連續發酵在工業生產中的應用：優勢、挑戰與發展前景

工業生產中連續發酵應用的是借助其高效穩定且易自動化控制特性，實現產品高產優質、成本降低與生產規模化、持續化。

      Hospodka（1966）認為，連續發酵比分批發酵具有更大的生產能力，連續發酵操作具有均一性、生產穩定性和易于實現自動化控制，但染菌機會和菌種退化的可能性也大大增加。

      該公式通過計算“最大菌濃度與初始菌濃度的差值”和“發酵終點時間與起始時間的差值”的比值，得到分批發酵過程中單位時間內菌體的凈增長量，以此衡量分批發酵的菌體生產效率。

       該公式通過考慮稀釋率、穩態菌濃度，以及連續培養前的非生產時間與穩態維持時間的比例關系，計算連續發酵過程中單位時間內的菌體輸出量，以此衡量連續發酵的菌體生產效率。其中， DX  是穩態下單位時間的菌體生成量，分母  1 - tiii/T  用于修正連續培養前非生產時間對產率的影響，最終反映連續發酵在扣除前期準備時間后的實際菌體生產能力。

在穩態連續培養時稀釋率對菌體產量的影響

（橫坐標：稀釋率D；縱坐標：菌體產率）

       菌體產率DX隨著稀釋率的增加而增加，直到一個最大值，這之后隨D的增加而下降（上圖），故連續發酵中可采用能達到最大菌體生產率DX的稀釋速率。

       用上面第一個公式所表示的分批發酵的產量是發酵全程的平均值，由于菌體生產率依賴于初始菌體量，而大部分菌體是在發酵過程產生。所以，分批發酵時的最大菌體生產能力是出現于發酵終點。

       然而在連續培養時，以最適稀釋率使培養處于穩態條件下，則細胞的生產能力成為一個常數。因此，連續發酵的生產能力必然大于分批發酵。一個連續發酵過程可以連續很長時間（幾周甚至幾個月），全過程中非生產時間只占很小的比例。而在分批發酵時全程的操作時間較為有限，其非生產時間占有顯著的比例。所以，分批發酵的生產效率相對來講要低得多。

     目前，連續發酵技術已在多產品中落地應用，成功生產出乙醇、微生物蛋白、有機酸等。主要應用領域是菌種穩定性較強的傳統發酵領域，其核心優勢在于能連續穩定運行數周甚至更久，大幅縮短非生產時間，顯著提升了工業生產效率。

       基因工程菌因為其遺傳穩定性相對較差，目前主要還是采用補料分批發酵或者叫半連續發酵。但未來也可以通過基因改造，使菌株不僅耐受性更強、不易退化，還能有效抵御雜菌污染，避免發酵過程中斷，為連續發酵的長期穩定生產提供可能。

      總體來看，連續發酵技術在工業生產模式中有其獨特的優勢，對于適合的產品，從傳統分批發酵的低效模式，轉向“流水線”般高效、自動化的新生產方式是一種進步。隨著菌種改造技術與發酵控制水平的持續進步，該技術的應用場景將有進一步拓展的可能，未來發展前景十分廣闊。