大规模细胞培养及发酵技术 ppt课件
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动物细胞大规模培养技术
大规模动物细胞培养条件下，可通过“细胞静止” 过程来降低营养成分消耗和代谢毒物产生。
•动物细胞大规模培养技术
(三) 培养基与细胞系
• 动物细胞培养基是细胞赖以生长、增殖的重 要因素。天然培养基、合成培养基后，无血清 培养基开发成为当今细胞领域的一大课题。
• 无血清培养基的优势在于避免血清的批次、质 量、成分等对细胞造成的污染、毒性和不利于 产品纯化等不良影响。
•
•动物细胞大规模培养技术
1悬浮培养技术
基本操作 (1)将动物培养材料分散成细胞悬浮液\ 过滤、离心、纯化、漂洗后接种到有适 宜培养液的培养系统中。传代时按比例 稀释即可继续培养。
•动物细胞大规模培养技术
•动物细胞大规模培养技术
• 对贴壁性•细2微胞载，最体初培采养用技在术培养液中加
人一定数量的小滚瓶，增加细胞生长的 贴壁面积。此方法构造简单，成本低， 重复性好，放大过程可依靠滚瓶数量的 增加。但产率低，劳动强度大，占空间 大。微载体系统培养贴壁细胞，一定程 度上改变了以上这些不足。微载体是直 径60—250um的微珠。
•动物细胞大规模培养技术
• 采用胶原酶消化比胰蛋白酶-EDTA法可获 得更完整的细胞膜和更高的细胞活性。 胶原酶专一性好，不损伤细胞膜，效果 较好。
•动物细胞大规模培养技术
(6)分离细胞：
• 对于回收率要求不高的细胞种类，分组 沉降简单易行。
• 脱离微载体的培养液放入细长容器，于上清液 中分离收集细胞，400r／min，2min离心加速 微载体沉淀。
• 1.病毒疫苗 • 2.非抗体免疫调节剂 • 3.多肽生长因子 • 4.酶类 • 5.激素 • 6.肿瘤特异性抗原 • 7.单克隆抗体 • 8.病毒杀虫剂
•动物细胞大规模培养技术
•动物细胞大规模培养技术
(三) 培养基与细胞系
• 动物细胞培养基是细胞赖以生长、增殖的重 要因素。天然培养基、合成培养基后，无血清 培养基开发成为当今细胞领域的一大课题。
• 无血清培养基的优势在于避免血清的批次、质 量、成分等对细胞造成的污染、毒性和不利于 产品纯化等不良影响。
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•动物细胞大规模培养技术
1悬浮培养技术
基本操作 (1)将动物培养材料分散成细胞悬浮液\ 过滤、离心、纯化、漂洗后接种到有适 宜培养液的培养系统中。传代时按比例 稀释即可继续培养。
•动物细胞大规模培养技术
•动物细胞大规模培养技术
• 对贴壁性•细2微胞载，最体初培采养用技在术培养液中加
人一定数量的小滚瓶，增加细胞生长的 贴壁面积。此方法构造简单，成本低， 重复性好，放大过程可依靠滚瓶数量的 增加。但产率低，劳动强度大，占空间 大。微载体系统培养贴壁细胞，一定程 度上改变了以上这些不足。微载体是直 径60—250um的微珠。
•动物细胞大规模培养技术
• 采用胶原酶消化比胰蛋白酶-EDTA法可获 得更完整的细胞膜和更高的细胞活性。 胶原酶专一性好，不损伤细胞膜，效果 较好。
•动物细胞大规模培养技术
(6)分离细胞：
• 对于回收率要求不高的细胞种类，分组 沉降简单易行。
• 脱离微载体的培养液放入细长容器，于上清液 中分离收集细胞，400r／min，2min离心加速 微载体沉淀。
• 1.病毒疫苗 • 2.非抗体免疫调节剂 • 3.多肽生长因子 • 4.酶类 • 5.激素 • 6.肿瘤特异性抗原 • 7.单克隆抗体 • 8.病毒杀虫剂
•动物细胞大规模培养技术
《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
发酵基础知识ppt课件
消泡剂口 补料口 进气口 排气口
进料管路有时配在罐体上封头,有时位于罐体下部与放料 管路共用一个管口
有时取样、放料、接种使用一个口
有没有蒸汽进口？
精选ppt课件2021
44 44
实罐灭菌： “三路进汽”、 “非进即出”
– “三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空 气进口、排料口、取样口进入罐内，由于这三个管 都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死 角。
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28 28
流型
径向流（流体流动的方向垂直于搅拌轴，沿径向 流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下 两个循环流动。）
轴向流（流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨 叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上， 形成上下循环流）
切向流（无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，
精选ppt课件2021
6
发酵现象的早期认识
1680年制成显微镜 ─── 微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵毋发酵引起的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精
─── 酶
精选ppt课件2021
7
发酵工程的早期阶段
人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于 厌氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发 酵食品。
现代又对发酵重新定义：发酵泛指微生物在
无氧或有氧条件下，通过分解代谢或合成代
谢或次生代谢等微生物代谢活动，大量积累
