生物工程发酵技术核心内容
江西农业大学生物科学与工程学院
2025年6月20日
中间补料是指在发酵过程中添加营养物质，以维持或优化发酵过程。其主要原因包括：
中间补料需要解决两个核心问题：
控制和引导产生菌在培养过程中，特别是中后期的生化代谢活动向着有利于产物积累的方向发展。
通过中间补料实现代谢调控，优化发酵过程，最大化目标产物产量。
碳源是菌体需要量最大的物质，在发酵前期消耗很快，到了产物合成阶段必须补充碳源以维持菌体活性，延长产物合成期。
根据还原糖水平控制补糖，如赤霉素还原糖降到0.6%就需要补糖。
根据总糖水平控制补糖，如抗生素发酵，有的控制在2%或3%不等。
注意：不同的发酵阶段控制的残糖浓度有可能不同。如金霉素发酵：前期3.5%，中期2.5%，后期1.5%
补糖时间控制很重要：
| 补糖时间(h) | 96h效价(u/ml) |
|---|---|
| 20 | 6000 |
| 45 | 10000 |
| 62 | 6000 |
| 残糖浓度(%) | 补糖时间(h) | 补糖总量(g/L) | 菌体量(g/L) | 纳他霉素增长率(%) |
|---|---|---|---|---|
| 3.0 | 38 | 27 | 9.37 | 16.7 |
| 2.5 | 44 | 22 | 8.48 | 14.3 |
| 2.0 | 50 | 23 | 7.23 | 32.1 |
| 1.5 | 60 | 13 | 6.96 | 20.2 |
关键发现：当还原糖浓度降至2%时，发酵开始由菌体生长阶段向代谢产物合成阶段转变，此时补糖并维持糖浓度在2%可延长抗生素分泌期，并使纳他霉素以最大的生产速率不断合成。
补糖量的控制以控制菌体浓度不增或略增为原则，使产生菌的代谢活动有利于产物合成。
| 补糖速度 (g/L·h) | L-缬氨酸 (g/L) | 菌体浓度 (g/L) | 对葡萄糖的转化率 (%) |
|---|---|---|---|
| 10 | 50.42 | 16.3 | 33.61 |
| 25 | 52.23 | 17.1 | 34.82 |
| 40 | 49.33 | 16.8 | 32.89 |
补料方式可分为：
| 补糖方式 | L-缬氨酸(g/L) | 菌体浓度(g/L) | 转化率(%) | 残糖浓度(g/L) |
|---|---|---|---|---|
| 一次定量 | 45.98 | 16.2 | 30.65 | 9.2 |
| 间歇定量 | 48.94 | 16.7 | 32.63 | 4.9 |
| 间歇恒速 | 51.98 | 17.3 | 34.65 | 1.8 |
三种不同的流加补料模式比较：
| 培养模式 | 最大细胞干重(g/L) | 达到时间(h) | GSH含量(mg/g) | GSH总量(mg/L) |
|---|---|---|---|---|
| 分批培养 | 10.97 | 32 | 29.48 | 323.39 |
| 恒速流加 | 15.88 | 60 | 40.19 | 638.2 |
| 指数流加 | 35.96 | 60 | 18.88 | 678.9 |
| 恒pH补料 | 22.35 | 60 | 43.75 | 977.8 |
结论：恒pH补料分批培养既可以获得较高的菌体浓度，菌体中GSH含量也较高，达到了菌体合成和GSH生产的相对统一。
补氮是发酵控制的另一个重要项目，主要作用是调节pH和补充产生菌所需的氮源，从而控制代谢活动。
林可霉素发酵改进工艺：
添加前体可显著增加产量、控制发酵方向。
| 苯乙酸添加速度% | 苯乙酸总量% | 青霉素产量 | G型比例% |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 550 | 31.8 |
| 0.025 | 0.18 | 1321 | 82.8 |
| 0.050 | 0.40 | 1823 | 96.2 |
注意事项：苯乙酸浓度过高时对青霉素有毒性。在pH低时比pH高时毒性更大。由于高浓度有毒性，苯乙酸应多次少量加入或采取流加方式。
工厂管理十分重要，一定要严格消毒，包括补充料液的消毒和管道消毒，以降低染菌风险。
通过本章学习，学生应能掌握中间补料的原因、意义和控制方法，能够根据不同发酵过程设计合理的补料方案。