流加培養(yǎng)和分批培養(yǎng)的原理及應用如下：在補料分批培養(yǎng)中，在無菌條件下添加營養(yǎng)；它是一個半開放系統，生物反應器中液體培養(yǎng)物的體積隨著培養(yǎng)物的系統添加而增加。補料分批培養(yǎng)的生產力更高，通過可控的順序添加營養(yǎng)物產量更高，能夠實現更高的細胞密度，并延長產品合成時間。

      與分批培養(yǎng)相比，分批補料的主要優(yōu)點是：

長期合成產品， 通過增加細胞的數量，從而增加與生物質濃度成正比的產品量，可以在該過程中實現更高的效率， 通過控制連續(xù)添加養(yǎng)分來提高產量和生產力， 它允許生物反應器在正常情況下為下一批準備的非盈利時期用于生產。在分批補料過程中，通常不需要在整個發(fā)酵過程中去除肉湯，但添加的限制性營養(yǎng)物質的量決定了反應速率。

圖：分批補料反應器符號和 該圖顯示了具有初始分批階段的底物限制補料分批培養(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：

分批補料培養(yǎng)具有以下優(yōu)點：

可以通過限制底物濃度來控制分解代謝物抑制和 Crabtree 效應。

可以實現細胞的高細胞密度

有可能增加非生長相關代謝物的產生。

必要時可降低肉湯粘度。

它允許通過蒸發(fā)來補充水分損失。 

流加培養(yǎng)原理

初始過程類似于分批培養(yǎng)，在發(fā)酵開始時添加所有底物。

通常僅在操作期結束時收獲培養(yǎng)液，全部或部分（剩余部分用作下一次重復運行的接種物）

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

在操作過程中，有一種或多種進料流，但沒有流出物。為了控制進料過程，測量了許多與底物代謝相關的間接參數，因為不可能直接和連續(xù)地測量底物濃度。 

因此，在操作過程中培養(yǎng)體積會增加，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、營養(yǎng)物或誘導劑。 

2. 新鮮培養(yǎng)基將通過各種進料流添加。

3. 使用分批工藝對微生物進行接種和生長一段時間，然后在發(fā)酵的剩余過程中將營養(yǎng)物質以增量的方式添加到發(fā)酵罐中。

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

常見的進料策略：

1.不連續(xù)進料，通過規(guī)則或不規(guī)則的底物脈沖和

根據預先計算的數據或基于與細胞生長和新陳代謝相關的在線測量變量的反饋控制設計的2.定期連續(xù)喂養(yǎng)營養(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)生在指數生長期間。

因此，當所需產品與微生物生長呈正相關時，補料分批發(fā)酵對于以高生物質密度或高產品產量為目標的生物工藝非常有用。

3.生長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.產品僅在運行結束時收獲。 

5.在操作過程中培養(yǎng)體積會增加，直到體積滿。 

此后，使用批處理模式來獲得最終結果。

分批培養(yǎng)的類型

1. 定容補料培養(yǎng)

該程序包括將限制性底物送入非常濃縮的反應器，因此體積不會顯著增加。

為了達到幾乎恒定的培養(yǎng)體積，生長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。

恒體積補料分批系統已用于在需氧條件下培養(yǎng)的超嗜熱古細菌。

2. 可變容量流加培養(yǎng)

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

體積變化會受到工藝要求、時間可用性和發(fā)酵工藝目標的影響。

在可變容量分批補料過程中，可以根據以下選項確定補料策略 

對于批處理，可以使用類似的培養(yǎng)基成分。

根據需要，可以根據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以與總底物相同的速率添加反應器體積。

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. 重復或循環(huán)補料分批培養(yǎng)

在此過程中，當發(fā)酵達到穩(wěn)定期且細胞生長沒有顯著變化（由于底物耗盡或產物抑制）時，從發(fā)酵罐中去除一定量的廢液，然后添加新鮮的營養(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，從而導致比生長速率增加。

然而，隨著襯底被消耗，比生長速率再次降低并達到準穩(wěn)態(tài)。

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

4. 單次補料工藝

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

相比之下，這種方法的主要缺點是直到分批補料過程結束時才使用大量發(fā)酵液。

因此，反應器體積可能是發(fā)酵持續(xù)時間的嚴重限制因素。

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