人类所需的微生物体或微生物酶或微生物代
谢产物的过程。（我公司两个产品主要就是
通过有氧代谢得到微生物代谢产物的过程）
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3
发 酵 ── 简单的说利用微生物进行产品生产
进料管路有时配在罐体上封头,有时位于罐体下部与放料 管路共用一个管口
有时取样、放料、接种使用一个口
有没有蒸汽进口？
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实罐灭菌： “三路进汽”、 “非进即出”
– “三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空 气进口、排料口、取样口进入罐内，由于这三个管 都是插入到发酵醪中，若不进蒸汽就会形成灭菌死 角。
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流型
径向流（流体流动的方向垂直于搅拌轴，沿径向 流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向 下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下 两个循环流动。）
轴向流（流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨 叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上， 形成上下循环流）
切向流（无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，
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6
发酵现象的早期认识
1680年制成显微镜 ─── 微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵毋发酵引起的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精
─── 酶
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7
发酵工程的早期阶段
人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于 厌氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发 酵食品。
现代又对发酵重新定义：发酵泛指微生物在
无氧或有氧条件下，通过分解代谢或合成代
谢或次生代谢等微生物代谢活动，大量积累
人类所需的微生物体或微生物酶或微生物代
谢产物的过程。（我公司两个产品主要就是
通过有氧代谢得到微生物代谢产物的过程）
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发 酵 ── 简单的说利用微生物进行产品生产
动物细胞大规模培养技术
大规模培育技术应用简介通过大规模体外培育技术培育哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。
20 世界 60-70年月，就已创立了可用于大规模培育动物细胞的微载体培育系统和中空纤维细胞培育技术。
近十数年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，以传统的生物化学技术从动物组织猎取生物制品已远远不能满足这一需求。
随着细胞培育的原理与方法日臻完善，动物细胞大规模培育技术趋于成熟。
所谓动物细胞大规模培育技术〔large-scale culture technology〕是指在人工条件下〔设定ph、温度、溶氧等〕，在细胞生物反响器〔bioreactor〕中高密度大量培育动物细胞用于生产生物制品的技术。
目前可大规模培育的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho〔中华仓鼠卵巢〕细胞、BHK-21(仓鼠肾细胞)、Vero 细胞(非洲绿猴肾传代细胞，是贴壁依靠的成纤维细胞)等，并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。
在过去几十年来，该技术经有了很大进展，从使用转瓶(roller bottle) 、CellCube 等贴壁细胞培育，进展为生物反响器〔Bioreactor〕进展大规模细胞培育。
第一代细胞培育技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产：一是在工艺生产时不能大规模制备产品；二是非批量生产简洁导致产品质量的不均一性；三是难以对同批生产进展生产和质量控制。
随着生物技术的进展，迫切需要大规模的细胞培育，特别是培育表达特异性蛋白的哺乳动物细胞，以便获得大量有用的细胞表达产物。
承受玻璃瓶静置或旋转瓶的培育方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。
因而必需为工业化生产开创一种的技术方法。
自 70 年月以来，细胞培育用生物反响器有很大的进展，种类越来越多，规模越来越大，较常见的细胞培育生物反响器有空气提升反响器，中空纤维管反响器，无泡搅拌反响器及篮式生物反响器等。
植物细胞大规模培养及有用物质生产.pptx
(3)半连续培养：在完成成批培养的一个周期
后，从反应器中取出大部分细胞悬液，只 保留小部分细胞悬液作为下一培养周期的 种子细胞，然后加入新鲜培养基进行培养 的方式。
(三)生物反应器类型及特点 大规模培养系统基本原理方法与上述
实验室悬浮培养一致，但大规模培养所采 用的设备及控制技术比实验室小规模培养 要复杂的多。
（二）、植物细胞规模化培养体系的建立
1、种子细胞的选择
