第七章补料发酵

1、7.5 补料分批培养补料分批培养补料分批培养补料分批培养:一种介于分批培养和连续培一种介于分批培养和连续培养之间的操作方式养之间的操作方式,在进行分批培养的时候在进行分批培养的时候,向反应器内加入培养基的一种或多种成分向反应器内加入培养基的一种或多种成分,以达到延长生产期和控制培养过程的目的以达到延长生产期和控制培养过程的目的.补料分批发酵适用的范围补料分批发酵适用的范围:1.细胞的高密度培养细胞的高密度培养2.分解代谢物阻遏培养过程分解代谢物阻遏培养过程3.营养缺陷性菌株的培养营养缺陷性菌株的培养4.前体的补充前体的补充7.5.1补料分批培养补料分批培养补料操作可分为补料操作可分为:间歇补料

2、间歇补料;连续流加连续流加.7.5.1恒速流加恒速流加假定假定:只存在一种限制性基质只存在一种限制性基质;细胞的得率不细胞的得率不变变.进行补料分批培养时进行补料分批培养时,由于培养基的加入由于培养基的加入,培培养液的体积不断变化养液的体积不断变化,整个反应器中细胞整个反应器中细胞,限限制性基质和产物的总量变化规律制性基质和产物的总量变化规律:d(VX)/dt =XVd(VS)/dt =FSF -1/Yx/s d(VX)/dtd(VP)/dt =QpVXdV/dt=Fd(VX)/dt =V dX/dt + X dV/dtdX/dt = (-D)X同理可以推出同理可以推出:dS/dt = D(S

3、F-S)X/Y x/sdP/dt =Q pX -DP连续培养的稀释率和恒速补料稀释率不同连续培养的稀释率和恒速补料稀释率不同连续培养的稀释率表示因洗掉而被稀释连续培养的稀释率表示因洗掉而被稀释;恒速补料稀释率恒速补料稀释率:因体积增大而稀释因体积增大而稀释DXSt在流加时间在流加时间t的培养液体积的培养液体积V为为 V=V0 +Ft则稀释率为则稀释率为:D=F/(V0+Ft)稀释率对时间的变化率为稀释率对时间的变化率为dD/dt = -F2/V2=-F2/(V0+Ft)2V0PmAm,那么那么SDF=SD,则则X = P mAm(SDF-S)mV7.6.2 过滤和培养耦合过滤和培养耦合F,SF

4、X,S,P,VFm,SmFF,S,P物料平衡物料平衡d(XV)dt= XVd(SV)dt= FS F +F mSm-FFS-XVYx/sd(PV)dt= QpXV -FFPdVdt= F+F m-FF如果维持培养液体积不变如果维持培养液体积不变,F +Fm=FFQpXVFFP=7.7 基因工程菌的培养基因工程菌的培养 基因工程菌在培养过程中基因工程菌在培养过程中,可能产生不可能产生不稳定问题稳定问题,发生外源基因的丢失或变异发生外源基因的丢失或变异,从从而失去外源基因产物的生产性能而失去外源基因产物的生产性能.基因工程菌不稳定与菌株的构建、培养基因工程菌不稳定与菌株的构建、培养条件密切相关。条

5、件密切相关。7.7.1 脱落性不稳定对发酵的影响脱落性不稳定对发酵的影响 影响基因工程菌不稳定因素很多下影响基因工程菌不稳定因素很多下面着重从发酵工程的角度讨论影响工程面着重从发酵工程的角度讨论影响工程菌稳定性的因素。菌稳定性的因素。N(2- p )Np PP2P-Fn = 1-? - p1 ? - p2n(?+P-1)F=NN+P图图8-42描绘了上式反映的描绘了上式反映的?和和p对对F25的影响的影响,图图8-43是培养过程中基因工程菌比例的变化是培养过程中基因工程菌比例的变化与与?的关系的关系.由于丢失质粒的菌体的生长优势由于丢失质粒的菌体的生长优势,一旦发生质粒的丢失一旦发生质粒的丢失

6、,基因工程菌的比例会基因工程菌的比例会迅速下降迅速下降. 以上模型描述了恒定比生长速率的情以上模型描述了恒定比生长速率的情况况,但是在发酵过程中限制性基质浓度和菌但是在发酵过程中限制性基质浓度和菌体的比生长速率都灰改变体的比生长速率都灰改变,基因工程菌的组基因工程菌的组成显示出更复杂的变化成显示出更复杂的变化.2).Ollis和和 Chang针对质粒丢失提出了一个针对质粒丢失提出了一个模型模型,并讨论了对产物的影响并讨论了对产物的影响.dX+dt=m+SKs+S(1-p)X+dX-dt=m-SKs+S(1-p)X-+mX+SKs+Sp因此因此dX-dX+=m-X- +m + X+ p(1-p)m +X+= =X-X+=(?+p-1) 0+p(X+/X0+)?/(1-p)-1-p? +p-1关于限制性底物关于限制性底物,有有-dS/dt =dX+Y+dt1+dX-Y-dt1dtdP/dt =dX+ X X+ + 根据图可以知道分批培养中丢失质粒的根据图可以知道分批培养中丢失质粒的细胞比例逐渐增大细胞比例逐渐增大,在种子中含有较多丢失基在种子中含有较多丢失基因工程质粒细胞时尤