连续循环发酵技术

细履平沙

本文以卢正东发表的《发酵与分离耦合高强度生产L-乳酸的研究》博士论文和于培星发表的《连续循环发酵生产Ｌ－乳酸新技术研究》为例，来说明连续循环发酵的应用。本文还给出了培养基优化的一个新方向： 筛选出非粮原料，做到不与人争粮的目的。

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最有潜力的新技术近年来,随着膜技术的发展和成熟,发酵过程中采用膜生物反应器来截留菌体,使发酵罐中的生产菌保持指数增长期的高活性生理状态,获得较高的发酵强度,从而减少单批发酵的时间,成为提高发酵生产率的有效方法。这类膜生物反应器已经在乳酸、乙酸、丁二酸的发酵生产中进行了研究。通过降低发酵液中起始糖浓度,补料发酵技术也应用于解除发酵底物和产物抑制。连续循环发酵被认为是提高发酵体积生产率最有潜力的新技术。卢正东在论文中研究了多轮细胞循环发酵的细胞衰退规律，发现除生物量非线性增长之外,发酵液中活细胞浓度、乳酸产量、体积生产率及糖转化率随循环次数的增加有先升后降的趋势, 在第8轮,乳酸产量达到最大值157.26g/l,比第1轮单批发酵提高了 12.89%，体积生产率达到8.73g/l/h,是单批发酵的4.1倍。

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连续循环发酵的基本思路

在保证无菌和培养温度合适的情况下，将经过一定时间培养的发酵液分别经微滤、超滤膜分离出滤液，而可见的杂质、大分子蛋白及菌体细胞循环回发酵瓶（罐）进行再发酵，期间通过测定返回料液量、菌体量，考察死亡率的等影响因素，然后补加培养基，来控制再发酵的条件，经过这样的循环过程，可以延长发酵时间，减少底物抵制，提高产率。

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应用的基本前提1、存在中间产物或终产物抑制现象（见上图4.1），存在乳酸抵制现象。2、对设备密封性和人员技能提出高要求，只有这样无菌环境才可能保证。3、菌种稳定，可以保证长时间的生产活性。4、发酵培养基经过优化，适合于生物不同的循环。5、中间关键指标能够检测，以这些指标可能辅助确定不同的控制参数。

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技术难点

1、循环次数的控制。在试验过程中要尽可能多的测试发酵过程参数，掌握除了产率外的参数，为确定循环次数，以及每次循环采取的控制参数（工艺）做准备。
2、循环比例的控制。随着循环次数的增加，细胞或菌体的代谢特性会发生变化，需要根据不同的代谢特性确定最适的循环比例，或者说多大的循环比例下，使用哪种控制方法。
3、无菌的控制
上文中作者进行了15个循环，没有发现染菌情况，其中采取的一个措施是逐渐降低培养温度，即便污染也可以抑制杂菌生长。培养基筛选的方向     作者卢正东除了在连续循环工艺上进行了有益的探索外，也从培养基筛选上给了我们一个思路： 筛选出非粮原料，做到不与人争粮的目的，从而降低成本。结果见表3.3和表3.4。敬请关注发酵人公众号结尾
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