第七章補料發(fā)酵

1、7.5 補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng):一種介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培一種介于分批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的操作方式養(yǎng)之間的操作方式,在進行分批培養(yǎng)的時候在進行分批培養(yǎng)的時候,向反應器內加入培養(yǎng)基的一種或多種成分向反應器內加入培養(yǎng)基的一種或多種成分,以達到延長生產期和控制培養(yǎng)過程的目的以達到延長生產期和控制培養(yǎng)過程的目的.補料分批發(fā)酵適用的范圍補料分批發(fā)酵適用的范圍:1.細胞的高密度培養(yǎng)細胞的高密度培養(yǎng)2.分解代謝物阻遏培養(yǎng)過程分解代謝物阻遏培養(yǎng)過程3.營養(yǎng)缺陷性菌株的培養(yǎng)營養(yǎng)缺陷性菌株的培養(yǎng)4.前體的補充前體的補充7.5.1補料分批培養(yǎng)補料分批培養(yǎng)補料操作可分為補料操作可分為:間歇補料

2、間歇補料;連續(xù)流加連續(xù)流加.7.5.1恒速流加恒速流加假定假定:只存在一種限制性基質只存在一種限制性基質;細胞的得率不細胞的得率不變變.進行補料分批培養(yǎng)時進行補料分批培養(yǎng)時,由于培養(yǎng)基的加入由于培養(yǎng)基的加入,培培養(yǎng)液的體積不斷變化養(yǎng)液的體積不斷變化,整個反應器中細胞整個反應器中細胞,限限制性基質和產物的總量變化規(guī)律制性基質和產物的總量變化規(guī)律:d(VX)/dt =XVd(VS)/dt =FSF -1/Yx/s d(VX)/dtd(VP)/dt =QpVXdV/dt=Fd(VX)/dt =V dX/dt + X dV/dtdX/dt = (-D)X同理可以推出同理可以推出:dS/dt = D(S

3、F-S)X/Y x/sdP/dt =Q pX -DP連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率和恒速補料稀釋率不同連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率和恒速補料稀釋率不同連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率表示因洗掉而被稀釋連續(xù)培養(yǎng)的稀釋率表示因洗掉而被稀釋;恒速補料稀釋率恒速補料稀釋率:因體積增大而稀釋因體積增大而稀釋DXSt在流加時間在流加時間t的培養(yǎng)液體積的培養(yǎng)液體積V為為 V=V0 +Ft則稀釋率為則稀釋率為:D=F/(V0+Ft)稀釋率對時間的變化率為稀釋率對時間的變化率為dD/dt = -F2/V2=-F2/(V0+Ft)2V0PmAm,那么那么SDF=SD,則則X = P mAm(SDF-S)mV7.6.2 過濾和培養(yǎng)耦合過濾和培養(yǎng)耦合F,SF

4、X,S,P,VFm,SmFF,S,P物料平衡物料平衡d(XV)dt= XVd(SV)dt= FS F +F mSm-FFS-XVYx/sd(PV)dt= QpXV -FFPdVdt= F+F m-FF如果維持培養(yǎng)液體積不變如果維持培養(yǎng)液體積不變,F +Fm=FFQpXVFFP=7.7 基因工程菌的培養(yǎng)基因工程菌的培養(yǎng) 基因工程菌在培養(yǎng)過程中基因工程菌在培養(yǎng)過程中,可能產生不可能產生不穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題,發(fā)生外源基因的丟失或變異發(fā)生外源基因的丟失或變異,從從而失去外源基因產物的生產性能而失去外源基因產物的生產性能.基因工程菌不穩(wěn)定與菌株的構建、培養(yǎng)基因工程菌不穩(wěn)定與菌株的構建、培養(yǎng)條件密切相關。條

5、件密切相關。7.7.1 脫落性不穩(wěn)定對發(fā)酵的影響脫落性不穩(wěn)定對發(fā)酵的影響 影響基因工程菌不穩(wěn)定因素很多下影響基因工程菌不穩(wěn)定因素很多下面著重從發(fā)酵工程的角度討論影響工程面著重從發(fā)酵工程的角度討論影響工程菌穩(wěn)定性的因素。菌穩(wěn)定性的因素。N(2- p )Np PP2P-Fn = 1-? - p1 ? - p2n(?+P-1)F=NN+P圖圖8-42描繪了上式反映的描繪了上式反映的?和和p對對F25的影響的影響,圖圖8-43是培養(yǎng)過程中基因工程菌比例的變化是培養(yǎng)過程中基因工程菌比例的變化與與?的關系的關系.由于丟失質粒的菌體的生長優(yōu)勢由于丟失質粒的菌體的生長優(yōu)勢,一旦發(fā)生質粒的丟失一旦發(fā)生質粒的丟失

6、,基因工程菌的比例會基因工程菌的比例會迅速下降迅速下降. 以上模型描述了恒定比生長速率的情以上模型描述了恒定比生長速率的情況況,但是在發(fā)酵過程中限制性基質濃度和菌但是在發(fā)酵過程中限制性基質濃度和菌體的比生長速率都灰改變體的比生長速率都灰改變,基因工程菌的組基因工程菌的組成顯示出更復雜的變化成顯示出更復雜的變化.2).Ollis和和 Chang針對質粒丟失提出了一個針對質粒丟失提出了一個模型模型,并討論了對產物的影響并討論了對產物的影響.dX+dt=m+SKs+S(1-p)X+dX-dt=m-SKs+S(1-p)X-+mX+SKs+Sp因此因此dX-dX+=m-X- +m + X+ p(1-p)m +X+= =X-X+=(?+p-1) 0+p(X+/X0+)?/(1-p)-1-p? +p-1關于限制性底物關于限制性底物,有有-dS/dt =dX+Y+dt1+dX-Y-dt1dtdP/dt =dX+ X X+ + 根據(jù)圖可以知道分批培養(yǎng)中丟失質粒的根據(jù)圖可以知道分批培養(yǎng)中丟失質粒的細胞比例逐漸增大細胞比例逐漸增大,在種子中含有較多丟失基在種子中含有較多丟失基因工程質粒細胞時尤