大肠杆菌发酵经验总结
大肠杆菌高密度发酵
课程设计说明书课程名称：发酵工程设计题目：大肠杆菌的高密度发酵院系：生物与食品工程学院学生姓名：******学号：************专业班级：10生物工程（2）班指导教师：*****课程设计任务书大肠杆菌的高密度摘要：在工业生产过程中，由于技术或是生产条件的限制，在大肠杆菌高密度发酵培养中很难实现其高密度发酵。
针对这一问题，我组专门为此设计一实验来探索发酵过程中的限制性因素。
我们从开始的发酵培养基的组分及其配比，到后来的灭菌方式，投料程序以及在发酵过程中温度的设定控制，PH值的设定控制及溶氧的设定控制都进行了严格的监测，再到最后的OD值，氨基氮以及还原糖的测定都进行严谨的完成。
关键词：大肠杆菌高密度发酵OD值目录1.设计背景 (1)1.1大肠杆菌高密度发酵产品及其质量安全现状 (1)1.2高密度发酵定义 (1)1.3 规定标准 (1)2.设计方案 (2)3.方案实施 (3)3.1 大肠杆菌简介 (3)3.2 菌种选材 (3)3.3 种子扩大培养 (3)3.4 发酵培养基配比 (3)3.5 发酵过程 (4)4.结果与结论 (7)5.收获与致谢 (9)6.参考文献 (10)1.设计背景1.1大肠杆菌高密度发酵产品及其质量安全现状目前，在发酵产业进入工业化，自动化的今天，产品的高密度发酵越来越受到国内外的重视。
人们在根据实验与生产阶段总结的经验中，逐步掌握发酵生产所需要的最佳控制条件。
在此过程中所得的产品密度更大，纯度更高，质量安全也得到了保障。
1.2高密度发酵定义高密度发酵（high cell density cultivation，HCDC)是指在一定条件和培养体系下，获得最多的细胞量，由此更多地或更高效地获得目的产物。
即利用一定的培养技术和装置提高菌体的发酵密度，使菌体密度较普通培养有显著提高，最终提高产物的比生产率(单位体积单位时间内产物的产量)。
通常认为菌体密度超过50 g(DCW)／L即为高密度发酵。
一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法
一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法《一种大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法》嗨，大家好！今天我要给大家讲一讲一种特别神奇的东西，那就是大肠杆菌诱导蛋白表达的发酵方法。
你可能会想，这听起来好复杂呀，大肠杆菌？蛋白表达？发酵？这些都是啥呀？别急，听我慢慢道来。
我先给你们讲讲大肠杆菌吧。
大肠杆菌就像一个小小的工厂，不过这个工厂特别特别小，小到我们用肉眼都看不见呢。
它就生活在我们周围的环境里，有时候还会在我们的肚子里。
你可别一听在肚子里就觉得害怕，大多数时候它和我们和平共处呢。
这个小小的大肠杆菌呀，有着大大的本事。
它就像一个勤劳的小工人，能在合适的条件下做出很多了不起的事情。
那蛋白表达又是什么呢？我给你们打个比方吧。
就好像我们要做一个特别的蛋糕，这个蛋糕需要各种材料，蛋白就是其中很重要的一种材料。
在大肠杆菌这个小工厂里，它能按照一定的指令，把各种原料组合起来，然后做出我们需要的那种特殊的“蛋白蛋糕”。
这可太神奇了吧！现在咱们来说说发酵。
发酵这个词呀，听起来就很有趣。
你们有没有见过妈妈做馒头或者酿酒呀？那就是发酵的过程。
对于大肠杆菌诱导蛋白表达来说，发酵就像是给大肠杆菌这个小工人提供一个特别的工作环境，让它能够更好地制造我们想要的蛋白。
那这个发酵方法具体是怎么回事呢？我给你们详细说说。
首先呀，我们得给大肠杆菌准备一个舒服的家。
这个家就是发酵的培养基啦。
培养基就像小工人的食物和住所一样重要。
