Процесс ферментации высокой плотности

With genetic recombination technology and fermentation technology to achieve low-cost and large-scale production of bacterial cells, high-cell-density fermentation process has become a research hotspot in fermentation.

Технология культивирования клеток высокой плотности

Also known as high-density fermentation technology, it refers to a bacterial culture technology that, under a specific culture system, by improving the culture method and culture conditions, significantly increases the density of bacterial fermentation and ultimately increases the particular productivity of the product (the output of the product per unit volume per unit time).

Типы биореакторов, обычно используемые для культур с высокой плотностью клеток, включают обычные ферментеры с перемешиванием, ферментеры с перемешиванием с внешними или внутренними устройствами удержания клеток, диализные мембранные реакторы, циклонные реакторы, эрлифтные реакторы и вибрационные керамические бутылочные реакторы.

Utilizing high cell-density fermentation process has the following advantages:

• Может увеличить концентрацию бактерий в культуральном растворе на единицу объема и увеличить объемную производительность.
• Соответственно уменьшить объем реактора, сократить производственный цикл и сократить инвестиции в оборудование.
• Удлинить последующую сепарацию и экстракцию, чтобы в определенной степени уменьшить количество сточных вод.
• Сокращение производственных затрат и повышение общей эффективности производства.

Методы получения высокой плотности клеток ферментация

Методы достижения ферментации с высокой плотностью клеток в основном включают периодическую культуру с подпиткой, культуру с циркуляцией клеток, диализную культуру, культуру с иммобилизацией клеток и т. д. Среди них периодическая культура с подпиткой является наиболее хорошо изученной и широко используемой.

Пакетная культура ФРС

Периодическая культура с подпиткой подает питательные вещества в реактор непрерывно или по определенной схеме в рамках периодической культуры для поддержания низкой концентрации питательных веществ в ферментационной системе. В настоящее время существует две основные стратегии контроля питательных веществ в корме: контроль с обратной связью и контроль без обратной связи.

Использование периодической культуры с подпиткой позволяет устранить репрессивный эффект, вызванный быстрым использованием источников углерода, избежать токсичности, вызванной накоплением ингибирующих побочных продуктов, образующихся в процессе культивирования, и избежать проблемы нестабильности плазмид, вызванной быстрым ростом. бактерий. Однако он также имеет определенные недостатки, например, вспомогательное оборудование, используемое для управления с обратной связью, относительно дорогое и требует от операторов высоких эксплуатационных навыков.

Скультура элль-цикла

В культуре клеточной циркуляции используется метод отделения клеток от сусла, и клетки возвращаются в контейнер для переработки. Бесклеточное затор непрерывно переносят с заданной скоростью и заменяют свежей культуральной средой. Обычно включают стоячую, отстаивающуюся и мембранную фильтрацию.

Эта технология может непрерывно выводить продукты метаболизма, избегать ингибирования роста клеток по принципу обратной связи и облегчать разделение целевых продуктов.

Ддиализная культура

Dialysis culture is a method in which microorganisms are wrapped with a dialysis membrane, and fresh culture fluid flows outside. It can effectively remove harmful low molecular weight metabolites while providing sufficient nutrients to the culture solution for bacterial utilization. The semipermeable membrane is not perfused during dialysis, which avoids the membrane clogging problem in microfiltration and ultrafiltration. Moreover, the “nutrient distribution” feeding strategy is adopted to improve the nutrient utilization rate significantly.

По сравнению с другими методами культивирования, диализная культура может увеличить плотность клеток в 30 раз. Использование диализной культуры с высокой плотностью клеток позволяет исключить трудоемкий процесс оптимизации среды и повысить эффективность производственных операций. Однако инвестиции в оборудование для диализной культуры значительны, а требования к технологии эксплуатации высоки, поэтому оно редко используется в производстве.

Иммобилизованная клеточная культура

Иммобилизация клеток — это ограничение или размещение свободных клеток в определенном пространстве с помощью физических или химических средств. Использование иммобилизованных клеток позволяет превратить традиционную микробную ферментацию в непрерывные ферментативные реакции, повысить продуктивность и одновременно снизить ингибирующее влияние метаболитов на рост клеток.

Культура микрокапсулирования с жидким ядром Lactobacillus представляет собой разновидность культуры иммобилизации клеток. Он использует слой гидрофильной полупроницаемой мембраны, который окружает клетки в микрокапсулах в форме шариков. Непрерывная культура позволяет достичь очень высокой концентрации в капсулах — плотности клеток.

Факторы, влияющие на ферментацию с высокой плотностью клеток

На ферментацию с высокой плотностью клеток влияют многие факторы, такие как состав культуральной среды, концентрация растворенного кислорода, температура культуры, значение pH и вредные метаболиты.

1. Состав питательной среды

При ферментации с высокой плотностью клеток обычно используются полусинтетические питательные среды, при этом концентрация и пропорция каждого компонента культуральной среды должны быть соответствующими, особенно соотношение углерод-азот. Глюкоза является наиболее часто используемым источником углерода при рекомбинантной бактериальной ферментации. Тем не менее, чрезмерная концентрация глюкозы будет подавлять рост клеток и приводить к накоплению вещества, ингибирующего метаболизм, уксусной кислоты, что отрицательно влияет на рост бактерий.

