文档介绍：(八)高密度发酵及过程控制
1. 高密度发酵
1. 高密度发酵
代谢产物的合成是靠菌体作为生产者来完成的。
高细胞密度发酵就是为了适应这一要求而得到广泛的重视。
高密度发酵:在发酵过程中保持较高的细胞密度,同时细胞或菌体的生产能力保持在较佳的状态。
高细胞密度发酵成功的实例
菌种
特征
基础培养基
发酵罐类型
培养方法
细胞干重(g/L)
培养时间(h)
产率
(g/L)/d
大肠杆菌
需氧、葡萄糖过量、形成乙醇
葡萄糖矿物盐或甘油矿物盐
搅拌罐
葡萄糖(甘油)非限制指数补料
140~150
30~40
90~100
枯草杆菌
嗜温菌
含葡萄糖的完全培养基
搅拌罐
补料分批培养,以葡萄糖调节pH
185
30
160
毕氏酵母
嗜温菌
葡萄糖矿物盐
搅拌罐
补料分批培养,补甲醇
100
50~120
120~150
酿酒酵母
嗜温菌
含葡萄糖的完全培养基
搅拌罐
连续培养,流加葡萄糖
210
80
50~150
使用最低合成培养基以便进行准确的培养基设计和计算生长得率。
优化细胞生长速率,使得碳源能被充分利用和获得较高的产率,用养分流加来限制菌的生长速率还能控制培养物对氧的需求和产热速率。
可用碳源作为限制性养分,且采用补料分批发酵来实现高密度发酵。
用于高密度发酵的生物反应器类型:
搅拌罐,透析膜反应器,
气升式反应器,气旋式反应器
在工业化生产中,通常采用的是搅拌罐与补料工艺来进行高细胞密度发酵。
重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键技术是补料策略,限制性基质(葡萄糖)的流加模式有3种:恒速流加补料、变速流加补料和指数流加补料。
4. 高密度发酵存在的问题
水溶液中的固体与气体物质的溶解度,基质对生长的限制或抑制作用,基质与产物的不稳定性和挥发性,产物或副产物的积累达到抑制生长的水平,高浓度的CO2与热的释放速率,高的氧需求以及培养基的粘度不断增加等。
1. 泡沫的产生及其影响
泡沫的产生
通气和搅拌
代谢气体的逸出
存在稳定泡沫的表面活性物质
1. 泡沫的产生及其影响
泡沫的类型
一类存在于发酵液的液面上。这类泡沫气相所占比例特别大,并且泡沫与它下面的液体之间有能分辨的界线。如在某些稀薄的前期发酵液或种子培养液中所见的泡沫。
另一类出现在粘稠的菌丝发酵液当中。这种泡沫分散很细,而且很均匀,也较稳定。泡沫与液体间没有明显的波面界限,在鼓泡的发酵液中气体分散相占的比例由下而上地逐渐增加。
泡沫的不利影响
降低了发酵罐的装料系数
增加了菌群的非均一性
增加了染菌机会
大量起泡引起“逃液”,导致产物的损失
泡沫严重时会影响通气搅拌的正常进行
消泡剂的加入将给提取工序带来困难
1. 泡沫的产生及其影响