流加培養

流加培養是化學工程中通過間歇或連續補料實現分批發酵的核心技術，其定義由《化學工程名詞》第一版於1995年經全國科學技術名詞審定委員會審定公布。流加發酵又稱補料分批發酵（Fed-batch fermentation），是指在分批發酵過程中間歇或連續補加新鮮培養基的方法。該技術自20世紀70年代起經歷了從經驗操作到動力學模型建立的演進，形成恆速流加、指數流加等操作類型，通過調控底物濃度解決高密度培養與產物合成的矛盾。在生物製藥領域，2025年研究案例驗證了動態反饋流加策略可使單克隆抗體產量提升95%，展示了其在工業化生產中的關鍵作用。

基本介紹

• 中文名：流加培養
• 外文名：fed batch culture
• 所屬學科：化學工程
• 公布時間：1995年 
• 技術別名：補料分批發酵
• 工藝優勢：轉化率高、操作靈活
• 套用領域：生物製藥、生物化工
• 控制參數：DO/pH動態反饋
• 典型工藝：兩階段動態反饋流加策略

技術定義與發展

流加培養是指在初始分批發酵基礎上，通過定量補加新鮮培養基的強化培養方法。《化學工程名詞》第一版將其定義為化學工程中調控底物供給速率的核心工藝。流加發酵又稱補料分批發酵（Fed-batch fermentation），是指在分批發酵過程中間歇或連續補加新鮮培養基的方法。技術發展可分為三個階段：

• 經驗操作期（1970年前）：依賴人工經驗調整補料速率
• 模型構建期（1970-2000年）：建立基於質量平衡的動力學方程，推導出菌體生長速率與底物消耗的定量關係
• 智慧型控制期（2000年後）：基於DO/pH等參數的反饋控制技術及最最佳化理論發展

操作類型

• 恆速流加：單位時間補加固定體積培養基，適用於底物抑制係數低的系統
• 指數流加：按$\frac{dV}{dt}=V_0e^{\mu t}$方程動態調整補料速率，匹配細胞指數生長期需求
• 反饋控制流加：通過溶氧（DO）或pH值實時調節補料泵速，研究案例中該策略使CHO細胞培養密度突破$1.2\times10^7$ cells/mL

工業套用場景

高密度培養

針對重組蛋白生產中細胞活性下降問題，採用梯度補料策略：

• 階段Ⅰ：限制性補加葡萄糖維持濃度2-4 mM
• 階段Ⅱ：脈衝式補加胺基酸混合物消除代謝瓶頸
  2025年實施uHSD-IFB工藝後，單克隆抗體累積濃度達8.2 g/L

次級代謝調控

在抗生素髮酵中運用：

• 前體物質定向補加（如青黴素G側鏈苯乙酸）
• 磷酸鹽濃度分級控制（0.2-1.5 mM梯度調節）
  該方式可使放線菌產物合成期延長

典型工藝案例

CHO細胞強化培養

2025年華東理工大學團隊建立的動態反饋系統包含：

• 代謝動力學模型：基於葡萄糖消耗速率（$q_{Glc}=0.35$ mmol/10^9 cells/day）設計兩階段補料協定
• 培養基最佳化：通過化學計量學確定Mn^2+與Cu^2+最佳摩爾比1:0.07
• 工藝驗證：在15L生物反應器中實現活細胞密度（VCD）峰值提升至$1.5\times10^7$ cells/mL，較傳統工藝提高82%，目的蛋白累積產量提升95%，日體積產量提高97%