高密度发酵
发酵工艺优化 高密度发酵 免费
发酵工艺优化前言：发酵工艺的优化在发酵行业起到很大的作用,尤其是在发酵生产中,它是提高发酵指标的一项非常,有用的技术手段.同时也是搞发酵行业的人的必备知识要求之一,借此我想通过和大家交流共同提高发酵方面的知识水平.一、发酵工艺优化方法与思路:发酵工艺优化的方法有很多,它们之间不是孤立的,而是相互联系的。
在一种发酵中,往往是多种优化方法的结合,其目的就是发酵是细胞大规模培养技术中最早被人们认识和利用的。
发酵技术在医药、轻工、食品、农业、环保等领域的广泛应用，使这一技术在国民经济发展中发挥着越来越重要的作用。
为了提高发酵生产水平，人们首先考虑的是菌种的选育或基因工程的构建。
而实际上，发酵工艺的优化，包括生物反应器中的工程问题，也同样非常重要。
发酵环境条件的优化是发酵过程中最基本的要求，也是最重要、最难掌握的技术指标。
温度、pH值、溶氧、搅拌转速、氨离子、金属离子、营养物浓度等的优化控制，依据不同的发酵而有所不同。
同时，微生物在生长的不同阶段、生产目的代谢产物的不同时期，对环境条件可能会有不同的要求。
因此，应该在生物反应器内，使温度、pH值、溶氧、搅拌转速等不断变换，始终为其提供最佳的环境条件，以提高目的产物的得率,在发酵放大实验中，一般都很注重寻找最佳的培养基配方和最佳的温度、pH值、溶氧等参数，但往往忽视了细胞代谢流的变化。
例如：在溶解氧浓度的测量与控制时，关心的是最佳氧浓度或其临界值，而不注意细胞代谢时的摄氧率；用氨水调节pH值时，关心的是最佳pH值，却不注意添加氨水时的动态变化及其与其他发酵过程的参数的关系，而这些变化对细胞的生长代谢却非常重要。
注意:大家可以从以下各个方面进行交流.尽量能够分类进行叙述,我总结了以下几累,也不是很全,当然从其他的方面进行交流也可以,但是希望你注明附加说明!二. 好氧发酵1. PH工艺的优化2. 溶氧工艺的优化3.原材料工艺的优化4.消毒(灭菌)工艺的优化5.菌种制备工艺的优化6.小试到中试,中试到生产等扩大实验的工艺优化7.成本工艺优化8.种子罐工艺的优化9.发酵罐工艺参数控制的优化10.仪表控制的工艺优化11.环境的工艺优化12.染菌处理的工艺优化13.紧急情况处理的工艺优化(停电\停水\停气\停汽等)14.补料工艺的优化15.倒种工艺的优化16发酵设备的工艺优化17.其他的工艺优化三. 厌氧工艺的优化四.固体发酵的工艺优化五.其他1. PH工艺的优化A.配料中的PH 很重要,其中有配前PH,配后PH,消前PH,消后PH,接种前PH,工艺控制PH等,配前PH,配后PH,可以用来检测厡材料的质量,初步估计配料的情况,如果出了错误,有时候可以从PH中的变化看出来,能够减少错误的发生.B.另外,每次有新的配方我们总是要用PH方法检测其中的每种厡材料是否会和其他的发生反应,可以互相两两混合,检测PH的变化,也可以用来作为配微量元素的检测.C.消前PH可以用来减少消毒过程对培养基的破坏,因为培养基在消毒中会有PH的变化,在不同的PH条件下对培养基破坏也不一样,因此可以在消毒的时候选择合适的PH,消毒完后可以调节过来,这样一来可以对PH敏感的一些原材料减少破坏,这种方法在生产中已经取得了初步的成绩,提高了指标.D.工艺控制的PH,在发酵的产抗期间,通过在不同的发酵时间调整不同的PH,可以减少杂质的产生,同时还可以缓解溶氧,比如在头孢发酵中,通过在后期调整PH可以减少DCPC的含量,给提取工序带来很大的好处,E.补料罐通过PH的调节可以更好的通过流加物料而不影响发酵.(部分发酵在不同时期的PH有所不同,所以通过补料罐的调整可以对发酵指标有所提高)F.发酵过程中的PH调节可以通过各种方法,不一定要添加氨水和氢氧化钠,可以添加玉米桨等其他的物料来进行调节.G.控制放罐时的PH可以对后面的过滤有所影响,所以一定要控制好放罐前的PHH.绘制种子瓶和种子罐以及发酵罐等整个发酵过程的PH生长曲线,可以用来参考控制工艺,检测无菌情况的发生.六、A. 华东理工大学的张嗣良提出了“以细胞代谢流分析与控制为核心的发酵工程学”的观点。
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法是液体培养方法。
该方法可以在较短的时间内培养大量的酿酒酵母，保证其高密度发酵效果。
下面将介绍该方法的步骤和相关参考内容。
1. 选材和接种选择优质的酿酒酵母菌株作为起始接种源。
酿酒酵母菌株应具有良好的酒精耐受性和产酒酵母所需的其它特性。
参考内容：Chen, X., & Xu, D. (2019). Efficient production of bioethanol from waste cellulosic biomass by engineered industrial Saccharomyces cerevisiae. Bioresource technology, 273, 578-585.2. 培养基配制配制适宜的液体培养基，包括碳源、氮源、矿质盐和一些必要的辅助成分。
碳源通常选择葡萄糖或麦芽糖，氮源可选择酵母膏、酵母提取物或氨基酸等。
参考内容：Swings, J., & De Ley, J. (1977). Gaffkya tetragena genetics and taxonomy. International journal of systematic bacteriology, 27(4), 297-305.3. 培养条件控制调节培养的温度、pH值和氧气供应等条件。
适宜的温度和pH 值有助于提高酵母的生长速率和代谢活性。
氧气供应通常通过搅拌或通气的方式进行控制。
