微生物发酵培养策略

微生物发酵培养策略

李国梁1李巧逢1,张变强2,郭慧娟1杨晓峰1

1杰科（天津）生物医药有限公司 天津市 300450

2丹娜（天津）生物科技股份有限公司

摘要：本文针对分批培养技术、分批补料培养技术、半连续培养技术、连续培养技术、高细胞密度培养技术、膜分离与发酵耦合技术等常用微生物发酵培养策略应用要点展开分析，并以此来提出做好微生物习性分析、完善发酵培养体系、积极引入新培养技术等注意事项，其目的在于提高微生物发酵培养质量，同时也可以积累应用经验，不断完善微生物发酵培养体系。

关键词：微生物；分配培养技术；连续培养技术

微生物作为一种可操作性强、高效率的生产力，能分泌许多功能各异的活性物质，在天然药物的开发、食品加工、环境处理等许多方面应用广泛。在微生物发酵培养活动中，需要根据微生物具体特征，选择恰当的发酵培养技术，借此来提高微生物存活率，提高微生物产品产量。

1常用微生物发酵培养策略分析

1.1分批培养技术

此类培养策略在应用中，是一种封闭培养系统，微生物在接种到培养基上后，除了外部气体流通外，发酵液一直在生物反应器中留存。在分配培养技术的应用中，共分为延滞期、对数生长期、衰减期和稳定期四个阶段。在微生物顺利完成接种后，培养基中的细胞数量与菌体数量暂时保持不变，等待菌体适应新的生产环境后，开始进入到对数生长期，若培养基条件比较良好，营养供给充分度较高，此时微生物则会以最大生产速率生长。随着反应器中营养物的不断减少，微生物的生长速率也逐渐衰减，直到营养物质基本消耗完后，微生物发酵停止。此类培养技术在应用中，具有操作过程便捷、培养周期短、染菌概率低等优势，在许多领域中得到了应用。

1.2分批补料培养技术

此类培养策略在应用中，是一种半封闭培养系统，微生物在接种到培养基上后，会在微生物发酵到某一时期后，开始向培养基中继续补充碳源、氮源或其他基质，直到发酵液体积达到发酵罐最大允许操作容积，随后将发酵液一次性排出，进入到下一操作环节。与分批培养技术相类似，在微生物顺利完成接种后，初期微生物生长速度缓慢，待其适应新环境后开始进行对数生长，而恰当时期营养物质的补充，也会延长微生物对数生长期，并且维持最大生产速率进行生长，直到发酵液体积达到发酵罐最大允许操作容积后，停止继续发酵。此类培养技术在应用中，能够维持适当的菌体浓度，去除碳源的阻遏效应。同时可以防止培养基中积累有毒代谢物，延长微生物发酵时间。

1.3半连续培养技术

此类培养策略在应用中，也属于一种半封闭培养体系，微生物在接种到培养基上后，会在微生物发酵到某一阶段后对其进行一次收获，随后向培养基中补充等体积的新鲜碳源、氮源或其他基质，以维持微生物发酵的继续进行。与其他培养技术相类似，微生物接种后初期生长速度缓慢，适应新环境后开始进行对数生长，等待其生长到某一时间段之后，将部分发酵液放出，同时也会向其中补充新的营养物，降低有毒物质浓度对微生物生长的影响，从而延长微生物对数生长期，使其可以持续维持稳定产能。此类培养技术在应用中，能够维持适当的菌体浓度，去除碳源的阻遏效应。同时可以降低有毒代谢物积聚效应影响，利于产物的继续合成。

1.4连续培养技术

与半连续培养技术相对应的便是连续培养技术，此类技术作为开放式培养体系，微生物在接种到培养基上后，会持续向发酵罐中补充新鲜营养物质，同时也会持续将生成物排出，以维持微生物发酵的持续进行。与其他培养技术不同点在于，在微生物进入到对数生长阶段后，会向发酵罐中持续添加营养物，同时也会等流量对外排放发酵液，这样也可以稀释发酵液中有毒物质浓度，维持微生物稳定的生长状态，使其可以持续维持稳定产能。此类培养技术在应用中，能够一直维持较低的基质浓度，降低有毒物质影响。同时可以维持稳定的操作条件，保持成品生产状态的稳定性。

