
【化】 batch culture
batch; in batches; in turn
【化】 batch
【經】 in batches
bring up; cultivate; culture; develop; foster; rear; train
【醫】 cultivation; culture
分批培養(Batch Culture)是微生物學與生物工程領域的核心概念,指在封閉系統中一次性加入全部營養物質,使微生物或細胞在有限條件下完成生長、繁殖和代謝的過程。其英文對應術語為"batch culture",強調培養過程的非連續性特征。
定義與原理
該技術通過控制初始營養濃度和環境參數(如溫度、pH),允許微生物群體經曆典型的生長周期:延遲期、對數生長期、穩定期和衰亡期。代謝産物會隨培養時間推移逐漸積累,直至營養耗盡後終止培養。
應用場景
技術優勢與局限
相較于連續培養,分批培養具有設備簡單、污染風險低的優點,但存在産物濃度梯度變化明顯、培養周期短的特性。美國食品藥品管理局(FDA)在《生物制品生産質量管理規範》中明确規定了分批培養過程的質量控制标準。
通過哈佛大學生物工程實驗室公開課資料顯示,現代分批培養已發展出補料分批培養(Fed-batch)等改良型技術,通過動态補充營養延長對數生長期,顯著提升目标産物得率。
分批培養是微生物學或細胞培養中的一種常見操作模式,其核心特點是一次性投料、封閉式培養、一次性收獲。以下是詳細解釋:
基本概念
分批培養是将微生物或細胞一次性接種到固定體積的培養基中,封閉培養系統後不再補充新營養,待生長周期結束後一次性收獲産物的方法。
操作步驟
包括裝料、接種、培養(監測生長)、終止反應并收獲産物。例如,工業發酵中常通過定時取樣繪制微生物的生長曲線(延遲期、對數期、穩定期、衰亡期)。
連續培養
連續培養通過不斷補充新培養基并排出舊液,維持微生物的對數生長期,適合工業化連續生産。而分批培養因營養耗盡會進入穩定期或衰亡期。
補料分批培養(流加培養)
屬于分批培養的擴展,在培養過程中逐步添加特定營養(如碳源、氮源),延長對數生長期以提高産物濃度,但培養體積會逐漸增加。
在分批培養中,微生物的生長受限于初始營養濃度,其物質平衡可簡化為公式:
$$
frac{dx}{dt} + frac{1}{Y}frac{ds}{dt} = 0
$$
其中,(x)為微生物濃度,(s)為底物濃度,(Y)為底物轉化率常數。
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