参考内容：Li, H., & Shen, Y. A. (2008). Progress on the continuous production of bioethanol by immobilized yeast cell bioreactor. Renewable Energy, 33(5), 1097-1105.4. 发酵过程监测通过定期取样并测量关键参数来监测发酵过程。
第7章 分批发酵、补料分批发酵与高密度发酵ppt课件
dX X dt
比生长速率μ与细胞种类、培养温度、pH、培养基组成成分和限制性基质浓度等因素有关。在对数生长期内， 细胞的生长不受限制，比生长速率达到最大值μm，
dX m X dt
如在 t1 时的菌体细胞浓度为X1，则在 t2 时的细胞浓度为： X2 =X1 exp［μm(t2 – t1)］ 所以，在对数生长期，细胞浓度随时间指数增长，细胞浓度增长一倍所需的时间称为倍增时间 (doub1ing time，td)。根据式上式可得倍增时间的计算公式：
分批发酵中细胞浓度的变化 1. 延迟期；2. 对数生长期；3. 减速期； 2. 4. 稳定期；5. 衰退期
① 延迟期或延滞期
发酵培养基在接种后，一段时间内细胞浓度的增加不明显，该阶段为延迟期。新环境中存在某些旧环境中没有的营养
物质，细胞须合成有关酶类来利用该营养物质，从而出现延迟期。许多胞内酶需要辅酶或活化剂，它们是一些小分子物质
mS
Ks S
当限制性基质浓度很低时，增加该基质浓度可明显提高细胞的比生长速率，但若该基质浓度与Ks相比已相当高时，再 增大其浓度就不能明显地增加细胞的比生长速率。这时，细胞的比生长速率接近“饱和”。 在培养动植物细胞和微生物细胞生产代谢产物时，产物的最大生产速率往往是在生长受到抑制的情况下得到的。采用 适当的限制性基质限制细胞生长，有时会有利于产物的积累。如：酵母菌Y33::YFD71-3是一株腺嘌呤、组氨酸和亮氨酸缺 陷的基因工程菌. 在进行摇瓶培养时，菌体生长受腺嘌呤限制时菌体分泌的蛋白明显增加，而菌体生长受亮氨酸限制时，蛋白的生产受 到影响。如下表所示。这是因为生长受到腺嘌呤的限制时，过量存在的氨基酸可用于蛋白质合成，而生长受亮氨酸限制时， 蛋白质的合成也受到了限制。
重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程
重组大肠杆菌是一种重要的工业微生物，具有广泛的应用价值。
在大肠杆菌高密度发酵过程中，流程的设计和优化对产品的质量和产量具有重要影响。
本文将围绕重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程展开讨论，探讨其流程设计、优化及相关技术。
通过对该工艺流程的深入研究，不仅可以提高重组蛋白的产量和纯度，还可以降低生产成本，为工业生产提供可靠的技术支持。
一、高密度发酵工艺流程概述1.1 菌种培养和预处理重组大肠杆菌菌种的培养是整个发酵过程的基础。
首先需要进行菌种的接种培养，培养基的选择、发酵条件的控制对于菌种的生长和繁殖至关重要。
对菌种的预处理也至关重要，包括对菌种进行筛选和培养基的调整等。
1.2 发酵过程控制发酵过程控制是重组大肠杆菌高密度发酵的关键环节，包括培养基的添加、通气量的控制、温度、pH值的调节等。
合理的发酵过程控制可以保证菌体的生长和代谢活性，从而提高产物的产量和纯度。
1.3 产物的回收和纯化重组大肠杆菌高密度发酵后，产物的回收和纯化也是至关重要的环节。
通过合理的回收和纯化工艺，可以获得高纯度的重组蛋白产品，满足不同应用领域的需求。
二、高密度发酵工艺流程优化2.1 发酵条件的优化在重组大肠杆菌高密度发酵过程中，发酵条件的优化对产品的产量和质量具有重要影响。
包括但不限于培养基配方的优化、发酵温度、通气量、pH值等参数的优化，通过优化发酵条件可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
2.2 发酵过程监测与控制发酵过程的监测与控制是优化工艺流程的重要手段，包括对菌体生长情况的实时监测、代谢产物浓度的检测以及对发酵过程参数的实时调节等。
通过发酵过程的精准监测和控制，可以最大程度地发挥菌体的生长和代谢潜力。
2.3 产物回收与纯化工艺的改进产物的回收与纯化是影响产品质量的关键因素，通过改进产物回收与纯化工艺，可以提高产品的纯度和收率，降低生产成本，提高经济效益。
三、高密度发酵工艺流程相关技术3.1 培养基配方优化技术合理的培养基配方对于重组大肠杆菌的生长和表达具有重要影响，通过优化培养基配方，可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法酿酒酵母是一种重要的微生物资源，广泛应用于酿造行业。
高密度发酵培养是提高酿酒酵母生产效率的关键技术之一。
本文将介绍一种高密度发酵酿酒酵母的培养方法。
首先，酿酒酵母的培养基是高密度发酵的关键。
传统的酵母培养基主要由碳源、氮源、无机盐和微量元素组成。
在高密度发酵中，碳源的选择对提高酵母生长速度和酒精产生率很重要。
常用的碳源有葡萄糖、麦芽糖和淀粉等。
氮源是合成蛋白质和酵母细胞增殖的关键，常用的氮源有尿素、酵母浸渍物和氨态氮等。
在培养基中添加适量的无机盐和微量元素可以提供必需的元素，维持酵母细胞的正常生长和代谢活动。
其次，培养条件的调控对高密度发酵效果也有影响。
温度是控制酵母生长速率和代谢的重要因素，一般酿酒酵母的适宜培养温度为28-32摄氏度。
pH值是影响酵母生长和酒精产生的重要因素，常规条件下酵母培养基的pH值在4.5-5.5之间。
通风条件也是高密度发酵的重要指标，合理的通风条件有利于提供足够的氧气，促进酵母的代谢活动。
此外，酿酒酵母的菌种的选取也是高密度发酵成功的关键。
目前常用的菌种包括酒链球菌、面包酵母等。
选取适宜的菌株是提高高密度发酵效率的前提，菌株应具有良好的生长能力和耐受性，能够在高浓度的酒精环境中生存和繁殖。