我们要把各种营养成分都放进这个培养基里，就像我们做饭的时候要准备米、菜、肉一样。
这些营养成分就包括碳源、氮源、矿物质和一些维生素等。
碳源就像是能量棒，能给大肠杆菌提供能量，让它有力气干活。
氮源呢，就像是建筑材料，能帮助构建蛋白。
要是没有这些营养成分，大肠杆菌可就没法好好工作啦。
然后呀，我们要把大肠杆菌放进这个培养基里。
这时候的大肠杆菌就像一群小蚂蚁发现了一块大蛋糕一样，开始在这个培养基里活跃起来。
但是，这还不够呢，我们还得给它们一些特殊的指令，让它们知道要做什么样的蛋白。
重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程
重组大肠杆菌是一种重要的工业微生物，具有广泛的应用价值。
在大肠杆菌高密度发酵过程中，流程的设计和优化对产品的质量和产量具有重要影响。
本文将围绕重组大肠杆菌高密度发酵工艺流程展开讨论，探讨其流程设计、优化及相关技术。
通过对该工艺流程的深入研究，不仅可以提高重组蛋白的产量和纯度，还可以降低生产成本，为工业生产提供可靠的技术支持。
一、高密度发酵工艺流程概述1.1 菌种培养和预处理重组大肠杆菌菌种的培养是整个发酵过程的基础。
首先需要进行菌种的接种培养，培养基的选择、发酵条件的控制对于菌种的生长和繁殖至关重要。
对菌种的预处理也至关重要，包括对菌种进行筛选和培养基的调整等。
1.2 发酵过程控制发酵过程控制是重组大肠杆菌高密度发酵的关键环节，包括培养基的添加、通气量的控制、温度、pH值的调节等。
合理的发酵过程控制可以保证菌体的生长和代谢活性，从而提高产物的产量和纯度。
1.3 产物的回收和纯化重组大肠杆菌高密度发酵后，产物的回收和纯化也是至关重要的环节。
通过合理的回收和纯化工艺，可以获得高纯度的重组蛋白产品，满足不同应用领域的需求。
二、高密度发酵工艺流程优化2.1 发酵条件的优化在重组大肠杆菌高密度发酵过程中，发酵条件的优化对产品的产量和质量具有重要影响。
包括但不限于培养基配方的优化、发酵温度、通气量、pH值等参数的优化，通过优化发酵条件可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
2.2 发酵过程监测与控制发酵过程的监测与控制是优化工艺流程的重要手段，包括对菌体生长情况的实时监测、代谢产物浓度的检测以及对发酵过程参数的实时调节等。
通过发酵过程的精准监测和控制，可以最大程度地发挥菌体的生长和代谢潜力。
2.3 产物回收与纯化工艺的改进产物的回收与纯化是影响产品质量的关键因素，通过改进产物回收与纯化工艺，可以提高产品的纯度和收率，降低生产成本，提高经济效益。
三、高密度发酵工艺流程相关技术3.1 培养基配方优化技术合理的培养基配方对于重组大肠杆菌的生长和表达具有重要影响，通过优化培养基配方，可以提高菌体的生长速率和产物的表达水平。
最新大肠杆菌发酵经验总结
大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响），所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制pH值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易刑场较低的pH，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比。
大家讨论得较多的是关于代谢副产物乙酸对大肠杆菌发酵的影响，针对我们论坛所发的帖，我先总结以下几点，并作出相应解决措施。
一、代谢副产物-乙酸乙酸是大肠杆菌发酵过程中的代谢副产物，在多大的浓度下产生抑制作用各种说法不一，一般认为在好气性条件下，5～10g/L 的乙酸浓度就能对滞后期、最大比生长速率、菌体浓度以及最后蛋白收率等都产生可观测到的抑制作用。
