Управление ингибированием субстрата при периодическом культивировании с подпиткой: линейные против экспоненциальных стратегий подпитки

В микробиологической ферментации и исследованиях и разработках биопроцессов вверх по течению, культивация кормленных партий представляет собой золотой стандарт биопроцессной стратегии для достижения высокой плотности клеток и максимизации урожая рекомбинантных белков.На протяжении всего этого процесса скорость доставки питательных веществ в корм (Feed Rate) должна точно синхронизироваться с кинетикой клеточного роста и скоростью потребления субстрата.

Когда скорость подачи превышает метаболический спрос, накопление субстрата (например, избыток глюкозы) вызывает сильное ингибирование субстрата или образование токсичных побочных продуктов (например, накопление ацетата).препятствующие росту биомассыИ наоборот, недостаточное питание приводит к истощению питательных веществ, нарушая кинетику экспрессии белка.Поскольку постоянное питание не может удовлетворить меняющиеся потребности в питательных веществах во время фазы экспоненциального роста, инженеры биопроцессов строго оценивают автоматизированные возможности биореактора для многопрофильного питания при выборе оборудования.

Для решения проблемы метаболического дрейфа, вызванного несоответствием питательных веществ, современное автоматизированное программное обеспечение биореактора интегрирует универсальныеСпециальные профили питания и алгоритмы связывания обратной связи в замкнутом цикле:

• Линейный профиль питания: скорость подачи увеличивается линейно с течением времени на основе определенных параметров наклона, идеально подходит для стационарных фаз роста клеток.
• Индекс (экспоненциальный) профиль питания: Распределение кормов скалируется экспоненциально с течением времени, чтобы соответствовать специфическим темпам роста клеток (μ), точно учитывая быстро растущие потребности в питательных веществах экспоненциального роста.
• pH / DO- связанное с закрытым циклом дозирование: Программное обеспечение управления позволяет осуществлять прямую связь вперед или назад (pH/DO-Feed Link) между пищевыми перистальтическими насосами и показателями pH или растворенного кислорода (DO).Когда пик DO или pH указывает на истощение субстрата, система автоматически запускает подачу насоса питания для метаболической дозировки на основе спроса.
• Контроль точности цикла и рабочего времени: Операторы могут настроить точные циклы управления (цикл, например, 5.0s) и длительность активной работы (рабочее время), чтобы предотвратить локализованную токсичность питательных веществ, вызванную непрерывным циклом насоса.

При выборе лабораторных биореакторов для ферментации высокой плотности и расширения процесса инженерам биопроцессов следует рассмотреть следующие спецификации питания:

1. Альгоритм питания универсальность:Проверить, поддерживает ли программное обеспечение управления линейный и индексный (экспоненциальный) режимы специального питания с настраиваемыми параметрами времени.
2. Многопараметровый замкнутый цикл связи:Подтвердить, можно ли динамически связать насосы питания с сигналами DO или pH с настраиваемыми логическими триггерами Forward и Reverse.
3. Точность дозировки и калибровка потока:Убедитесь, что контроллер имеет калибровку скорости потока перистальтического насоса (калибровку, г/мин) и непрерывное отслеживание кумулятивного веса в режиме реального времени (всего,g) для полного соответствия балансу массы и прослеживаемости процесса.