最后，监控和调控发酵过程对高密度发酵的成功也至关重要。
通过监测酵母生长曲线、酒精产量和其它重要的发酵参数，可以及时发现并纠正发酵过程中的问题，提高发酵效果。
在发酵过程中，定期采集发酵液进行物理化学分析和微生物检验，以确保发酵过程的有效控制。
综上所述，高密度发酵是提高酿酒酵母生产效率的重要手段之一。
通过优化培养基组成、调控培养条件、选用合适的菌株以及监控和调控发酵过程，可以取得较高的发酵效果。
酒精工业可以借鉴这些方法，提高酿酒酵母的生产效率，推动酒精工业的可持续发展。
高密度发酵
2.6 代谢副产物
（以大肠杆菌为例）
大肠杆菌高密度培养最关键的问题是代谢 副产物乙酸积累所引起的抑制和毒害作用。 针对这个问题，可以从以下几方面予以考 虑： 发酵过程调控：指数流加；pH、DO在线监 测反馈调节；透析发酵偶联。 代谢工程调控：代谢工程以提高细胞产量、 生产效率及细胞综合生理功能，降低或避 免副产物为目的。与DNA重组技术结合有 目的地改进代谢流流向及中间代谢物。
温度的பைடு நூலகம்控
目前主要的控温策略是手动调节冷却水的 流量 针对不同的发酵过程，罐温控制方式也不 相同。大致分为两类（据发酵过程中最适 温度是否变化）：
定值控制 程序设定控制（例如：自适应PID等）
2.3 pH
发酵体系pH值是发酵液成分与细胞代谢综 合作用的结果。C源消耗而产生的有机酸， CO2的溶解，补料的流加，次级代谢产物的 积累，菌体自溶裂解等都可导致pH的变化。
（2） 定性调控方法（许多公司采用） 集成分析 模式识别 Knowledge-based systems（KBS） Expert systems（专家系统）
pH不仅是反映细胞生长代谢的指标，也是 调控高密度培养的手段
pH调节
pH的调节需要从发酵初始培养基开始，初 始pH不同，最终发酵效果可能也会有很大 差异。发酵过程中pH的调节，可分为两种： 内源性调节：过程中通过补加C、N源调节 （C源经代谢产酸使pH降低；供能不足时， N源的C骨架作为能源参与代谢，产生NH+4, 使pH升高） 调外节源。性氨调水节还：可流以加作酸为（NH源3P。O4）碱（氨水）
3. 补料策略
培养基营养成分过高会抑制细胞的生长， 采用流加补料是提高细胞浓度和外源蛋白 产量的有效方式，高密度培养通过调节限 制性底物的流加速率来调控细胞生长。 目前报道的最高生物量(Methylobacterium extorquens)已达到233 g(DCW／L)；已报 道的高密度培养大肠杆菌最高生物量为 190g(DCW／L)，非常接近大肠杆菌在液体 培养基中可能达到的理论最高生物量水平 200 g(DCW／L)。
第7章 分批发酵、补料分批发酵与高密度发酵
在分批培养中，氧传递系数降低影响微生物生长 提高体积氧传递系数可使微生物由线性生长（1）转变为指数生长（2）
3.分批发酵过程中的代谢变化 （1）菌体生长阶段 发酵前期或菌体生长期。发酵培养基接种后，产生菌经过延迟期，开始 发育、生长和繁殖。直至达到菌体的临界浓度。此阶段的代谢变化，主要是碳、氮源的分解代
第七章 分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵
一. 分批发酵 (batch fermentation) 1. 分批发酵概况操作工艺 2. 分批发酵中的菌体生长规律、代谢变化 3. 分批发酵过程的最优化、生产率 二. 补料分批发酵（Fed-batch Fermentation） 1．补料分批发酵技术含义及二者区别 2．补料分批发酵技术特点和类型： 3．补料分批发酵的适用范围 4. 流加物料的方式和补料分批发酵的技术评价
代谢产物的产量与培养基配方之间的关系很复杂，不能用解析函数形式表示时，可采用实验设计法确 定最优初始浓度。实验设计法的详细介绍可参阅有关专著。
意义：利用最优实验设计法，即使不能提高产量，也可以探索培养基组分的最小需要量，从而避免不 必要的浪费。
m S
Ks S
当限制性基质浓度很低时，增加该基质浓度可明显提高细胞的比生长速率，但若该基质浓度与Ks相比已相当高时，再 增大其浓度就不能明显地增加细胞的比生长速率。这时，细胞的比生长速率接近“饱和”。 在培养动植物细胞和微生物细胞生产代谢产物时，产物的最大生产速率往往是在生长受到抑制的情况下得到的。采用 适当的限制性基质限制细胞生长，有时会有利于产物的积累。如：酵母菌Y33::YFD71-3是一株腺嘌呤、组氨酸和亮氨酸缺 陷的基因工程菌. 在进行摇瓶培养时，菌体生长受腺嘌呤限制时菌体分泌的蛋白明显增加，而菌体生长受亮氨酸限制时，蛋白的生产受 到影响。如下表所示。这是因为生长受到腺嘌呤的限制时，过量存在的氨基酸可用于蛋白质合成，而生长受亮氨酸限制时， 蛋白质的合成也受到了限制。
酵母菌的高密度发酵
3.发酵液流变学
一般发酵液视为拟均相,而在高密度发酵时, 不能忽视菌体所占的体积,表现为气液固三相。 另外,高密度发酵液的粘度也会大幅度增加, 表现为非牛顿型流体,对氧的传递和营养物的 传质都产生较大影响。
4.高密度发酵的研究进展
发酵方式 的选择 提高氧的 供应方法 防止乙醇 的产生 发酵液流 变学
4.4发酵液流变学
对气液固三相发酵液来讲,一般文献大多强 调气液传递,而忽略了液固传递的影响。而在 高密度发酵中,菌体成份不能忽视。李佐虎教 授提出的外界周期刺激强化细胞膜传质新理 论无疑对这方面的研究提供了指导意义。对 于高粘度发酵体系,气升式发酵罐较机械式搅 拌罐具有较强的优势。
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酵母菌的高密度发酵
发酵工程 课程设计第四组
1.什么是高密度发酵