当乙酸浓度大于10或20g/L 时，细胞将会停止生长，当培养液中乙酸浓度大于12g/L 后外源蛋白的表达完全被抑制。
大肠杆菌发酵经验总结汇总
大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响），所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制pH值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易刑场较低的pH，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比。
大家讨论得较多的是关于代谢副产物乙酸对大肠杆菌发酵的影响，针对我们论坛所发的帖，我先总结以下几点，并作出相应解决措施。
一、代谢副产物-乙酸乙酸是大肠杆菌发酵过程中的代谢副产物，在多大的浓度下产生抑制作用各种说法不一，一般认为在好气性条件下，5～10g/L 的乙酸浓度就能对滞后期、最大比生长速率、菌体浓度以及最后蛋白收率等都产生可观测到的抑制作用。
当乙酸浓度大于10或20g/L 时，细胞将会停止生长，当培养液中乙酸浓度大于12g/L 后外源蛋白的表达完全被抑制。
大肠杆菌总结
大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响）所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制p H值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，p H偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易形成较低的p H，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比.温度对大肠杆菌的影响:大肠杆菌发酵最适温度是37 C，当温度最适菌体生长时，比增长速率将会增大。
随温度上升细菌代谢加快，其产生代谢副产物也会增加。
这些副产物会对菌体的生长产生一定的抑制作用。
菌体生长过快也会影响质粒的稳定性。
降低培养温度，菌体对营养物质的摄取和生长速率都会下降。
同时也减少了有毒代谢副产物的产生和代谢热的产生。
有时降低温度更有利于目的蛋白的正确折叠及表达。
在重组大肠杆菌的发酵中不同发酵阶段其最适温度也不同，为了能获得大量的目的蛋白，首先要保证菌体的量，因此在前期可优先考虑菌体的生长，到诱导阶段应将目的产物的表达放在首位。
发酵验证实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在验证不同微生物对不同糖类的发酵能力，从而了解微生物的代谢特性及其在发酵过程中的作用。
通过观察发酵过程中产生的气体和酸性物质，分析微生物的发酵能力，为微生物发酵技术的应用提供理论依据。
二、实验原理微生物发酵是指微生物在一定条件下，将有机物转化为其他有用物质的过程。
发酵过程中，微生物利用糖类作为碳源和能源，通过酶的作用，将糖类分解为有机酸、气体等产物。
本实验采用糖发酵培养基，通过观察微生物对糖类的发酵能力，来判断微生物的代谢特性。
三、实验材料1. 实验仪器：恒温培养箱、显微镜、酒精灯、试管、试管架、滴管、移液器、刻度吸管等。
2. 实验试剂：葡萄糖、乳糖、麦芽糖、果糖、蔗糖、淀粉、葡萄糖发酵培养基、溴甲酚紫指示剂、蒸馏水等。
3. 实验菌株：大肠杆菌、乳酸菌、酵母菌等。
四、实验方法1. 将葡萄糖、乳糖、麦芽糖、果糖、蔗糖、淀粉分别溶解于蒸馏水中，配制成不同浓度的溶液。
2. 将不同浓度的糖溶液分别加入葡萄糖发酵培养基中，混匀。