（1）准确选择能产生目的化合物的植物种类； （2）尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官
为外植体； (3)高产种子细胞克隆的方法：单细胞培养后，将
单细胞扩增形成的愈伤组织分2份，1份成分含 量分析，另1份保留培养。
2、种子细胞系的增殖与放大培养
自然植物和细胞培养的紫草宁含量比较
生产方式
生产周期
紫草宁含量（％干重）
完整植物
2～3年
1～2Biblioteka 植物细胞培养3周14
植物次生代谢产品的市场潜能
产品成分 ）
用途
年销售额（亿美元
长春花碱 治疗白血病 ）
18～20（美国
奎宁
治疗疟疾
5～10（美国）
致热素 杀虫剂
20（全世界）
植物细胞大规模培养的技术要求：
种子细胞增殖初期一般采用摇瓶培养，摇瓶体积从 几百毫升到几升逐级放大。当细胞数量增加到一定 值后，应转移至体积较小的生物反应器培养。
3、大规模培养体系的建立 （1）成批培养：在一个培养体积中接种细胞
或添加培养基后，中途不添加也不更换培 养基的方式。
（2）连续培养：在培养过程中，不断向反应
器中以一定流量添加新培养基，同时以 一定流量从系统中取出培养基的方式。
的状态，相互间接触密切，可以形成一定的理化梯度，有 利于次生产物的合成；
后，从反应器中取出大部分细胞悬液，只 保留小部分细胞悬液作为下一培养周期的 种子细胞，然后加入新鲜培养基进行培养 的方式。
(三)生物反应器类型及特点 大规模培养系统基本原理方法与上述
实验室悬浮培养一致，但大规模培养所采 用的设备及控制技术比实验室小规模培养 要复杂的多。
（二）、植物细胞规模化培养体系的建立
1、种子细胞的选择
（1）准确选择能产生目的化合物的植物种类； （2）尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官
为外植体； (3)高产种子细胞克隆的方法：单细胞培养后，将
单细胞扩增形成的愈伤组织分2份，1份成分含 量分析，另1份保留培养。
2、种子细胞系的增殖与放大培养
自然植物和细胞培养的紫草宁含量比较
生产方式
生产周期
紫草宁含量（％干重）
完整植物
2～3年
1～2Biblioteka 植物细胞培养3周14
植物次生代谢产品的市场潜能
产品成分 ）
用途
年销售额（亿美元
长春花碱 治疗白血病 ）
18～20（美国
奎宁
治疗疟疾
5～10（美国）
致热素 杀虫剂
20（全世界）
植物细胞大规模培养的技术要求：
种子细胞增殖初期一般采用摇瓶培养，摇瓶体积从 几百毫升到几升逐级放大。当细胞数量增加到一定 值后，应转移至体积较小的生物反应器培养。
3、大规模培养体系的建立 （1）成批培养：在一个培养体积中接种细胞
或添加培养基后，中途不添加也不更换培 养基的方式。
（2）连续培养：在培养过程中，不断向反应
器中以一定流量添加新培养基，同时以 一定流量从系统中取出培养基的方式。
的状态，相互间接触密切，可以形成一定的理化梯度，有 利于次生产物的合成；
发酵工程第一章_绪论PPT课件
物
（2）糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能量）
化
学
2、无氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所进行的能量代谢。 指有机物经彻底或不彻底氧化，所脱下来的电子最后传给外
家
源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量。
根据最终电子受体不同，无氧呼吸分为：硝酸盐呼吸、硫酸
盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸及延胡索酸呼吸等。
1. 何谓发酵？
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
侧重能量代谢：
1、能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物）
生
（1）有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量能量）
微生物转化
在用维生素C一步和二步发酵法生产中,起主要氧 化作用的葡糖酸杆菌对作用底物(D-山梨醇或L-山 梨糖)的分子结构进行特异性改变。
（一）工业发酵的类型
按微生物对氧的不同需求
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状 固体发酵
浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲）
技术进步： 发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、 自动化方向发展
开拓新的发酵原料时期
特点：
解决发酵原料及人畜争粮问题； 规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
（二）发酵工业的基本生产过程
4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的 代谢产物；
发酵工程原理与技术课件
自然选育和诱变育种交替使用可获高产菌株。
•发酵工程原理与技术
•44
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株 抗阻遏和抗反馈突变型 组成型突变株 抗（敏感）性突变株
•发酵工程原理与技术
•47
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸 食品、医药、畜牧业需要量很大 但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制， 另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细 胞内累积 高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝 氨酸）则合成大量赖氨酸