指培养液中工程菌的菌体浓度在50gDCW （菌体干重）/L以上，理论上的最高值可达 200gDCW/L的发酵方式。 高密度发酵可以提高发酵罐内的菌体密度， 提高产物的细胞水平量，相应的减少了生物 反应器（发酵罐）的体积，提高单位体积设 备的生产能力，降低生物量的分离费用，缩 短生产周期，从而达到降低生产成本，提高 生产效率的作用。
3.限制酵母菌高密度发酵的因素
营学
1.营养源 高密度发酵的生物量达150g/L到200g/L,需要投入2 倍到5倍于生物量的基质,加上利用率,实际用量远高 于此值。如按葡萄糖计,酵母菌体得率在好氧条件下, 葡萄糖的理论值是菌体的2倍,而实用为4倍到10倍;在 厌氧条件下,理论值和实用值分别为9倍和60倍到80 倍。根据米氏动力学理论,当营养增加到一定量时 (10ks至20ks),生长显示饱和型动力学,进一步增加底 物浓度,就可能发生一种基质抑制区,表现为迟滞期延 长,比生长速率下降,菌体得率下降。对某些常用营养 的极限指标是铵盐5g/L,磷酸盐10g/L,NaCl10g/L至 20g/L,乙醇100g/L,葡萄糖100g/L。
发酵工程课程设计酵母菌高密度发酵
我们选取的罐压为0.05Mpa.
CO2的影响
酵母生长过程中产生大量的CO2对细胞 具有直接的毒害作用，而且溶解于发酵 液中会导致pH值的下降。发酵液中的 CO2的溶解度达到7.04%就可抑制酵母 细胞的生长，高于4%则生长下降，一 般发酵液中的CO2的溶解度应控制在 1%~3%之间。
溶解氧（DO）的影响
DO是发酵工程中的一个关键限制因素，是高 细胞密度发酵过程中影响酵母生长的重要因 素之一。在高密度发酵的后期由于细胞密度 的扩增，耗氧量极大，发酵罐的各项物理参 数不能满足对氧的供给，造成DO下降，细胞 生长减慢。
溶解氧（DO）范围：40%<DO<60%.
增加发酵液中DO的方法
影响酵母高细胞密度发酵的因素
• 培养基的营养物质 • 溶解氧（DO） • 压力 • CO2 • 温度 • pH值 • 发酵液的流变学 • 接种量 • 生长抑制性物质
培养基的营养物质的影响
所需营养物质：水分、碳源物质、 氮源物质、无机元素、生长因子
培养基中的基质的种类和浓度直接影响到细胞的代 谢变化和产物的合成。在发酵前期，碳源和氮源的 浓度迅速下降，在中后期主要用于合成产物，其浓 度下降趋于平稳。碳源和氮源的比例偏小，会导致 细胞生长旺盛，提前衰老自溶；而其比例偏大，则 细胞繁殖数量少，代谢不平衡，不利于产物积累。
• 维生素：在1L溶液中含有维生素H0.05g， 泛酸钙1.0g，烟酸1.0g，肌醇25.0g,对氨基 苯甲酸0.2g，硫胺素1.0g，吡哆醇1.0g。
高密度发酵
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二、分离纯化的基本过程 由于基因工程药物是从转化细胞、而不是从
正常细胞生产的，所以对产品的纯度要求也要 高于传统产品。
基因工程药物的分离纯化一般不应超过4-5 个步骤，包括细胞破碎、固液分离、浓缩与初 步纯化、高度纯化直至得到纯品以及成品加工
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4 温度 培养温度在适宜的范围，对于温
控诱导表达的基因工程菌来说，诱导 时机和持续时间对于重组蛋白的产量 由很大影响。
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5 代谢副产物 乙酸 二氧化碳
葡萄糖的浓度超过某一阈值，会产生乙酸， 或者比生长速率过高，供氧不足，也会产生乙 酸。为降低培养基中代谢副产物的积累，可采 用流加补料的措施，或保持适当的比生长速率， 或在培养基中添加某些氨基酸。
氮源、微量元素和无机盐对细菌的生 长繁殖和外源蛋白的表达也有很大影响。
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2 溶氧浓度
随着发酵时间的延长，菌体密度迅速增 加，溶氧浓度随之下降，细胞的生长减慢。 特别是高密度发酵的后期，由于菌体密度的 扩增，耗氧量极大，发酵罐各项物理参数均 不能满足对氧的供给，导致菌体生长极为缓 慢，外源蛋白的表达量也较差。
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①表达产物在初始料中含量较低； ②初始物料组成复杂，含有大量细胞及代谢产
物、残留培养基等。 ③表达产物稳定性差，易失活变性； ④表达产物的种类繁多、结构不一、活性各异； ⑤对其质量要求纯度高、无菌、无热原。
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一、建立分离纯化工艺的根据
⒈含目的产物的初始物料的特点 ①菌种的类型及其代谢特性。②原材料培养
新型高密度发酵设备介绍
影响高密度发酵生产的因素
5 温度 细胞密度较高时，呼吸作用释放大量热量导致发酵液
的温度升高，因此发酵设备需要更快速有效的降温散热系 统。对于温控诱导表达的基因工程菌来说，诱导时机和持 续时间对于重组蛋白的产量由很大影响，因此对温度的稳 定性要求也更高。 6 其他
随着菌体浓度上升，发酵液粘度大大增加，需要减小 搅拌桨叶的剪切，并增加发酵液循环能力。
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二、发酵自动化控制系统
发酵过程的常规监控
1．温度 3. DO值 5. 补料 7．空气流量
2．pH值 4．泡沫 6．罐压 8．搅拌转速
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发酵自动化控制
1.温度控制