3. 将实验菌株接种于发酵培养基中，置于恒温培养箱中培养。
4. 每隔一定时间，观察发酵培养基中气泡的产生和指示剂的颜色变化。
5. 记录实验数据，分析微生物的发酵能力。
五、实验结果与分析1. 大肠杆菌发酵实验将大肠杆菌接种于葡萄糖发酵培养基中，培养一段时间后，观察到培养基中产生气泡，溴甲酚紫指示剂由黄色变为紫色，说明大肠杆菌能够发酵葡萄糖，产生酸性物质和气体。
2. 乳酸菌发酵实验将乳酸菌接种于乳糖发酵培养基中，培养一段时间后，观察到培养基中产生气泡，溴甲酚紫指示剂由黄色变为紫色，说明乳酸菌能够发酵乳糖，产生酸性物质和气体。
3. 酵母菌发酵实验将酵母菌接种于葡萄糖发酵培养基中，培养一段时间后，观察到培养基中产生气泡，溴甲酚紫指示剂由黄色变为紫色，说明酵母菌能够发酵葡萄糖，产生酸性物质和气体。
4. 其他微生物发酵实验根据实验结果，其他微生物对糖类的发酵能力如下：（1）麦芽糖：大肠杆菌、乳酸菌、酵母菌均能发酵麦芽糖。
大肠杆菌高密度发酵中乙酸代谢
文献介绍
• 发酵仪器（附图介绍）
实验培养曲线对比
PH7.0、6.5培养曲线对比分析
A：PH：PH7.0时，PH相对稳定，6小时后有一个上升过程，直到7.5小时 恢复正常。 PH6.5时，PH变化较大，6小时后上升，接近6.5小时下降、稳定，大 概在8.5小时，再次上升，30分钟后下降，直到10小时才稳定。
非常相似（图5）.在发酵6 h 前不久，当乙酸浓度达到 7.2g/L时，葡
萄糖消耗急剧的减少（ 10 分钟减少40% ）与上面描述的0.5 g/L观察
到的内容相似。在发酵过程中控制葡萄糖浓度为2.0 g/L，当葡萄糖消
耗下降时，培养物并不消耗乙酸。在 40 分钟之后，培养基浓度恢复，
葡萄糖消耗的持续增加，乙酸产生的增加。在葡萄糖消耗量减少的整
个期间，PH和异柠檬酸盐裂解酶都没有增长，可以看得出没有乙酸
消耗的现象出现，在没有发生改变的情况下。
文献总结
• 内容总结 • 在大肠杆菌发酵培养过程中，有氧和糖的消耗
以及二氧化碳的排放量暂时下降50%-80%的现象 发生，并伴有排泄物被利用的现象发生。 • 相对于营养物确定的培养基，在营养物富集的 培养基中，大肠杆菌会缓慢生长，并且会产生乙 酸。乙酸在培养基中的存在多方面影响细胞的生 理特性，浓度升高的乙酸溶液限制培养物的生长 速率，其对复杂培养基的影响比确定培养基大多 了，在分批补料培养中，乙酸的产生明显高于批 发酵所产生的，这是因为在延伸生长阶段大肠杆 菌使得乙酸达到最高浓度。
文献介绍
• 试验内容 通过14L发酵罐进行大肠杆菌高密度培养，分别以PH
为7.5、7.0、6.5、6.0，葡萄糖浓度为0.5g/L进行培养。 PH6.0，葡萄糖浓度为2.0g/L进行培养。
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大肠杆菌发酵经验总结大肠杆菌发酵经验总结首先，补料速率与比生长速率直接影响着乙酸的生成速率和积累量（主要是补料速率与比生长速率影响发酵液中的残糖量，进而影响），所以适当的控制补料速率和比生长速率，对于控制乙酸的量有很好的效果。
其次，必须要保证充足的溶氧，并严格控制pH值，而且补酸碱的速率尽量缓和，不能太快；温度对于蛋白的表达也有很重要的影响，较低的发酵温度下所生产出的蛋白大多是有活性的，而较高的发酵温度下产生的蛋白大多一包涵体形式存在。
第三，选取合理的诱导时间非常重要，一般的诱导时间选在指数生长后期，而且诱导时的比生长速率最好能控制在0.2之内，选在此时诱导，1.将菌体的快速生长期与蛋白合成期分开，使这两个阶段互不影响，有利于蛋白的高表达；2.已经得到了大量的菌体，而且菌体的生物量基本接近稳定，不论是从动力学角度，还是能耗，物料成本方面，都比较合理。