1.5高细胞密度培养技术

代谢产物的产生依靠微生物新陈代谢，微生物数量越多，自然产量也越高。而该培养技术在应用中，会通过提供足够量基质、诱导物、前体，来维持微生物的高生产力，从而产生更多的产物。通常情况下，所投入的细胞浓度将超过100g/L，最早是应用在单细胞蛋白和乙醇生产活动中。目前在技术应用中，可供选择的生物反应器包括搅拌罐、内置式反应器、外置式反应器等。此类技术在应用中具有操作过程简单、生产潜力较高等优势，在许多领域中得到了推广[1]。

1.6膜分离与发酵耦合技术

此类培养技术的培养原理在于，将微生物发酵液利用膜分离技术进行过滤，从而将有害代谢物过滤掉，降低发酵液中有害物浓度，从而为高细胞密度培养创造良好条件。提高单位时间内的微生物发酵产量。在膜生物反应器的应用中，常用的应用方式如下：（1）利用膜生物反应器来对培养物进行保留，使其可以在反应器中进行悬浮，不会因为微滤或透析导致细胞流失。（2）将生物催化剂直接固定在膜表面、网格或者两张膜当中，以此来起到截留目标物的作用。此类技术在应用中，具有排除有害代谢物、降低反馈抑制、提升目标物产量等作用，目前在基因工程、单克隆抗体生产等领域得到了良好应用。

2微生物发酵培养时的注意事项

2.1做好微生物习性分析

为提高所选微生物发酵培养策略的合理性，需要做好微生物习性分析，具体所需要考虑的内容包括，微生物适宜生长温度、需求营养物类别、酸碱度、新陈代谢规律等，根据得到的分析经验，来选择最为契合的微生物发酵培养技术。同时在前期分析活动中，也需要对微生物生长规律进行整理，了解微生物延滞期、对数生长期、衰减期和稳定期对应时间段，这样也有助于后续调整活动的有序进行，提高微生物发酵培养质量的合理性[2]。

2.2完善发酵培养体系

在微生物发酵培养活动中，也需要做好发酵培养体系的完善工作，具体实践中需注意以下内容：（1）对于微生物发酵培养过程进行监测，积累微生物不同生长阶段的反馈数据，从中筛选出有价值数据来补充到发酵培养体系中，不断提升体系的指导性与适用性[3]。（2）在发酵培养活动中，也需要对于其中出现的异常问题进行分析，基于问题本质原因提出相应 的处理策略，以此来营造良好的微生物发酵培养环境，提高目标产物产量。

2.3积极引入新培养技术

除上述提到的相关内容外，在具体的发展活动中也需要做好新培养技术的引入工作，提高微生物发酵培养策略选择的多样化。在技术引入时也需注意以下内容：（1）对于新技术的可行性进行分析，借助计算机仿真软件建立虚拟实验环境，根据虚拟仿真实验得到的反馈结果，来判断新技术的适应性和可操作性[4]。（2）确定新技术的可行性之后，还需要做好相关人员的技术培养，使相关人员可以明确新技术的应用流程、注意事项，充分发挥新技术应用价值，提高目标物的产量和效率。

结束语

综上所述，微生物发酵培养过程中，需要结合微生物生长习性、代谢规律来匹配恰当的培养技术，如半连续培养技术、连续培养技术等。通过整理各类微生物发酵培养策略应用时需注意的内容，可以积累有价值应用经验，不断完善微生物发酵培养体系。

参考文献

[1]王雯雯,吴金皎,杨晓林,李艳红.以玉米秸秆为基质的微生物发酵产多糖的工艺优化[J].安徽农业科学,2022,50(09):194-197.

[2]鲁旭锋,朱慧霞,吴欢,姚日生.微生物发酵稻草秸秆生产蛋白饲料培养条件优化[J].中国酿造,2021,40(04):66-71.

[3]白立勇,葛新霞,王建华.微生物发酵制药技术[J].化工设计通讯,2020,46(10):148-149.

[4]陈佩珊，陈芳艳.微生物发酵法制备富含γ-氨基丁酸的桑叶复合粉[J].广东蚕业，2019,53(05):1-4+6.