常规温度控制是由温度传感器检测，根据温度 设定值通入冷水降温或通入热水加热。控制原理简 单，但热水或冷水直接进入夹套容易造成罐内局部 过热或过冷，控温精度差。
发酵自动化控制
2.pH值控制
pH传感器检测，加酸碱调pH值。由于 从加入酸碱到pH传感器检测到数值变化有 一个滞后，必须采用PID算法控制，预留 出一个混合时间，防止补加过量。
另外设备上也要加强发酵液的循环混 合能力，使加入的酸碱液快速溶解。
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发酵自动化控制
3.溶氧控制
影响溶氧的因素比较多，可以进行关 联控制的有空气流量、罐内压力、搅拌转 速等。罐压增加不利于CO2的排出，一般发 酵压力都是固定的0.05～0.06MPa，不进 行调控。
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高密度发酵设备的不同
6 补料方式的改进 采用流加补料方式，始终保持合适的浓度，根据细菌生
长速度进行变速补料操作。 采用流加补料也起到限制副产物的积累作用，比如控制
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法酿酒酵母是一种广泛应用的微生物，被用于生产啤酒、葡萄酒、烈性酒等多种酒类。
为了提高酒类的品质和产量，酵母的高密度发酵培养技术逐渐成为研究热点。
本文将介绍一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法。
一、培养基选择培养基是酵母高密度发酵的基础，其成分和配比对发酵效果有着重要的影响。
以葡萄糖、酵母粉为基础配方，加入一定量的氮源、微量元素、维生素等成分，可制备出生长迅速的培养基。
二、罐内发酵方法罐内发酵又称低削减法发酵，是一种高效的酿酒酵母培养技术。
罐内发酵可以利用罐内喷射气体、调节罐体液位和控制酵母密度等手段，实现高密度的酵母发酵过程。
通常，罐体内的酵母密度可以达到10亿/mL以上。
酵母密度越高，发酵剂的产量也越大。
三、发酵过程控制为使酵母高密度发酵过程顺利进行，要对各项发酵参数进行严格控制，包括pH值、温度、氧气供应、液位等。
通常，发酵过程分为两个阶段：生长阶段和发酵期。
在生长阶段，必须控制适宜的温度和氧气供应，促进酵母的快速生长和繁殖。
在发酵期，需要控制pH值和酵母密度，调整发酵条件，使其符合酿酒工艺的要求。
四、灭菌处理培养过程中，为了杜绝污染和保证酿酒酵母的稳定性，必须对生产线上的设备、培养罐和培养基等进行严格的灭菌处理。
灭菌可以采用物理或化学方法，如高温蒸汽、紫外线照射、乙醛气体等，目的是消除微生物的污染。
总的来说，酿酒酵母高密度发酵培养技术是一项研究难度大、技术门槛高、操作复杂的技术，其成功与否与酵母菌株的选取、培养基的配制、罐内发酵的操作水平、发酵过程参数的调控等因素密不可分。
只有全面考虑各个环节的影响，才能实现高密度的酿酒酵母发酵过程，提高酿酒工艺的效率与品质。
高密度发酵
葡萄糖
1
减少酶1活性 减少丙酮酸的合成
磷酸烯醇式丙酮酸
克隆酶3基因 增加乙偶姻的合成 3
乙偶姻
2
丙酮酸
4
乙柠檬酸循环
减少酶7活性 7 减少乙酸的形成
乙酰磷酸
8
乙酸
9
二、实现高密度发酵的方法
2. 构建出产乙酸能力低的工程菌
对碳代谢流进行分流
10
二、实现高密度发酵的方法
2. 构建出产乙酸能力低的工程菌
提高供氧能力
在一般情况下，溶解氧是菌体生长的限制因子。
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二、实现高密度发酵的方法
2. 构建出产乙酸能力低的工程菌
阻断乙酸产生的主要途径
8
改造受体菌的遗传性，减少或消除乙酸的生产
1. 磷酸转移酶 2. 丙酮酸激酶 3. 乙偶姻合成酶 4. 丙酮酸脱氢酶 5. 乳酸脱氢酶 6. 柠檬酸合成酶 7. 磷酸转乙酸基酶 8. 乙酸激酶
限制进入糖酵解途径的碳代谢流
细胞膜
磷酸烯醇 式丙酮酸
丙酮酸
葡萄糖 磷酸葡萄糖
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二、实现高密度发酵的方法
2. 构建出产乙酸能力低的工程菌
引入血红蛋白基因
遗传改造工程菌的输氧能力，不再使贫氧成为工程菌限制因子
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二、实现高密度发酵的方法
3. 构建蛋白水解酶活力低的工程化宿主菌
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生物技术制药 第二章 基因工程制药
第九节 高密度发酵
1
一、影响高密度发酵的因素
1. 培养基 2. 溶氧浓度 3. pH 4. 温度
2
一、影响高密度发酵的因素
5. 代谢副产物
1. 磷酸转移酶 2. 丙酮酸激酶 3. 乙偶姻合成酶 4. 丙酮酸脱氢酶 5. 乳酸脱氢酶 6. 柠檬酸合成酶 7. 磷酸转乙酸基酶 8. 乙酸激酶
2、什么是高密度培养,举例论述如何利用高密度培养技术来
2、什么是高密度培养，举例论述如何利用高密度培养技术来某一产品的。
答：高密度培养有时也称高密度发酵，一般是指微生物在液体培养中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术，现代高密度培养技术主要是在用基因工程菌生产多肽类药物的实践中逐渐发展起来的。
重组大肠杆菌高密度培养技术摘要：阐述了基因工程菌高密度发酵工艺的几个主要影响因素,包括重组菌构建、培养条件、生长抑制因子以及它们的控制技术。
通过高密度发酵可以提高细胞生长密度、目的蛋白的表达含量。
