补料分批发酵

介于分批发酵和连续发酵之间的发酵技术

补料分批发酵（又称“半连续发酵”或者“流加发酵”）是指在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但并不连续地向外放出发酵液的发酵技术，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。

研究背景

葡萄糖效应、代谢阻退等问题，得到较高的转化率、染菌和退化的概率小、对发酵过程可实现优化控制等优点。应用范围非常广泛，几乎遍及整个发酵行业。

优点

（1）高浓度的底物会对微生物的生长起到抑制作用，如果采用分批发酵的方式生产代谢产物，发酵体系中营养物质的浓度不会很高，营养物质的不足限制了菌体和代谢产物的形成，因而产率低。而补料分批发酵是先在营养物质浓度比较低的情况下进行发酵，随后不断补加新鲜营养物质，使得茜体正常生长并不断积累代谢产物，从而可以避免分批发酵中一次性投料过多而引起的底物抑制效应。

（2）由于补料分批发酵的过释中可以不断补加营养物质，在充足的营养条件条件下，菌体可以大量生长繁殖，因此若对培养基成分、发酵条件、补料工艺等进行研究并不断改善，可以实现细胞高密度培养这一目的，这对于某些不需要微生物代谢产物而希望获得菌体本身的发酵是非常有利的。

（3）在微生物的发酵过程中往往会合成不需要的而且对菌体生长有害的代谢产物，当这些代谢产物大量积累的时候，会对菌体的生长和目标代谢产物的合成产生严重的抑制作用，甚至会抑制细胞的死亡，导致正常的代谢终止。补料分批发酵可以降低有毒代谢产物的浓度，减轻其对菌体的破坏。除此之外，补料还起到稀释产物的作用，解除了产物浓度过高带来的产物抑制效应。

（4）可以解除底物的抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物阻遏作用。当代谢产物收率或其生产速率明显地受某种底物组分浓度影响（如用醋酸、甲醇、苯酚等作为发酵基组分而存在底物浓度的抑制）时，采用补料分批技术比分批发酵有利；可以减少菌体生长量，提高有用产物的转化率；菌种的变异及杂菌污染问题易控制；便于自动化控制。

分类

补料分批发酵按不同的标准可以划分为不同的类型。按照补料成分可以分成单组分补料和多组分补料，按发酵体积又可以划分为变体积补料和恒体积补料，按补料时间是否连续可以划分为间歇补料和连续补料两种，连续补料按补料速度又可以分为恒速补料、指数补料和变速补料等。

补料策略

为了补加的物质能够发挥最大的促进作用，必须对补料策略进巧深入研究。有开环控制和闭环控制两种基本补料策略，所有的研究都是両绕它们进行的。前者主要研究补料的方式、补料时间、补料的多少以及补料速度等等，而闭环控制又称反馈控制，分为直接法和间接法两类。间接法主要通过一些能够反映微生物生怜隋况的理化参数和生物参数（pH、泡沫、DO等等）来反馈发酵情况进而调整补料速率保证发酵过程正常进行，主要有DO-stat法、pH-stat法以及PQ-stat法等等。直接法顾名思义，直接以限制性基质浓度作为反馈参数，当基质浓度过低不足以提供茵体生长和代谢所需的需要时，通过控制C源、N源W及C/N等方式达到发酵持续进行的目的。由于能够直接测定基质含量的传感器的缺乏，因此只有极少量的底物可以在线直接测定，直接法的使用受到了很大的限制，反馈调节以间接法为主。

应用

许多学者利用补料分批发酵技术生产代谢产物，均取得了良好效果。卢宗梅等利用补料分批发酵技术生产L-谷氨酸，利用优化后的条件进行发酵，L-谷氨酸的产量提高了30%以上。伍时华等对补料分批发酵L-亮氨酸的工艺条件进行了硏究，L-亮氨酸的最终含量也有了很大提高。潘亚磊等利用半连续发醇生产谷胱甘肽（GSH），细胞的干重和GSH的含量分别为分批发酵的2.86倍和4.93倍。宋向阳等研究表明，以树干毕赤酵母为菌种，纯木糖为发酵底物，通过分批补料发酵法可提高乙醇得率及糖利用率；武斌等研究也表明，以巴氏醋杆菌为菌种采用分批发酵法能明显提高醋酸度和乙醇转化率，缩短生产周期，节约成本。补料分批发酵技术的应用范围十分广泛，几乎遍及整个发酪行业。

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