式中 t：培养时间（h）； X0：细胞的初始浓度； X：t 时刻的细胞浓度； μ：细胞的比生长速率。 细胞通过对数生长期迅速生长繁殖后，由于营养物质的不断消耗、抑制物等的积累、细 胞生长空间的减少等原因导致生长环境条件不断变化，细胞经过减速期后逐渐进入平稳期， 此时，细胞的生长、代谢速度减慢，细胞数量基本维持不变。 在经过平稳期之后，由于生长环境的恶化，有时也有可能由于细胞遗传特性的改变，细 胞逐渐进入衰退期而不断死亡，或由于细胞内某些酶的作用而使细胞发生自溶现象。 图 14-3 典型的分批培养随时间的变化曲线 在分批培养过程中，与细胞的生长、代谢相关的主要参数有限制性营养物质浓度及其比 消耗速率、细胞密度及其比生长速率、产物浓度及其生成速率、抑制物的浓度等。根据比速 率的定义，分批式培养过程有下述方程： 细胞生长速率 X dt dX = （14-3） 底物消耗速率 Q X dt dS = − S （14-4）
式中 t：培养时间（h）； X0：细胞的初始浓度； X：t 时刻的细胞浓度； μ：细胞的比生长速率。 细胞通过对数生长期迅速生长繁殖后，由于营养物质的不断消耗、抑制物等的积累、细 胞生长空间的减少等原因导致生长环境条件不断变化，细胞经过减速期后逐渐进入平稳期， 此时，细胞的生长、代谢速度减慢，细胞数量基本维持不变。 在经过平稳期之后，由于生长环境的恶化，有时也有可能由于细胞遗传特性的改变，细 胞逐渐进入衰退期而不断死亡，或由于细胞内某些酶的作用而使细胞发生自溶现象。 图 14-3 典型的分批培养随时间的变化曲线 在分批培养过程中，与细胞的生长、代谢相关的主要参数有限制性营养物质浓度及其比 消耗速率、细胞密度及其比生长速率、产物浓度及其生成速率、抑制物的浓度等。根据比速 率的定义，分批式培养过程有下述方程： 细胞生长速率 X dt dX = （14-3） 底物消耗速率 Q X dt dS = − S （14-4）
产物形成速率 Q X dt dP = P （14-5） 式中 μ：细胞的比生长速率： S：底物浓度 QS：基质比消耗速率； P：产物浓度； QP：产物比生产速率。 典型的分批培养随时间变化的过程曲线如图 14-3 所示。 由于分批式培养过程的环境随时间变化很大，而且在培养的后期往往会出现营养成分缺 乏或抑制性代谢物的积累使细胞难以生存，不能使细胞自始至终处于最优的条件下生长、代 谢，因此在动物细胞培养过程中采用此法的效果不佳。 2、分批补料式培养(Fed-batch culture) 分批补料式培养是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条件下接种细胞，进行 培养，使细胞不断生长，产物不断形成，而在此过程中随着营养物质的不断消耗，不断地向 系统中补充新的营养成分，使细胞进一步生长代谢，直到整个培养结束后取出产物。分批补 料式培养只是向培养系统补加必要的营养成分，以维持营养物质的浓度不变。由于分批补料 式培养能控制更多的环境参数，使得细胞生长和产物生成容易维持在优化状态。 分批补料式培养过程的特征如图 14-4 所示。分批补料式培养的特点就是能够调节培养 环境中营养物质的浓度：一方面，它可以避免在某种营养成分的初始浓度过高时影响细胞的 生长代谢以及产物的形成；另一方面，它还能防止某些限制性营养成分在培养过程中被耗尽 而影响细胞的生长和产物的形成。同时在分批补料式培养过程中，由于新鲜培养液的加入， 整个过程的反应体积是变化的。 图 14-4 流加式培养过程的特征 根据分批补料控制方式不同，有两种分批补料式培养方式：无反馈控制流加和有反馈控 制流加。无反馈控制流加包括定流量流加和间断流加等；有反馈控制流加一般是连续或间断 地测定系统中限制性营养物质的浓度，并以此为控制指标来调节流加速率或流加液中营养物 质的浓度等。由于分批补料式培养的反应体积不断变化，培养过程中的各参数变化可写为 VX dt d VX = ( ) （14-6） mVX dt d VX Y FS dt d VX X S = − − ( ) 1 ( ) / （14-7）
产物形成速率 Q X dt dP = P （14-5） 式中 μ：细胞的比生长速率： S：底物浓度 QS：基质比消耗速率； P：产物浓度； QP：产物比生产速率。 典型的分批培养随时间变化的过程曲线如图 14-3 所示。 由于分批式培养过程的环境随时间变化很大，而且在培养的后期往往会出现营养成分缺 乏或抑制性代谢物的积累使细胞难以生存，不能使细胞自始至终处于最优的条件下生长、代 谢，因此在动物细胞培养过程中采用此法的效果不佳。 2、分批补料式培养(Fed-batch culture) 分批补料式培养是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条件下接种细胞，进行 培养，使细胞不断生长，产物不断形成，而在此过程中随着营养物质的不断消耗，不断地向 系统中补充新的营养成分，使细胞进一步生长代谢，直到整个培养结束后取出产物。分批补 料式培养只是向培养系统补加必要的营养成分，以维持营养物质的浓度不变。由于分批补料 式培养能控制更多的环境参数，使得细胞生长和产物生成容易维持在优化状态。 分批补料式培养过程的特征如图 14-4 所示。分批补料式培养的特点就是能够调节培养 环境中营养物质的浓度：一方面，它可以避免在某种营养成分的初始浓度过高时影响细胞的 生长代谢以及产物的形成；另一方面，它还能防止某些限制性营养成分在培养过程中被耗尽 而影响细胞的生长和产物的形成。同时在分批补料式培养过程中，由于新鲜培养液的加入， 整个过程的反应体积是变化的。 图 14-4 流加式培养过程的特征 根据分批补料控制方式不同，有两种分批补料式培养方式：无反馈控制流加和有反馈控 制流加。无反馈控制流加包括定流量流加和间断流加等；有反馈控制流加一般是连续或间断 地测定系统中限制性营养物质的浓度，并以此为控制指标来调节流加速率或流加液中营养物 质的浓度等。由于分批补料式培养的反应体积不断变化，培养过程中的各参数变化可写为 VX dt d VX = ( ) （14-6） mVX dt d VX Y FS dt d VX X S = − − ( ) 1 ( ) / （14-7）