2
3
2
1
3 2
对照(HC0 =HC1+ HC2 + HC3) 诱变
3
•发酵工程原理与技术
( HC1＞ HC0 能力增强)
( HC2＜ HC0 能力减弱) ( HC3= HC0 能力不变)•42
•发酵工程原理与技术
•43
诱变后的突变株会继续变异，低单位菌株在传代过程 中往往占优势，因此复筛中常常出现产量高低不稳的状态， 必须进行自然分离—诱变育种和杂交育种必须环节。
•发酵工程原理与技术
•21
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进 行菌种筛选的过程。 自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。 引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变 异构效应。
•发酵工程原理与技术
前进
•22
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原 因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙 空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱 变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物 质(如H2O2)的作用等。
•发酵工程原理与技术
•44
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株 抗阻遏和抗反馈突变型 组成型突变株 抗（敏感）性突变株
•发酵工程原理与技术
•47
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸 食品、医药、畜牧业需要量很大 但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制， 另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细 胞内累积 高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝 氨酸）则合成大量赖氨酸
2
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1
3 2
对照(HC0 =HC1+ HC2 + HC3) 诱变
3
•发酵工程原理与技术
( HC1＞ HC0 能力增强)
( HC2＜ HC0 能力减弱) ( HC3= HC0 能力不变)•42
•发酵工程原理与技术
•43
诱变后的突变株会继续变异，低单位菌株在传代过程 中往往占优势，因此复筛中常常出现产量高低不稳的状态， 必须进行自然分离—诱变育种和杂交育种必须环节。
•发酵工程原理与技术
•21
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进 行菌种筛选的过程。 自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。 引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变 异构效应。
•发酵工程原理与技术
前进
•22
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原 因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙 空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱 变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物 质(如H2O2)的作用等。
动物细胞大规模培养方法及其应用
Section 4： Scaling-up of cell culture
动物细胞的大 规模培养
动物细胞大规模培养技术失建立在贴壁培养法 和悬浮培养法基础上,再融合了固定化细胞、填充 床、生物反应器技术以及人工灌流等技术而发展 起来的.
主要包括：
悬浮培养 微载体培养 微囊化培养 中空纤维法
• 利用大规模培养哺乳类细胞是 一项重要的生产生物制品的技 术,包括疫苗、干扰素、激素、 生长因子和单抗等,具有很高的 经济和社会效益.
膜由聚丙烯或其它材料制成,它被加工成多孔的管.在多孔管内的气体压力不能超过 鼓泡压力,即气泡在膜外表面出现的静止内压.对于不湿润的硫水膜,相对于水的气 泡压力约在13X10’Pa.上述这一要求是容易实现的,即加在管上的压力
应比管内流动压力降和气泡压力的总和高出10％.在那种情况下,就可以形成管外的 气掖界面层.即使当多孔管运动时单独的气泡不出现,其传质的情况基本上与气体鼓 泡相似.
这种反应器传质性能很好,并在循环系统中 采用膜气体交换器,能快速提供
给高密度细胞所需的氧,同时排除代谢产物 如二氧化碳<c02>.反应器中的液体流速能 足以使细胞微粒悬浮,却不会损坏脆弱的细 胞；培养的细胞密度同且细胞长时间停留 在反应器中,细胞生长环境可方便地调控.对 贴壁与非贴壁细胞均适用.放大也容易.
动物细胞培养生产具有重要医用价值的 酶、生长因子、疫苗和单抗等
1、优化细胞培养环境 2、改变细胞特性 3、提高产品的产率
1、细胞培养环境
• 细胞培养环境中抑制因素的积聚是提高细 胞密度的主要限制因素.
• 体外动物细胞培养中氨离子的积累是抑制 细胞生长的主要因素之一.氨的积聚使细胞 内UDP氨基己糖<UDP-N-乙酰葡糖胺和 UDP-N-乙酰半乳糖胺>增加,影响细胞的生 长及蛋白的糖基化过程.