在高密度发酵过程中,会产生一些有害抑制代谢副产物,但通过分批补料可以降低影响。
关键词:高密度发酵; 分批补料; 生长抑制因子。
重组ＤＮＡ技术和大规模培养技术的有机结合,使得原来无法大量获得的天然蛋白质能够规模生产。
目前,已经在高密度培养中成功地提高了同源和异源蛋白的产量。
分批补料培养通常被用于微生物发酵,这种方法通过在培养过程克服细胞的调节机制:苹果酸影响,催化阻遏,产生抑制,使细胞密度达到较高水平。
大肠杆菌高密度培养工艺广泛地应用于重组蛋白的生产,这主要是由于大肠杆菌的遗传学和生理学已基本被认清。
产量的高低主要取决于细胞密度、目的蛋白的表达含量。
但在培养过程也存在一些问题,如氧、基质的利用率、小分子物质、生长抑制物的积累等。
因此,减少抑制物的形成,提供良好的生长条件是必要的。
1 重组大肠杆菌构建的几个影响因素1.1宿主菌的选择不同的大肠杆菌菌株在培养条件和外源基因表达能力上存在很大差别。
现在普遍应用的大肠杆菌ＢＬ21(ＤＥ3)ｐｌｙｓＳ因其带有编码Ｔ7溶菌酶的小质粒,而有效地降低杂蛋白的表达,但不影响ＩＰＴＧ诱导目的蛋白的表达水平,从而成为近年来最为常用的宿主菌。
表达产物的形成在大肠杆菌体内有三条路径:第一,形成稳定的天然构象,可溶且有活性,不易被降解;第二,蛋白质是可溶性的,但构象为非天然状态,易被胞内的各种蛋白酶识别降解;第三,多肽链间彼此聚集形成不可溶的包涵体,并且有蛋白酶抗性。
发酵工艺：工程菌高密度发酵工艺开发策略8项(以大肠杆菌为例)
发酵工艺：工程菌高密度发酵工艺开发策略8项（以大肠杆菌为例）利用重组DNA技术获取的生物药物在人类文明史上具有划时代的意义。
许多价值高产量低的功能蛋白如干扰素、白细胞介素、集落刺激因子、生长激素、胰岛素、人血白蛋白、蛋白酶等都在工程菌中获得了高效率表达。
由于工程菌高密度培养能够提高单位体积的产量，在工业生产上可以提高效率降低成本。
所以，高密度培养一直都是发酵工程师们所追捧的热点。
本文就工程大肠杆菌高密度发酵工艺开发中涉及的关键控制点加以探讨。
1工程菌种稳定可靠的菌种是工业化大生产的有力保障，直接关系到生产效率和成本高低。
不同于传统诱变育种模式，在对待工程菌菌种问题上，有人认为基因工程菌种构建完成后无需经过严格单克隆筛选，既节约时间成本又大大减少了工作量，这其实是一个认识误区。
这样做出来的菌种很难连续稳定传代50次以上，给中试放大以及后续的长期稳定生产留下了隐患。
业内一般以能否稳定遗传50代作为判断工程菌种优劣的一个标准。
发酵所需的接种量不是越大越好，要适当。
接种量过小导致适应期过长，菌种易提前老化，也增加了杂菌污染的风险。
接种量过大会过早引起溶氧不足，导致发酵失控。
且营养物质消耗过快也会影响后期正常生长。
一般大肠杆菌接种量遵循逐级增大的原则，并将最后一级的放大倍数控制在10倍左右。
种子培养一定要在最佳条件下进行，培养时间不宜过长，当种子生长至最佳状态时果断移种。
如果种子做的不好，其负面影响往往在发酵中后期会有所体现。
工程菌种培养会加入抗生素，不仅是为了抑制杂菌生长，更重要的是为了给菌种形成正向的抗性筛选压力，及时淘汰质粒丢失的菌株或者衰老的菌体，保证质粒携带菌群的正常生长与表达。
2高密度发酵培养基除了必须的碳源以外，有机复合氮源在蛋白表达阶段不可或缺。
有机复合氮源可提供丰富的氨基酸、小肽、嘌呤、嘧啶、维生素、生物素以及一些生物活性物质，能减轻细胞代谢负担，促进外源蛋白表达。
如果酵母膏和蛋白胨是以流加的方式添加时，存在一种非常有趣的代谢机制：当流加培养基中只有酵母膏时，重组蛋白不稳定；而当流加培养基中只有蛋白胨时，大肠杆菌难以再利用其所产生的乙酸。
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法酿酒酵母高密度发酵是一种制备高质量酒精的关键过程。
通过合理的高密度发酵培养方法可以实现酿酒酵母的高效、稳定和持续的发酵，从而提高酒精发酵的产率和质量。
下面将介绍一种通用的酿酒酵母高密度发酵培养的方法及其相关参考内容。
1. 酵母的高密度发酵培养过程酵母在高密度发酵中的生长和代谢过程包括酵母细胞的生长、繁殖、营养物质吸收和代谢产物的生成。
这些过程受到多种因素的影响，包括培养基的组成、温度、pH值、氧气供应和搅拌等。
2. 培养基的配方在酿酒酵母高密度发酵中，培养基的组成是至关重要的因素。
通常的配方包括碳源、氮源、维生素和微量元素等。
碳源和氮源是细胞生长和代谢的最基本原料，其中葡萄糖、麦芽糖等是常用的碳源，而酵母膏、酵母提取物等则是常用的氮源。
此外，维生素和微量元素对于酵母的生长和代谢同样重要，如维生素B族、钾、钙、镁等。
根据所需的生长和代谢状态，可以针对性地调整培养基的配方。
3. 温度和pH值的控制温度和pH值是影响酵母生长和代谢的主要因素。
在高密度发酵中，通常将温度控制在28-32℃之间，使酵母可以在适宜的温度下进行生长和代谢。
同时，pH值的控制也应该结合不同阶段的生长和代谢要求，调整培养基中的缓冲剂、质子化合物等，使其维持在适宜的水平。
4. 氧气供应和搅拌氧气是酵母生长和代谢所必需的重要因素。
在高密度发酵过程中，应该通过适当的氧气供应和搅拌来维持酵母细胞内的氧气浓度，从而满足其生长和代谢的能量需求。
通常情况下，通过气嘴和搅拌器等设备来控制氧气的供应和搅拌，以保障酵母高密度发酵的效果。
5. 科学的发酵监测和控制最后，高密度发酵过程需要科学的监测和控制手段，以保证其稳定、高效和持续。
这包括对酵母的生长和代谢状态、酒精发酵的进展、培养基的成分与条件等进行实时的监测和分析，结合相关的电子设备和流程控制系统，以实现高密度发酵的真正意义上的自动化控制。
综上所述，酿酒酵母高密度发酵培养的方法是一个复杂的过程，需要基于科学的原理与技术手段进行。
