高密度发酵补料操作的依据是什么？

2020.5.18

前言：FBC操作的依据是什么？时间？生物量？底物浓度？pH变化？DO反弹？还是别的？如果不是很清楚的话，此文可能对你有帮助。

一发酵补料操作的意义

①解除底物抑制、产物反馈抑制和分解代谢物的阻遏；

②避免一次投料过多造成细胞大量生长所引起的一切影响，改善发酵液流变学性质；

③可提高发芽孢子的比例，控制细胞质量；

④不需要严格的无菌条件，产生菌不易老化变异，比连续发酵适用广泛。

二补料项

常规补料内容包括一下5组因子：

①补充菌体所需的能源和碳源，如葡萄糖和液化淀粉等 ;

②补充菌体所需氮源，如蛋白胨、豆饼粉、玉米浆、酵母粉和尿素等有机氮源，有些发酵还采取通入氨气或添加氨水等 ;

③加入某些菌体生长代谢所需的微量元素和无机盐，如磷酸盐、硫酸盐等 ;

④对于产诱导酶的微生物，常在补料中适当加入该酶的作用底物，以提高酶的产量 ;

⑤对一些抗生素发酵，往往需要补充抗生素形成的前体

对于具体的发酵项目需要选择哪些因素作为补料项，需要根据菌种情况而定，举例说明如下：

三十种补料工艺方案

1无反馈控制的补料

这种控制方式所加入营养物的流量是预先设定的。因此，反映系统状态的数学模型的准确程度是成败的关键。目前无反馈控制补料方式有三种 :恒速补料、变速补料和指数补料。

1.1 恒速补料

在恒速补料发酵中，以预先设定的恒定速率补加限制性营养物。相对菌体来说，营养物浓度是逐渐降低的，菌体比生长速率也是下降的，而菌体总量是线性增加的。

恒速补料在一定程度上满足了菌体对养料的需要，避免了营养物抑制，但这种方法往往只是根据一个参数指标控制的。

1.2 变速补料

变速补料是在培养过程中补加速率以梯度、阶段或线性等方式不断增加。它可以在菌体浓度较高的情况下加入更多营养物来促进细胞的生长，实现细胞比生长速率不断增加，有利于产物的形成。尽管比较粗糙，但要优于恒速补加法。

1.3 指数补料

指数补料是一种简单而行之有效的方法。补加速率呈指数增加，它能够使反应器中营养物浓度控制在较低的水平，而使菌体的比生长速率为恒定值，菌体密度呈指数增加。指数补料较好地配合菌体的生长过程，又不需要特别复杂的仪器，因而，受到了较多的重视。大肠杆菌高密度培养中最成功的手段就是指数补料。当然，这种方法需要对发酵的具体过程有充分的了解，以确定合适的补料参数。

2 反馈控制补料

发酵过程常会与预设过程有偏差，及时地纠正偏差，可使反应朝预定方向进行，否则将很难达到预期的目标。反馈控制补料就是在发酵过程中对反应器内的营养物浓度、产物浓度以及细胞浓度等参数进行实时或在线检测和控制。

直接测量参数为温度、pH、溶解氧浓度、光密度、营养物浓度、压力和尾气成分等，它们均可用仪器设备直接测量。

间接测量参数包括比生长速率、菌体细胞浓度、摄氧率、氧气转移率、二氧化碳增长率和呼吸熵等。它们可用一个或多个直接测量参数值评估或计算得到。

2.1 简单反馈控制补料

营养物消耗与 pH 或溶解氧相偶联，保持这些参数保持恒定即可在间接程度上控制菌体的营养状况。通常通过 p H 下降或DO反弹反馈补充碳源，维持大肠杆菌发酵液的 pH 恒定可推迟比生长速率下降的时间，该方法操作较为简单，但带有经验性，易滞后。

2.2 根据营养物摄取或需求量来控制补料

通过检测培养基中营养物浓度，设定营养物控制在设定范围值内。这类方法在补料控制中比较常见，控制的对象往往是葡萄糖或甘油或甲醇浓度等。如也可用其它测定方法或参数来评估和预测营养物中葡萄糖消耗率，如建立溶氧或pH和底物消耗的关系，估测当前的底物浓度或建立拟合曲线，决定当前补料操作。

2.3 根据比生长速率来控制补料

菌体的比生长速率μ越大，说明该微生物生长得越快，消耗营养物越多，通过计算菌体的比生长速率和产物的最佳生成关系，通过反馈调节葡萄糖补加速率、调节转速和通气控制溶氧等措施控制比生长速率μ。

2.4 根据尾气成分分析来控制补料

营养物的利用通常伴随着 CO2 等气体的释放。测定出口气体，类似于分析营养物，也能用来控制补料速率。这种控制方法比较简单，可用于产气发酵的控制，但易滞后。