Quản lý ức chế chất nền trong nuôi trồng theo lô ăn: Chiến lược liên kết cho ăn tuyến tính so với biểu thức

Trong quá trình lên men vi sinh vật và nghiên cứu phát triển quy trình upstream, nuôi cấy fed-batch đại diện cho chiến lược quy trình sinh học tiêu chuẩn vàng để đạt được mật độ tế bào cao và tối đa hóa năng suất protein tái tổ hợp. Trong suốt quá trình này, tốc độ cung cấp chất dinh dưỡng (Tốc độ cấp liệu) phải đồng bộ chính xác với động học tăng trưởng của tế bào và tốc độ tiêu thụ cơ chất.

Khi tốc độ cấp liệu vượt quá nhu cầu trao đổi chất, sự tích tụ cơ chất (ví dụ: dư thừa glucose) gây ra ức chế cơ chất nghiêm trọng hoặc hình thành sản phẩm phụ độc hại (như tích tụ acetate), cản trở sự phát triển sinh khối. Ngược lại, cấp liệu dưới mức dẫn đến suy dinh dưỡng, làm suy giảm động học biểu hiện protein. Vì cấp liệu với tốc độ không đổi không thể đáp ứng các yêu cầu dinh dưỡng thay đổi trong giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân, các kỹ sư quy trình sinh học đánh giá nghiêm ngặt khả năng cấp liệu đa cấu hình tự động của lò phản ứng sinh học trong quá trình lựa chọn thiết bị.

Để giải quyết sự trôi dạt trao đổi chất do khớp nối dinh dưỡng sai, phần mềm lò phản ứng sinh học tự động hiện đại tích hợp các Hồ sơ cấp liệu đặc biệt và thuật toán liên kết phản hồi vòng kín:

• Hồ sơ cấp liệu tuyến tính: Tốc độ cấp liệu tăng tuyến tính theo thời gian dựa trên các tham số độ dốc được xác định, lý tưởng cho các giai đoạn tăng trưởng tế bào ở trạng thái ổn định.
• Hồ sơ cấp liệu theo chỉ số (cấp số nhân): Cấp liệu tăng theo cấp số nhân theo thời gian để phù hợp với tốc độ tăng trưởng tế bào cụ thể (μ), đáp ứng chính xác nhu cầu dinh dưỡng tăng theo cấp số nhân của sự tăng trưởng theo cấp số nhân.
• Liều lượng vòng kín liên kết pH / DO: Phần mềm điều khiển cho phép liên kết trực tiếp tiến hoặc lùi (Liên kết pH/DO-Cấp liệu) giữa các bơm cấp liệu và các điểm đặt pH hoặc Oxy hòa tan (DO). Khi sự tăng đột biến của DO hoặc pH cho thấy sự cạn kiệt cơ chất, hệ thống sẽ tự động kích hoạt bơm cấp liệu để định lượng trao đổi chất dựa trên nhu cầu.
• Kiểm soát độ chính xác chu kỳ và thời gian làm việc: Người vận hành có thể cấu hình các chu kỳ điều khiển chính xác (Chu kỳ, ví dụ: 5.0 giây) và thời lượng chạy hoạt động (Thời gian làm việc) để ngăn ngừa độc tính dinh dưỡng cục bộ do chu kỳ bơm liên tục.

Khi lựa chọn lò phản ứng sinh học để bàn trong phòng thí nghiệm cho quá trình lên men mật độ cao và mở rộng quy mô quy trình, các kỹ sư quy trình sinh học nên xem xét các thông số kỹ thuật cấp liệu sau:

1. Tính linh hoạt của thuật toán cấp liệu: Xác minh xem phần mềm điều khiển có hỗ trợ sẵn các chế độ Cấp liệu Đặc biệt Tuyến tính và Chỉ số (cấp số nhân) với các tham số thời gian có thể cấu hình hay không.
2. Liên kết vòng kín đa tham số: Xác nhận xem các bơm cấp liệu có thể được liên kết động với tín hiệu DO hoặc pH với các trình kích hoạt logic Tiến và Lùi có thể tùy chỉnh hay không.
3. Độ chính xác định lượng và hiệu chuẩn dòng chảy: Đảm bảo bộ điều khiển có tính năng hiệu chuẩn tốc độ dòng bơm nhu động (Hiệu chuẩn Tốc độ, g/phút) và theo dõi trọng lượng tích lũy liên tục theo thời gian thực (Tổng cộng, g) để tuân thủ cân bằng khối lượng đầy đủ và truy xuất nguồn gốc quy trình.