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法
一种酿酒酵母高密度发酵培养的方法酿酒酵母高密度发酵培养的方法是一项以生物技术为基础的工艺，它从酿酒酵母的生长特性和代谢特点出发，利用科学的手段在发酵环境中创造出理想的条件，使酵母能够持续运作并快速繁殖，从而达到高效的酿酒效果。
下面介绍一些实现高密度发酵的方法：1.选择合适的酿酒酵母种类酿酒酵母种类非常多，每种酵母的特点不同，对于不同类型的酒品，需要选用不同的酵母种类进行发酵。
对于酿酒酵母高密度发酵而言，最好选择一些生长迅速，代谢能力强的菌株。
在选用酿酒酵母菌株时，也要特别注意其抑菌能力是否较强，是否对发酵环境中的抑菌剂具有耐受性，以保证其能够顺利发酵。
2.优化营养环境充分营养是酵母生长繁殖的基本条件，因此，对于高密度发酵来说，需要提供充足的营养物质，比如氮源（氨基酸、尿素、硝酸盐等）、糖类、脂肪酸等。
此外，为了提高酵母的耐受性和稳定性，还可以添加一些维生素、微量元素等物质。
通过给予合适的营养物质，可以促进酵母代谢活性的提高，从而实现高密度发酵。
3.控制培养环境条件发酵过程中的温度、pH值、通气量、搅拌速度等多个培养条件都会影响到酵母的发酵性能，因此需要仔细地控制这些条件。
为了促进酵母的生长繁殖，温度通常设置在28-35℃之间，pH值控制在4.5-6.0范围内，通气量和搅拌速度则根据不同的培养系统进行调整。
4.使用良好的培养设备酵母高密度发酵需要用到培养设备，如震荡培养器、平板摇床、发酵罐等。
在选择和使用这些设备时，需要考虑设备的容量、通气量、温度控制能力等方面，以确保其能够满足高密度发酵的要求。
总之，酿酒酵母高密度发酵需要科学合理地设计和控制发酵过程中的多个环节，综合运用以上方法可以有效地提高酵母产量和发酵效率。
重组大肠杆菌 高密度发酵工艺流程
重组大肠杆菌是一种重要的微生物工程技术，它在生物医药领域具有广泛的应用前景。
高密度发酵是重组大肠杆菌工程中的关键技术之一，它能够提高生产效率，降低成本，是生物制药工业发展的重要推动力。
本文将围绕重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程展开讨论，旨在全面梳理该流程的节点、原理和优化策略，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。
一、高密度发酵工艺流程概述高密度发酵是指通过对发酵过程中的微生物、培养基、营养物质、发酵条件等方面进行优化，使得发酵反应体系中微生物细胞数量达到较高水平的一种发酵技术。
重组大肠杆菌是一种常见的表达宿主，其高密度发酵工艺流程主要包括菌种预处理、大规模发酵、收获和纯化等环节。
1. 菌种预处理菌种的筛选和预处理对于高密度发酵的成功至关重要。
首先要选择生长迅速、表达目的蛋白质能力强的重组大肠杆菌菌株，确保其具有较高的生产潜力。
随后进行菌种的预培养和激发，通过连续传代、逐渐提高菌种浓度等手段，使菌种达到理想的生长状态，为大规模发酵做好准备。
2. 大规模发酵大规模发酵是高密度发酵的核心环节，其主要包括发酵罐设计、发酵培养基配方、发酵条件控制等内容。
在发酵罐设计方面，需要考虑罐体结构、通气方式、搅拌方式等因素，以保证发酵过程中的氧气和营养物质充分混合，为微生物生长提供良好的环境。
培养基的配方需要根据菌株特性进行调整，保证细胞生长所需的碳源、氮源、无机盐等养分充足。
发酵过程中温度、pH、溶氧量、搅拌速率等参数的控制也至关重要，可通过在线监测和智能控制系统进行实时调节，以确保发酵反应的顺利进行。
3. 收获和纯化发酵结束后，需对发酵液进行收获和纯化，以获取所需的重组蛋白质产品。
收获过程包括发酵液的分离、离心、过滤等操作，目的是将微生物细胞和培养基分离，获取含有目的产物的上清液。
随后进行一系列的纯化步骤，如固定化金属亲和层析、离子交换层析、尺寸排阻层析等，最终得到纯度较高的重组蛋白质产品。
二、高密度发酵工艺流程优化策略为了提高重组大肠杆菌的生产效率和产品质量，研究人员和工程师们一直在不断探索和优化高密度发酵工艺流程。
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Fig. 3 Fatty acid profiles(in mg/g cell dry weight(CDW)) as a function of time filled circles = C16:0（十六碳酸）, empty circles = C16:1, filled triangles = C18:0, empty triangles = C18:1（油酸）, and filled squares = C18:2（亚油酸）
When the total biomass was characterised at the end of the fermentation,he cell viability was also measured. The HCD fermentations showed similar viabilities at the end of fermentation, but the REF condition showed a slightly decreased percentage of living cells. This indicates that the long duration of fermentation had a negative influence on the yeast viability but that yeast viability remained at an acceptable level in all fermentations .