2. значение pH

Такие вещества, как уксусная кислота и углекислый газ, образующиеся во время ферментации с высокой плотностью клеток, изменяют значение pH, отрицательно влияя на рост клеток и метаболизм. Методы онлайн-обнаружения позволяют вовремя корректировать значение pH с помощью кислот и щелочей, чтобы избежать резких изменений pH. Разнообразие.

3. Температура

Temperature changes will affect the reaction rates of various enzymes and protein properties, the fermentation broth’s physical properties, and indirectly affect the bacteria. For genetically engineered bacteria, using different temperatures at different culture stages is beneficial to increasing the growth density of the bacteria and the expression of target products and shortening the culture cycle.

4. Концентрация растворенного кислорода

For aerobic fermentation bacteria, too high or too low dissolved oxygen concentration will affect the growth and metabolism of the bacteria. Dissolved oxygen can be increased by increasing the stirring speed, increasing airflow, increasing oxygen partial pressure, using oxygen carriers, and modifying the oxygen-obtaining capacity of microorganisms. However, the higher the dissolved oxygen content, the better. It is necessary to examine each fermentation product’s critical dissolved oxygen concentration and optimal dissolved oxygen concentration and maintain the optimal dissolved oxygen concentration during the fermentation process.

5. Регуляция вредных метаболитов

Во время культивирования микроорганизмов с высокой плотностью клеток накопление побочных продуктов метаболизма, таких как диоксид углерода и уксусная кислота, является одним из основных факторов, влияющих на рост бактерий и экспрессию продуктов. Для снижения концентрации побочных продуктов метаболизма при культивировании бактерий состав культуральной среды, особенно содержание и тип источников углерода, можно корректировать, предотвращая продукцию ингибирующих веществ. Например, как упоминалось ранее, в качестве источника углерода также можно использовать глицерин вместо глюкозы. Ожидается, что он предотвратит выработку ингибиторов путем изменения метаболических путей бактерий с помощью метаболической инженерии.

High-density fermentation process applications

Применение в биологических продуктах: Исследования показывают, что технология ферментации высокой плотности широко используется для производства различных интерферонов, факторов роста, природных ферментов, пептидов, полисахаридов и других активных ингредиентов с использованием искусственно созданных бактерий.

Применение в пищевой промышленности: Технология ферментации с высокой плотностью клеток может быть использована для культивирования живых клеток (желаемого продукта). Например, путем улучшения среды культивирования и методов регулирования можно получить ферментацию молочнокислых бактерий высокой плотности и применить ее в молочной промышленности. Кроме того, ферментацию с высокой плотностью клеток можно также использовать для производства алкоголя дрожжами и использовать клетки спирулины для производства спирулины.

Заключение

Технология ферментации высокой плотности имеет уникальные преимущества перед обычной технологией ферментации. Применение его для эффективного выражения различных микробных продуктов может значительно снизить производственные затраты и повысить эффективность производства. С развитием науки и техники в ферментационном производстве все чаще будут использоваться технологии ферментации высокой плотности.

О БайЛун Биотехнология Лтд.

BaiLun Bio является поставщиком и поставщиком технических услуг комплексных биореакторов (ферментаторов) и систем управления. Наша продукция включает в себя биореакторы (ферментер), биореакторы животных клеток, шейкеры биореакторов, биологические шейкеры, качалки для бутылок, системы управления биореакторами и т. д. Мы можем производить биореакторы с различными объемами от 0,1 л до 1000 кл и вносить свой вклад в процветание китайского биореакторного бизнеса на протяжении всего мир.

В компании BaiLun работает контингент инженеров, имеющих богатый опыт работы в процессах ферментации, биохимическом оборудовании и химических технологиях. Кроме того, мы также приглашаем многих всемирно известных экспертов и ученых выступить в качестве наших технических консультантов, чтобы гарантировать, что наша продукция имеет прочную и устойчивую технологическую основу. Инновации в продуктах и технологическое лидерство являются ключевыми частями нашей продукции. Обеспечение удовлетворенности клиентов является нашим постоянным стремлением. Принятие выгоды клиента как наша собственная ответственность является основной ценностью компании Bailun.

Наша компания предлагает широкий выбор продукции, которая может удовлетворить ваши разнообразные требования. С момента основания компании мы придерживаемся принципов управления «качество прежде всего, клиент прежде всего и кредитоспособность» и всегда делаем все возможное, чтобы удовлетворить потенциальные потребности наших клиентов. Наша компания искренне желает сотрудничать с предприятиями со всего мира, чтобы реализовать беспроигрышную ситуацию, поскольку тенденция экономической глобализации развивается с непреодолимой силой.

Дух BaiLun: прежде всего клиент, стремящийся к качеству, справедливости и честности, постоянному совершенствованию и инновациям.

Связаться с нами:

Добавлять:6848# Liuxiang Rd., Цзядин, Шанхай, Китай

Контактное лицо: Мэдди

Электронная почта:sales@fermentertech.com

Телефон:+86-134-7276-8163 (WhatsApp)

Веб-сайт: http://fermenterchina.com/