生物发酵工程质量控制

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生物发酵工程是现代生物制药工程的重要组成部分之一，通过微生物的生长过程获取需要的生物化工产品。微生物的生长过程包含4个阶段调整期、对数期、稳定期和衰亡期。在稳定期会累积大量的代谢产物，这也是大多数反应中收获产物的时期，一旦越过这个时期进入衰亡期，菌体活性和产物纯度都会受到极大影响。由于生物反应的复杂性，发酵过程重复性差，质量控制困难，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程易出现反应异常，如何保证发酵反应长期维持在稳定期是发酵工程工艺放大最为关注的问题。为了保障发酵过程中菌种处于旺盛稳定期生长状态，维持葡萄糖等必要能量代谢物质的含量至关重要。采用在线光谱对发酵液中的葡萄糖含量进行实时监测，是一种适合于生物发酵过程控制的技术路线：将葡萄糖浓度变化作为补料以及菌种状态的判断指标，含量低于固定指标时及时依据监测结果补料，可显著提升生物发酵的产品质量和生产效率。如下图，从小型发酵罐中引出一条旁路，光谱探头通过流通池实时获取发酵液信号，最终对发酵液中葡萄糖浓度的检测浓度最低可达到3‰。而如果采用发酵液离线取样和实验室检测来做过程控制，一方面检测结果滞后可能错过最佳补料干预时机，另一方面取样过程可能对发酵体系造成影响，如杂菌的污染等。旁路实时监测装置，发酵液中葡萄糖浓度监测 生物发酵工程是现代生物制药工程的重要组成部分之一，通过微生物的生长 过程获取需要的生物化工产品。微生物的生长过程包含4个阶段：调整期、对数期、稳定期和衰亡期。在稳定期会累积大量的代谢产物，这也是大多数反应中收获产 物的时期，一旦越过这个时期进入衰亡期，菌体活性和产物纯度都会受到极大影 响。由于生物反应的复杂性，发酵过程重复性差，质量控制困难，，在从实验室到 中试，从中试到大规模生产过程易出现反应异常，如何保证发酵反应长期维持在 稳定期是发酵工程工艺放大最为关注的问题。 为了保障发酵过程中菌种处于旺盛稳定期生长状态，维持葡萄糖等必要能量 代谢物质的含量至关重要。采用在线光谱对发酵液中的葡萄糖含量进行实时监测，是一种适合于生物发酵过程控制的技术路线：将葡萄糖浓度变化作为补料以及菌 种状态的判断指标，含量低于固定指标时及时依据监测结果补料，可显著提升生 物发酵的产品质量和生产效率。如下图，人从小型发酵罐中引出一条旁路，光谱探 头通过流通池实时获取发酵液信号，最终对发酵液中葡萄糖浓度的检测浓度最低 可达到3%0。 而如果采用发酵液离线取样和实验室检测来做过程控制，一方面检测结果滞 后可能错过最佳补料干预时机，另一方面取样过程可能对发酵体系造成影响，如 杂菌的污染等。