，已
经取得卓有成效的研究成果，试验结果表明，在毕赤酵母诱导表达阶段，甲醇浓度的控制是至关重要。目前常采用以下3 种方式来调控甲醇的流加：（1）根据溶
氧控制甲醇流加。（2）通过气相色谱控制甲醇流加。 （3）甲醇甘油混合流加。
引自：闵兆升等：《巴斯德毕赤酵母（P.pastoris）高密度发酵研究进展》
总结
高密度发酵技术相比普通发酵技术具有独特的优势，将其应用于各种微生物产品的高效表达能极大降低生产成本，提高生产效率，但因技术条件的不成熟和设备投资的不足使得其产业化应用受到限制。着重于研究解决高密度发酵实际生产过程中遇到的问题，并且将高细胞密度发酵技术从工程菌的培养推广至非工程菌的培养比如培养醋酸菌产醋酸等，这将是今后的研究重点。