动物细胞的大 规模培养
动物细胞大规模培养技术失建立在贴壁培养法 和悬浮培养法基础上,再融合了固定化细胞、填充 床、生物反应器技术以及人工灌流等技术而发展 起来的.
主要包括：
悬浮培养 微载体培养 微囊化培养 中空纤维法
• 利用大规模培养哺乳类细胞是 一项重要的生产生物制品的技 术,包括疫苗、干扰素、激素、 生长因子和单抗等,具有很高的 经济和社会效益.
膜由聚丙烯或其它材料制成,它被加工成多孔的管.在多孔管内的气体压力不能超过 鼓泡压力,即气泡在膜外表面出现的静止内压.对于不湿润的硫水膜,相对于水的气 泡压力约在13X10’Pa.上述这一要求是容易实现的,即加在管上的压力
应比管内流动压力降和气泡压力的总和高出10％.在那种情况下,就可以形成管外的 气掖界面层.即使当多孔管运动时单独的气泡不出现,其传质的情况基本上与气体鼓 泡相似.
这种反应器传质性能很好,并在循环系统中 采用膜气体交换器,能快速提供
给高密度细胞所需的氧,同时排除代谢产物 如二氧化碳<c02>.反应器中的液体流速能 足以使细胞微粒悬浮,却不会损坏脆弱的细 胞；培养的细胞密度同且细胞长时间停留 在反应器中,细胞生长环境可方便地调控.对 贴壁与非贴壁细胞均适用.放大也容易.
动物细胞培养生产具有重要医用价值的 酶、生长因子、疫苗和单抗等
1、优化细胞培养环境 2、改变细胞特性 3、提高产品的产率
1、细胞培养环境
• 细胞培养环境中抑制因素的积聚是提高细 胞密度的主要限制因素.
• 体外动物细胞培养中氨离子的积累是抑制 细胞生长的主要因素之一.氨的积聚使细胞 内UDP氨基己糖<UDP-N-乙酰葡糖胺和 UDP-N-乙酰半乳糖胺>增加,影响细胞的生 长及蛋白的糖基化过程.
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
第六章 发酵工程 PPT课件
生物下游一般过程
§6-5 生化反应器
生化反应器类型 通用式发酵罐 气升式发酵罐 其他生物反应器形式
生化反应器类型
• 酶反应器：单相式、多相式 • 发酵反应器器：液态、固态
通用式发酵罐
通气 搅拌：传质
传热
气升式发酵罐
气升式发酵罐的优点 是能耗低，液体中的 煎切作用小，结构简 单。在同样的能耗下， 其氧传递能力比机械 搅拌式通气发酵罐要 高得多。
发酵的基本过程
发酵过程形式
• 批式发酵
• 补料发酵→带放（半连续发酵）
• 连续发酵→多级连续发酵
• 发酵-分离耦合 • ……
连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新 鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而 使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
优点 ① 可提高设备利用率和产量； ② 发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； ③ 易于分期控制。可以在不同的罐中控制不同的条件。
• 初级、次级代谢产物 • 生物大分子（酶、多糖） • 菌体 • 利用微生物发酵进行转化反应
§6-2 工业微生物
常见种类 菌种选育与保藏
常见工业微生物种类
• 细菌 • 放线菌 • 酵母菌 • 霉菌
细菌的形态（单细胞）
• 球菌 • 杆菌 • 螺旋菌
•
细 菌 细 胞 结 构 模 式 图
放线菌
•
固态发酵罐
课外书籍资料
• 微生物与发酵基础教程，宋超先，天津大学出版社， 2007
• 发酵工艺，孙俊良，中国农业出版社，2008 • 生物反应工程原理，贾士儒，科学出版社，2008 • 微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社
1996 • 生化工程，伦世仪，中国轻工业出版社，1993 • 生化反应工程，山根恒夫，西北大学出版社，1992 • 发酵工艺学原理，（英）P·F·斯坦伯里，中国医药科技
发酵工程PPT课件
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
的
特别是丝状菌生长的情况 p198式（5－8）
内 容
