补料分批发酵、连续发酵与固体发酵的原理与案例

易凡

摘要：现代发酵工艺包括补料分批发酵、连续发酵、固体发酵等多种发酵方式，而本文将会集中这三种进行原理和案例上的讨论。补料分批发酵源于封闭培养、调整碳源ph值等因素的分批发酵，在其基础上增加了以控制方式向细胞培养物喂养碳源的过程。此种发酵方式应用相较其他两种比较普遍。连续发酵也是一个封闭的发酵系统，这种发酵系统可以无限制运行——通过连续或者间歇地添加新鲜的营养培养基至发酵罐中，但容易收到杂菌污染和代谢不便。固体发酵是指微生物在没有自由液体存在的情况下在固体材料上生长的发酵过程。这种方式拥有介质便宜等优点，但也受限于难以调整参数和检测生物量。

关键词：补料分批发酵;连续发酵;固体发酵;发酵工艺

一、背景

发酵（fermentation）由拉丁语词根“翻涌”（fervere）展开来，起初指代果实发酵期间翻腾冒泡的现象。这种现象是由沉浸在液中的糖分被降解时产生的二氧化碳排放所引起的。微生物生理学中的发酵属于一种无氧环境下的生物氧化方式，可以使用来制备微生物本身、直接与次级代谢产物。能够进行发酵作用的微生物包括酵母菌、枯草芽孢杆菌等。发酵主要分为乳酸发酵以及酒精发酵。在乳酸发酵过程中， 发酵与有氧呼吸的起始步骤相同，都为糖酵解，并同样在过程中产生两个ATP集团和NADH集团。然而，不同于进行有氧呼吸，在发酵过程中产生的丙酮酸不会通过氧化以及柠檬酸循环，也因此不会通过电子传输链，导致在糖酵解中产生的NADH无法通过此通路去掉一个氢原子形成NAD+。……