3.生化生产过程的共性
尽管生化生产过程中所用的生命体或其生命过程有其自身的特点,但是这些生命体的生命过程具有生命活动的共性,因此生化生产过程也具有相应的共性:
(1)微生物或动植物细胞要维持其生命,必须获得必要的和足够的营养和能量,这与人类为了维持生命需要食物一样,因此,这就涉及细胞培养的培养基问题。由于不同的微生物或动植物细胞有着不同的生理、生化特性和生长特点,对培养基的营养成分就有不同的要求,培养基中的碳源形式、碳氮的比例、微量元素以及生长素、抑制剂的存在与否都可能对细胞的生长和产物的代谢产生很大的影响。如何选择作为培养基主要成分的碳源、氮源、微量元素以及生长素等,并确定培养基中各组份的含量及比例,是各类生化生产过程所需要解决的共同问题。
(2)生化生产过程中的细胞培养一般都是纯种培养过程,而微生物杂菌是无孔不入、无处不在的,杂菌污染不仅消耗了培养基中的营养成分,使原料的利用率下降,有时还会分泌出对微生物或动植物细胞有毒或者能破坏产物的物质,对生产过程产生极大的影响,甚至会使生产过程失败。工业上,是否能防止杂菌污染导致生产倒罐是决定生产成败的关键,也是决定生产过程经济效益好坏的重要因素,因此,必须严格防止杂菌的污染。生产过程中的原料、设备和空气的灭菌或除菌是生化生产过程中最重要的环节之一。
(3)如何合理地设计一级、二级乃至三级种子培养系统,并讨论如何掌握各级种子培养系统的培养时间以及它们之间的比例,从而使种子培养系统与生产过程合理配套也是生化生产过程所需要考虑的问题之一。
(4)对于好氧的培养过程,需要不断地向细胞培养系统供给足够的氧气,以保证细胞的正常生长和所需产物的形成、代谢,鉴于细胞培养液的传递特性比较复杂,如何合理地设计通气搅拌设备,使之既能保证足够的氧气供给,又尽可能节省能量,且不使细胞或代谢产物失活是好氧培养过程的重要组成部分。即使对于厌氧的培养过程,也常常有CO,等气体、营养物质以及热量等的传递,尽管其对搅拌的要求不象好氧培养过程那样严格,但同样也是十分必要的。
(5)微生物或动植物细胞的生长有不同的阶段,各个阶段对营养及环境有着不同的要求。如何合理地控制不同阶段的环境条件及营养物质的浓度是保证原料低消耗、产物高产率的重要因素。不合理的培养过程控制有可能导致无法得到所需要的产物。
(6)生化生产过程中的代谢产物几乎都是以混合物的形式存在,如何选择合适的分离方法,使之高效率、低成本地从细胞或培养液中提取、分离、纯化和精制所需的产物是决定生产成败的关键因素。
所有这些都是各类细胞培养过程中存在的共同性质,只是在不同的具体生产过程对各个环节有着不同的要求而已。
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