流加培養(yǎng)和分批培養(yǎng)的原理及應(yīng)用如下：在補(bǔ)料分批培養(yǎng)中，在無菌條件下添加營(yíng)養(yǎng)；它是一個(gè)半開放系統(tǒng)，生物反應(yīng)器中液體培養(yǎng)物的體積隨著培養(yǎng)物的系統(tǒng)添加而增加。補(bǔ)料分批培養(yǎng)的生產(chǎn)力更高，通過可控的順序添加營(yíng)養(yǎng)物產(chǎn)量更高，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的細(xì)胞密度，并延長(zhǎng)產(chǎn)品合成時(shí)間。

      與分批培養(yǎng)相比，分批補(bǔ)料的主要優(yōu)點(diǎn)是：

長(zhǎng)期合成產(chǎn)品， 通過增加細(xì)胞的數(shù)量，從而增加與生物質(zhì)濃度成正比的產(chǎn)品量，可以在該過程中實(shí)現(xiàn)更高的效率， 通過控制連續(xù)添加養(yǎng)分來提高產(chǎn)量和生產(chǎn)力， 它允許生物反應(yīng)器在正常情況下為下一批準(zhǔn)備的非盈利時(shí)期用于生產(chǎn)。在分批補(bǔ)料過程中，通常不需要在整個(gè)發(fā)酵過程中去除肉湯，但添加的限制性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量決定了反應(yīng)速率。

圖：分批補(bǔ)料反應(yīng)器符號(hào)和 該圖顯示了具有初始分批階段的底物限制補(bǔ)料分批培養(yǎng)的原理。在初始底物消耗后，開始連續(xù)且恒定地供給底物。圖片來源：

分批補(bǔ)料培養(yǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可以通過限制底物濃度來控制分解代謝物抑制和 Crabtree 效應(yīng)。

可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的高細(xì)胞密度

有可能增加非生長(zhǎng)相關(guān)代謝物的產(chǎn)生。

必要時(shí)可降低肉湯粘度。

它允許通過蒸發(fā)來補(bǔ)充水分損失。 

流加培養(yǎng)原理

初始過程類似于分批培養(yǎng)，在發(fā)酵開始時(shí)添加所有底物。

通常僅在操作期結(jié)束時(shí)收獲培養(yǎng)液，全部或部分（剩余部分用作下一次重復(fù)運(yùn)行的接種物）

在補(bǔ)料分批培養(yǎng)中，隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐步添加底物。這些底物在生產(chǎn)階段以低濃度添加。

在操作過程中，有一種或多種進(jìn)料流，但沒有流出物。為了控制進(jìn)料過程，測(cè)量了許多與底物代謝相關(guān)的間接參數(shù)，因?yàn)椴豢赡苤苯雍瓦B續(xù)地測(cè)量底物濃度。 

因此，在操作過程中培養(yǎng)體積會(huì)增加，直到體積滿為止。

分批培養(yǎng)的過程

1. 該過程將以分批發(fā)酵開始并消耗底物、營(yíng)養(yǎng)物或誘導(dǎo)劑。 

2. 新鮮培養(yǎng)基將通過各種進(jìn)料流添加。

3. 使用分批工藝對(duì)微生物進(jìn)行接種和生長(zhǎng)一段時(shí)間，然后在發(fā)酵的剩余過程中將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以增量的方式添加到發(fā)酵罐中。

4. 通過在運(yùn)行期間控制進(jìn)料速率，將碳、氮、磷酸鹽、營(yíng)養(yǎng)物、前體或誘導(dǎo)劑間歇性或連續(xù)地添加到培養(yǎng)物中。

常見的進(jìn)料策略：

1.不連續(xù)進(jìn)料，通過規(guī)則或不規(guī)則的底物脈沖和

根據(jù)預(yù)先計(jì)算的數(shù)據(jù)或基于與細(xì)胞生長(zhǎng)和新陳代謝相關(guān)的在線測(cè)量變量的反饋控制設(shè)計(jì)的2.定期連續(xù)喂養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)物

由于添加了新鮮的養(yǎng)分，大量的生物量積累通常發(fā)生在指數(shù)生長(zhǎng)期間。

因此，當(dāng)所需產(chǎn)品與微生物生長(zhǎng)呈正相關(guān)時(shí)，補(bǔ)料分批發(fā)酵對(duì)于以高生物質(zhì)密度或高產(chǎn)品產(chǎn)量為目標(biāo)的生物工藝非常有用。

3.生長(zhǎng)速率可以通過底物濃度來控制，以避免分解代謝物的抑制。

4.產(chǎn)品僅在運(yùn)行結(jié)束時(shí)收獲。 

5.在操作過程中培養(yǎng)體積會(huì)增加，直到體積滿。 

此后，使用批處理模式來獲得最終結(jié)果。

分批培養(yǎng)的類型

1. 定容補(bǔ)料培養(yǎng)

該程序包括將限制性底物送入非常濃縮的反應(yīng)器，因此體積不會(huì)顯著增加。

為了達(dá)到幾乎恒定的培養(yǎng)體積，生長(zhǎng)限制底物必須以濃縮液體或氣體的形式、通過透析純化的形式或通過輻射滅菌的方式供給。

恒體積補(bǔ)料分批系統(tǒng)已用于在需氧條件下培養(yǎng)的超嗜熱古細(xì)菌。

2. 可變?nèi)萘苛骷优囵B(yǎng)

它是一種補(bǔ)料分批發(fā)酵，涉及添加隨著發(fā)酵時(shí)間而改變工作體積的底物進(jìn)料。

體積變化會(huì)受到工藝要求、時(shí)間可用性和發(fā)酵工藝目標(biāo)的影響。

在可變?nèi)萘糠峙a(bǔ)料過程中，可以根據(jù)以下選項(xiàng)確定補(bǔ)料策略 

對(duì)于批處理，可以使用類似的培養(yǎng)基成分。

根據(jù)需要，可以根據(jù)需要和需要只添加濃度與批處理所用濃度相似的限制性底物，而其余的培養(yǎng)基成分則可以在開始時(shí)以與總底物相同的速率添加反應(yīng)器體積。

可以以緩慢的速度添加濃縮形式的有限底物，以防止發(fā)酵液過度稀釋

3. 重復(fù)或循環(huán)補(bǔ)料分批培養(yǎng)

在此過程中，當(dāng)發(fā)酵達(dá)到穩(wěn)定期且細(xì)胞生長(zhǎng)沒有顯著變化（由于底物耗盡或產(chǎn)物抑制）時(shí)，從發(fā)酵罐中去除一定量的廢液，然后添加新鮮的營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基。

通過這種去除和添加，發(fā)酵罐中的底物濃度增加，從而導(dǎo)致比生長(zhǎng)速率增加。

然而，隨著襯底被消耗，比生長(zhǎng)速率再次降低并達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。

通過使用磷補(bǔ)料策略，重復(fù)補(bǔ)料分批培養(yǎng)用于優(yōu)化青霉素 G 生物合成的條件。

4. 單次補(bǔ)料工藝

在單次補(bǔ)料分批培養(yǎng)中，在發(fā)酵過程中添加補(bǔ)料溶液，但不去除用過的肉湯。

相比之下，這種方法的主要缺點(diǎn)是直到分批補(bǔ)料過程結(jié)束時(shí)才使用大量發(fā)酵液。

因此，反應(yīng)器體積可能是發(fā)酵持續(xù)時(shí)間的嚴(yán)重限制因素。

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