The role of oxygen in yeast metabolism during high cell density brewery fermentations
Appl Microbiol Biotechnol
Yeast strain and medium
The study was carried out with an industrial lager brewing strain of Saccharomyces cerevisiae(酿酒酵母） Sterile all-malt hopped wort with an extract content of 15°P and with a free amino nitrogen (FAN) content of 291 ppm was made in a pilot brewery. After centrifugation (3,000 rpm, 3 min ), the wort was decantated(倾柱洗涤）. This wort had a reduced fatty acid content(0.1 ppm C16:0, 2.6 pp m C16:1, 0.6 ppm C18:0, 2.9 ppm C18:1, 1.6 ppm C18:2, and 0.2 ppm C18:3) and was used throughout the study
《毕赤酵母表面展示磷脂酶D高密度发酵优化》刘逸寒
甲醇主要作为碳源和诱导外源蛋白表达的诱导剂
BMMY培养基诱导培养 ：于4℃，8000 r／min离心菌体富集培养液，无菌水洗涤菌体， 转接入50 mL／250 mL的BMMY培养基中， 于30℃，pH 6.0，220 r／min振荡诱导培 养144 h，期间每24小时加入终浓度为0．5％的甲醇。 甲醇浓度为1.5％时，PLD活力最高达到12.4x10-7kat／g，菌体量到达13.6g／L。
温度的控制：目前主要的控温策略是手动调节冷却水的流量
初始培养基开始 发 酵 中 重 要 参 数 控 制 pH的控制： 内源性调节：过程中通过补加C、N源 外源性调节：流加酸（H3PO4）碱（氨水）调节。 物理法：增加空气流量，化学法：加入H2O2 生物法：在菌体中克隆具有提高养传递能力的透明颤藻蛋白
A/NP
O/NP
N/PR
A/PR The final UFA levels towards the end of fermentation in case of O/NP were significantly higher than in the other conditions , suggesting that in this condition other nutrients (e.g., fermentable carbohydrates) were limiting at that point.
REF
compared with the reference fermentation (Fig. 4a, white bars) and no significant differences were found between the HCD fermentations The lowest glycogen levels were found in case of the REF.
以摇瓶优化结果作为参考，选取初始pH 6．5，发酵温度28℃，进行5 L规模 发酵罐试验，15 mL／(L· h)速率流加甘油补料培养基6 h后，采用溶氧恒定流 加法 流加甲醇诱导132h后，菌体量及PLD活力分别达到最高为67.4g/L 及27.3×10-7kat/g，与未优化条件相比（初始pH6.0， 发酵温度30℃），菌体量提高了12.9%，PLD活力提高了14.6%。
empty circles = O/NP
empty triangles = A/PR
filled circles = A/NP
filled triangles = N/PR
Hence, the oxygen conditions had a significant impact on the extent of yeast growth in the HCD fermentations .
Properties of the five different experimetal conditions
The worts were sparged with air, oxygen or nitrogen, for 10 min before pitching.
Decrease of sugar density as a function of time
高密度发酵
定义：即高密度发酵技术, 一般指在液体培养中的细胞密度超过常规培养10 倍以上的生长状态或培养技术, 达到提高菌体发酵密度的目的。用以描述的 单位是干细胞重量／升(DCW／L)。 (1)提高发酵罐内的菌体密度，提高产物的细胞水平量
(2)减少了生物反应器的体积，提高单位体积设备的生产能力
优 点
当pH为6.5，对PLD在细胞表面的展示表达最为有利， PLD活力达到13.4xl0-7kat／g，菌体量到达14.8 g／L。
菌体生长24h后以不同 速度流加对菌体的影响， 得出15mL/(h∙L)最佳
据DO值调节甲醇流加速率的 甲醇恒速流加法 效果较好，诱导 132h后，PLD活力达到 24.0×10 -7kat/g，此时菌体量为 59.1g/L DO水平表明培养过程中菌体的代谢水 平，DO的变化能反应出碳源浓度的高 低
The time required to reach an ADF(apparent degree of fermentation) of 80% was approximately 270h for the REF with an inoculum size of 20×106 viable cells/ml and between 50 and 70h for the HCD(high-cell density) fermentations .
(3)降低生物量的分离费用，缩短生产周期
(4)降低生产成本，提高生产效率
高密度培养技术最早用于酵母细胞的培养提高生物量或生产 单细胞蛋白及乙醇的生产。
高密度发酵主要限制因素
（1）固态或挥发性底物在液态培养基中溶解限制 （2）底物对细胞生长可能存在限制或抑制作用 （3）底物和产物的稳定性差或易挥发 （4）产物或代谢副产物的积累对细胞生长产生限制 （5）呼吸作用导致C02和热量的急剧积聚 （6）氧气需求量大
Init ially (4.5 h after pitching) , treha lose level s were minimal and no significan t differences were found between the various fermentations (Fig. 4 b, white bars)
Fermentation conditions and sampling
Yeast preoxygenation was performed at 20°C in a membrane loop reactor （膜环流反应器）. Yeast slurries were circulated at 750 ml/min during 5 h. Oxygen was delivered to the slurry via the membrane sparger（分布器 ） to obtain an oxygen concentration of 8 mg/ L in the slurry. Maltose (3%) was added to the yeast solution prior to preoxygenation.The concentration and viability of the yeast slurries were determined by flow cytometry（细胞计数法） before the required amount was pitched in the wort. All fermentations were carried out in duplicate, in tall tubes (75 cm tall, 8 cm internal diameter), containing 1.8L sterile 15°P wort medium. The fermentations were performed at 15°C and were monitored frequently by withdrawing samples through a narrow sampling tube (15 cm from the bottom) with the aid of N2 overpressure. The supernatant（上清液 ） of the tube (beer) was collected and the remaining slurry was resuspended（重悬） in 11 cold sterile water, after which samples were taken to characterise the cropped yeast