C 、细胞死亡动力学
p198式（5－9）
② 产物形成动力学
a、 L-P模型：
二
、
p198式（5－10）
发 酵
b、菌龄模型
工 程
p199式（5－11、12）
的
c、 生化模型
内
容
1）基质抑制模型： p199式（5－13）
2）氧限制模型： p199式（5－14）
、 发
（恒定的必需营养）
酵
工
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
程
的
小、探头长寿、发酵产率高
内
容
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
（3）发酵动力学
研究方法 p195：宏观处理法、质量平衡法
二
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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在细胞培养和发酵过程中，O2 通常是限制营养成分，是因 为它在溶液中低溶解度:
通常关心对培养液中 % O2, 也就是“溶氧” 值 (DO): 理论DO: 80% +/- 5 % (哺乳动物细胞培养)
> 90 % DO2 (细菌培养）
O2 也可能通过自由基形成对细胞造成伤害,在低pO2 水平，细胞 的活性通常越高
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
动物细胞培养的概述
动物细胞培养的定义：动物细胞与组织培养是 从动物体内取出细胞或组织，模拟体内的生理 环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下，使 离体细胞或者组织生存、生长并维持结构和功 能的一门技术
5
动物细胞培养的概述
微生物培养
培养过程决定于： 菌种 培养条件
18
微生物培养过程重要参数： 温度 pH 溶氧 葡萄糖/甘油 乙酸
19
乳酸 NH4+ 磷酸盐 乙醇(酵母) 甲醇(酵母) 细胞密度
20
微生物高密度培养
发酵培养基 表达基因的调控 宿主菌 质粒的拷贝数及稳定性
21
高密度培养的关键是发酵的补料控制,根据 重组菌的生长特点及产物的表达方式采 取合理的营养物质的流加方式
大规模细胞培养和微生物发酵技术
1
细胞培养的概述
动物细胞的特点： ❖ 无细胞壁 ❖ 倍增时间长，生长缓慢 ❖ 需氧量少，对搅拌敏感 ❖ 聚集体形成 ❖ 原代细胞培养50代即开始退化
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
恒速流加 变速流加 指数流加
22
微生物高密度培养乙酸的形成:培养液中葡 萄糖的含量超过菌体生长所需量或在缺氧 的情况下,便会大量产生乙酸.
减少乙酸的策略: 限制性流加葡萄糖 甘油代替葡萄糖 降低培养温度
23
宿主菌 降低比生长速率 透析培养
24
细胞培养和微生物发酵中的重要参数
了解生物技术的应用
葡萄糖和谷氨酰胺是相互补充的: 产生其他代谢物 (例如: 天冬氨酸) 提供能量 在所有细胞中通过糖酵解途径转变成 丙酮.
葡萄糖的代谢随细胞生长而增加. 葡萄糖通常是细胞生长的限制因素
Gluc & Cell Density vs Time in Batch Culture
6
2
5 1.5
4
3
1
2 0.5
(O2 值必须维持在最低的水平) 然而, 原代细胞可能在低 O2 条件下繁殖受延迟
因而，维持正确的O2的平衡，对保证所有细胞正确生长都非 常重要,一般30-50%
29
葡萄糖
Gluc (mmol)
Cell Count (cells/ml)
葡萄糖两个主要的功能: 细胞的主要的能量物质 主要的细胞碳源
微载体培养
最有前途的动物细胞大规模培养技术，兼有悬浮培 养和贴壁培养的优点，易于放大。（Cytodex，
Cytopore和Cytoline） 无血清悬浮培养
用已知人源或动物来源的蛋白或激素代替动物血清 的一种细胞培养技术
11
动物细胞大规模培养过程中重要参数
pH 溶氧 温度 谷氨酸/谷氨酰胺 葡萄糖 乳酸 CO2
27
DO(溶氧）
葡萄糖等需氧来氧化产生ATP供细胞的能量 用于测量和跟踪细胞消耗氧的速率.
