发酵工程(第十一章).ppt

发酵工程
第一章绪论
第二章发酵工业微生物菌种制备原理和技术
第三章发酵工业原料及其处理
第四章无菌空气的制备
第五章氧的供需与传递
第六章微生物发酵机理
第七章发酵动力学
第八章发酵设备与反应器
第九章发酵过程工艺控制
第十章发酵染菌及其防治
第十一章基因工程菌高密度发酵
第十一章基因工程菌高密度发酵
1. 高密度发酵




1. 高密度发酵
代谢产物的合成是靠菌体作为生产者来完成的。
高细胞密度发酵就是为了适应这一要求而得到广泛的重视。
高密度发酵:在发酵过程中保持较高的细胞密度,同时细胞或菌体的生产能力保持在较佳的状态。
高细胞密度发酵成功的实例
菌种
特征
基础培养基
发酵罐类型
培养方法
细胞干重(g/L)
培养时间(h)
产率
(g/L)/d
大肠杆菌
需氧、葡萄糖过量、形成乙醇
葡萄糖矿物盐或甘油矿物盐
搅拌罐
葡萄糖(甘油)非限制指数补料
140~150
30~40
90~100
枯草杆菌
嗜温菌
含葡萄糖的完全培养基
搅拌罐
补料分批培养,以葡萄糖调节pH
185
30
160
毕氏酵母
嗜温菌
葡萄糖矿物盐
搅拌罐
补料分批培养,补甲醇
100
50~120
120~150
酿酒酵母
嗜温菌
含葡萄糖的完全培养基
搅拌罐
连续培养,流加葡萄糖
210
80
50~150

使用最低合成培养基以便进行准确的培养基设计和计算生长得率。
优化细胞生长速率,使得碳源能被充分利用和获得较高的产率,用养分流加来限制菌的生长速率还能控制培养物对氧的需求和产热速率。
可用碳源作为限制性养分,且采用补料分批发酵来实现高密度发酵。

用于高密度发酵的生物反应器类型:
搅拌罐,透析膜反应器,
气升式反应器,气旋式反应器
在工业化生产中,通常采用的是搅拌罐与补料工艺来进行高细胞密度发酵。
重组大肠杆菌高密度发酵成功的关键技术是补料策略,限制性基质(葡萄糖)的流加模式有3种:恒速流加补料、变速流加补料和指数流加补料。
4. 高密度发酵存在的问题
水溶液中的固体与气体物质的溶解度
基质对生长的限制或抑制作用
基质与产物的不稳定性和挥发性
产物或副产物的积累达到抑制生长的水平
高浓度的CO2与热的释放速率
高的氧需求以及培养基的粘度不断增加等。

基因工程菌在传代过程中常出现质粒不稳定的现象。质粒不稳定可分为:
分裂不稳定:指工程菌分裂时出现一定比例不含质粒子代菌的现象。
结构不稳定:指外源基因从质粒上丢失或碱基重排、缺失所致工程菌性能的改变
质粒不稳定产生的原因
含质粒菌产生不含质粒子代菌的频率;
这两种菌比数率差异的大小。
对同一工程菌控制不同的比生长速率可改变质粒的拷贝数:
低拷贝质粒工程菌产生不含质粒子代菌频率高,如增加工程菌质粒拷贝数可提高稳定性;
高拷贝质粒工程菌产生不含质粒子代菌频率低,但对稳定性不利。