发酵过程的优化与放大

? 生产菌株的稳定性 ? 培养基灭菌的影响 分批灭菌和连续灭菌 ? 放大中操作和工艺的调整
发酵放大实例介绍
?密比霉素发酵 ?Pneumocandin 发酵 ?bialaphos 发酵
密比霉素发酵
bialaphos发酵
发酵过程的优化与放大
发酵过程的工艺控制，就是通过对微生物 所处环境的控制，来影响其代谢，使代谢流更 多地转向目标产物
?限制性底物
?连续培养优化培养基
dX ? ( ? ? D ) X ? 0
dt
S?
K SD
?m ? D
X
? Y X /S (S F ?
K sD )
?m ? D
?多因素优化法 ?正交法
?发酵过程的模型化
? 根据发酵过程的特点建立模型 ? 根据实验数据确定模型参数 ? 对发酵过程进行模拟 ? 对发酵过程进行优化
?模型参数的估计
? 选取模型参数的初值
? 计算模型计算值与测定值误差平方和 ? 采用最优化方法得到新的模型参数值 ? 计算新的误差平方和值 ? 与第2项之值比较，若差值不满足要求，将项 3
OUR
K La ?
K
DL D2
D (
2N? ?
) 1.5 ( DN g
2
) 0.19 (
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) 0.5 ( ? v s ) 0.6 ( ND
?DL
?
vs
) 0.32
? 以混合时间相同作为放大的准则
? 采用单位体积搅拌功率、搅拌器叶端线速度等相 同准则
放大的影响因素 ?过载
通气量过大，搅拌桨会在气泡中空转，搅拌功 率大大下降，使 KLa下降，称为“过载” ? 采用轴向流搅拌桨 ? 增加涡轮搅拌桨的叶片数 ?混合 ? 采用轴向流搅拌桨和涡轮搅拌桨结合的组合桨 ? 降低补入的培养基浓度 ? 补料液分多股加入 ? 补料液加到通入罐内的无菌空气中
得到的参数值作为新的初值，回项 3重复进行； 若差值满足要求则结束计算
?发酵中变量的相关性研究
? 发酵过程放大 放大方法 : ?根据产品需求 ,确定生产发酵罐的大小 ,进而确定
搅拌转速和通气量
? 维持大型反应器与模拟反应器相同的供氧能力
dcL dt
?
OTR ?
OUR
?
K La(c?
? cL ) ?
?均匀分布法
?响应面法
?发酵过程的操作与控制 ?通气与搅拌
?补料
? 根据模型流加
X 1V1 ? X 0V0 exp ? t ? G ? X 0V0 exp ? t
YX /S ? (SF ? S )
? 碳源的限制性流加
? 周期补料
? 带放
?发酵过程优化
?发酵的动力学研究 : 结构（structured ）模型：细胞具有结构 非结构（ unstructured ）模型：细胞不具有结构 分离（segregated ）模型：细胞间具有差异 非分离（ unsegregated ）模型：细胞间没有差异