O2: mmol/L
Oxygen Consumption Rate of Cells in Culture
0.3 0.2 0.1
0 10 15 20 25 30 35 40 45
Time (min)
28
溶氧
25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pH
不同的细胞具有不同最佳 pH 范围
pH 能影响葡萄糖和谷氨酰胺 的代谢，在低pH条件下，葡 萄糖消耗速度慢
pH能影响细胞的生长和目标
产
物
的
量
log H+
Effects of pH on IgG Production
40 30 20 10
0 6.8 7 7.2 7.4 7.6
pH Units
26
CO2
CO2 + H2O <<>> H2CO3 <<>> H+ + HCO3-
在细胞培养过程中，CO2 与碳酸氢盐形成缓冲对，稳定培养 液中的 pH
CO2也可用于计算呼吸商，反应细胞活力和代谢旺盛程度 细胞代谢（呼吸作用）会产生CO2 (废物)
CO2 水平增加会抑制细胞生长和细胞活性，从而影响目标蛋 白的表达，当溶液中CO2达到14-15%时，会严重抑制细胞的 生长
8
体外培养的条件
温度，37℃ pH：7.2-7.4 气体：氧，二氧化碳，氮气 营养条件：需要多种氨基酸，维生素，
辅酶，核酸，嘌呤，嘧啶，激素和生长 因子，其中多种成分可由血清提供
9
细胞大规模培养技术
10
细胞大规模培养的方法
反应器贴壁培养
容易换液，不需特殊的分离细胞和培养液的设备， 可采用灌流培养获得高密度，但扩大规模较难， 适合制备量小，价值高的生物药品。 （CelliGen PlusTM）
生长特性 ❖ 贴壁生长型：如人胚肺细胞，Hela细胞，巨噬
细胞，神经细胞 ❖ 悬浮生长型：如血液白细胞、淋巴细胞等
6
体外培养细胞的基本技术
体外培养特点 体外培养工具 体外培养条件 体外细胞生长增殖过程 培养方法 大规模培养技术
7
体外培养的特点
营养条件苛刻 适应性差，敏感 培养时间长，易污染
1.营养缺乏 2.有害代谢产物的积累 3.pH和溶氧控制不当 4.机械搅拌剪切力较大 5.渗透压
15
细胞大规模培养的应用
生产疫苗 蛋白质和多肽药物 基因治疗 单抗
16
微生物培养技术
概述 传统：酿酒、抗生素、制醋 基因工程：生产蛋白质药物、疫苗等（大肠杆菌、
酵母） 一般采用高密度发酵技术
17
12
动物细胞大规模培养过程中重要参数
NH4+ K+/Na+ Ca++ 渗透压 细胞密度
13
动物细胞大规模培养存在的问题
细胞凋亡 细胞在高密度条件下，由于细胞的多层生长，
存在细胞接触抑制效应，细胞的生长和表达均 受到严重影响
14
动物细胞大规模培养存在的问题
细胞凋亡主要是细胞生长的条件较恶劣， 包括：
1
0
0
0 15 30 45 60 75 80 85 90Time (min)
通常关心对培养液中 % O2, 也就是“溶氧” 值 (DO): 理论DO: 80% +/- 5 % (哺乳动物细胞培养)
> 90 % DO2 (细菌培养）
O2 也可能通过自由基形成对细胞造成伤害,在低pO2 水平，细胞 的活性通常越高
笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
动物细胞培养的概述
动物细胞培养的定义：动物细胞与组织培养是 从动物体内取出细胞或组织，模拟体内的生理 环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下，使 离体细胞或者组织生存、生长并维持结构和功 能的一门技术
5
动物细胞培养的概述
微生物培养
培养过程决定于： 菌种 培养条件
18
微生物培养过程重要参数： 温度 pH 溶氧 葡萄糖/甘油 乙酸
19
乳酸 NH4+ 磷酸盐 乙醇(酵母) 甲醇(酵母) 细胞密度
20
微生物高密度培养
发酵培养基 表达基因的调控 宿主菌 质粒的拷贝数及稳定性
21
高密度培养的关键是发酵的补料控制,根据 重组菌的生长特点及产物的表达方式采 取合理的营养物质的流加方式
大规模细胞培养和微生物发酵技术
1
细胞培养的概述
动物细胞的特点： ❖ 无细胞壁 ❖ 倍增时间长，生长缓慢 ❖ 需氧量少，对搅拌敏感 ❖ 聚集体形成 ❖ 原代细胞培养50代即开始退化
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
恒速流加 变速流加 指数流加
22
微生物高密度培养乙酸的形成:培养液中葡 萄糖的含量超过菌体生长所需量或在缺氧 的情况下,便会大量产生乙酸.
减少乙酸的策略: 限制性流加葡萄糖 甘油代替葡萄糖 降低培养温度
23
宿主菌 降低比生长速率 透析培养
24
细胞培养和微生物发酵中的重要参数
了解生物技术的应用
葡萄糖和谷氨酰胺是相互补充的: 产生其他代谢物 (例如: 天冬氨酸) 提供能量 在所有细胞中通过糖酵解途径转变成 丙酮.
葡萄糖的代谢随细胞生长而增加. 葡萄糖通常是细胞生长的限制因素
Gluc & Cell Density vs Time in Batch Culture
6
2
5 1.5
4
3
1
2 0.5
(O2 值必须维持在最低的水平) 然而, 原代细胞可能在低 O2 条件下繁殖受延迟
因而，维持正确的O2的平衡，对保证所有细胞正确生长都非 常重要,一般30-50%
29
葡萄糖
Gluc (mmol)
Cell Count (cells/ml)
葡萄糖两个主要的功能: 细胞的主要的能量物质 主要的细胞碳源
微载体培养
最有前途的动物细胞大规模培养技术，兼有悬浮培 养和贴壁培养的优点，易于放大。（Cytodex，
Cytopore和Cytoline） 无血清悬浮培养
用已知人源或动物来源的蛋白或激素代替动物血清 的一种细胞培养技术
11
动物细胞大规模培养过程中重要参数
pH 溶氧 温度 谷氨酸/谷氨酰胺 葡萄糖 乳酸 CO2
27
DO(溶氧）
葡萄糖等需氧来氧化产生ATP供细胞的能量 用于测量和跟踪细胞消耗氧的速率.
O2: mmol/L
Oxygen Consumption Rate of Cells in Culture
0.3 0.2 0.1
0 10 15 20 25 30 35 40 45
Time (min)
28
溶氧
25
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
pH
不同的细胞具有不同最佳 pH 范围
pH 能影响葡萄糖和谷氨酰胺 的代谢，在低pH条件下，葡 萄糖消耗速度慢
pH能影响细胞的生长和目标
产
物
的
量
log H+
Effects of pH on IgG Production
40 30 20 10
0 6.8 7 7.2 7.4 7.6
pH Units
26
CO2
CO2 + H2O <<>> H2CO3 <<>> H+ + HCO3-
在细胞培养过程中，CO2 与碳酸氢盐形成缓冲对，稳定培养 液中的 pH
CO2也可用于计算呼吸商，反应细胞活力和代谢旺盛程度 细胞代谢（呼吸作用）会产生CO2 (废物)
CO2 水平增加会抑制细胞生长和细胞活性，从而影响目标蛋 白的表达，当溶液中CO2达到14-15%时，会严重抑制细胞的 生长
8
体外培养的条件
温度，37℃ pH：7.2-7.4 气体：氧，二氧化碳，氮气 营养条件：需要多种氨基酸，维生素，
辅酶，核酸，嘌呤，嘧啶，激素和生长 因子，其中多种成分可由血清提供
9
细胞大规模培养技术
10
细胞大规模培养的方法
反应器贴壁培养
容易换液，不需特殊的分离细胞和培养液的设备， 可采用灌流培养获得高密度，但扩大规模较难， 适合制备量小，价值高的生物药品。 （CelliGen PlusTM）
生长特性 ❖ 贴壁生长型：如人胚肺细胞，Hela细胞，巨噬
细胞，神经细胞 ❖ 悬浮生长型：如血液白细胞、淋巴细胞等
6
体外培养细胞的基本技术
体外培养特点 体外培养工具 体外培养条件 体外细胞生长增殖过程 培养方法 大规模培养技术
7
体外培养的特点
营养条件苛刻 适应性差，敏感 培养时间长，易污染
1.营养缺乏 2.有害代谢产物的积累 3.pH和溶氧控制不当 4.机械搅拌剪切力较大 5.渗透压
15
细胞大规模培养的应用
生产疫苗 蛋白质和多肽药物 基因治疗 单抗
16
微生物培养技术
概述 传统：酿酒、抗生素、制醋 基因工程：生产蛋白质药物、疫苗等（大肠杆菌、
酵母） 一般采用高密度发酵技术
17
12
动物细胞大规模培养过程中重要参数
NH4+ K+/Na+ Ca++ 渗透压 细胞密度
13
动物细胞大规模培养存在的问题
细胞凋亡 细胞在高密度条件下，由于细胞的多层生长，
存在细胞接触抑制效应，细胞的生长和表达均 受到严重影响
14
动物细胞大规模培养存在的问题
细胞凋亡主要是细胞生长的条件较恶劣， 包括：
1
0
0
0 15 30 45 60 75 80 85 90Time (min)