第四，补料过程中的碳氮比也很重要。
若氮源过高，会使菌体生长过于旺盛，pH偏高，不利于代谢产物的积累，氮源不足，则菌体繁殖量少从而影响产量；碳源过多，则容易刑场较低的pH，抑制菌体生长，碳源不足，则容易引起菌体的衰老和自溶。
另外，碳氮比不当还会引起菌体按比例的吸收营养物质，从而直接影响菌体的生长和产物的合成。
根据自己的经验，一般情况下，对于一个稳定的发酵工艺下，如果总是在固定的发酵时间段出现溶菌现象，而且能排除噬菌体和染菌的可能性后，那就可能是因为碳氮比不合理造成的。
可以适当调整碳氮比。
大家讨论得较多的是关于代谢副产物乙酸对大肠杆菌发酵的影响，现总结以下几点，并作出相应解决措施。
一、代谢副产物-乙酸乙酸是大肠杆菌发酵过程中的代谢副产物，在多大的浓度下产生抑制作用各种说法不一，一般认为在好气性条件下，5～10g/L 的乙酸浓度就能对滞后期、最大比生长速率、菌体浓度以及最后蛋白收率等都产生可观测到的抑制作用。
当乙酸浓度大于10或20g/L 时，细胞将会停止生长，当培养液中乙酸浓度大于12g/L 后外源蛋白的表达完全被抑制。
预防乙酸产生的措施：1、通过控制比生长速率来减少乙酸的产生：比生长速率越高，乙酸产生越多，当比生长速率超过某个值时，乙酸开始产生。
可以通过降低温度，调节酸碱度，控制补料等方法来降低比生长速率。
2、透析培养：在大肠杆菌的培养过程中可以用透析技术除去发酵液中的有害物质，降低乙酸含量从而实现重组菌的高密度发酵和产物的表达。
3、控制葡萄糖的浓度：葡萄糖是大肠杆菌发酵过程中重要的碳源之一，用其作碳源是要将其控制在一个较低的水平上，以减少乙酸的产生。
常用的控制方法主要有：恒pH法：大肠杆菌会代谢葡萄等产生乙酸，使pH 值下降。
因此可通过pH值的高低作为控制葡萄糖的指标，该法的缺点是pH 的变化不完全是由葡萄糖代谢的结果，容易造成补料体系出错。
恒溶氧法：菌体代谢时会消耗氧，使溶氧下降，当葡萄糖浓度低到一定程度时菌体代谢下降，消耗氧能力下降，溶氧上升。
因此，根据溶氧曲线补加葡萄糖，保持溶氧恒定，可以控制葡萄糖在一定的水平。
二、温度大肠杆菌发酵最适温度是37 C，当温度最适菌体生长时，比增长速率将会增大。
随温度上升细菌代谢加快，其产生代谢副产物也会增加。
这些副产物会对菌体的生长产生一定的抑制作用。
菌体生长过快也会影响质粒的稳定性。
降低培养温度，菌体对营养物质的摄取和生长速率都会下降。
同时也减少了有毒代谢副产物的产生和代谢热的产生。
有时降低温度更有利于目的蛋白的正确折叠及表达。
在重组大肠杆菌的发酵中不同发酵阶段其最适温度也不同，为了能获得大量的目的蛋白，首先要保证菌体的量，因此在前期可优先考虑菌体的生长，到诱导阶段应将目的产物的表达放在首位。
三、培养方式微生物的培养方式主要有分批、连续和补料分批3种。
大肠杆菌发酵大多采用补料分批培养，这是在现代发酵工艺得到优化的一种方式，能有效的优化微生物培养过程中的化学环境。
使微生物处于最佳的生长环境。
这种方式一方面可以避免某些营养成分初始浓度过高出现底物抑制现象，另一方面能够防止限制性营养成分被耗尽而影响细胞的生长和产物的形成。
补料分批培养已广泛应用于各种各样的初级、次级生物产品和蛋白等的发酵生产中。
生物技术研究者追求的两个主要目标，一是新型生物产品的开发，另一就是为传统的或新生生物产品，寻求更经济的生产方式。
近十年来，利用遗传工程技术来生产一些重要的生物药物，是生物技术领域中迅速发展的一个重要方向。
在这一研究领域里，如何创造更经济、更有效的方法，来提高生产过程的经济性和产品的市场竞争力，已经成为生物技术领域的科学家们所关注的焦点问题。
利用重组DNA技术生产重要的生物药物，在人类文明史上具有划时代的意义。
由于生产成本和生产率的高低直接影响公司的生存，重组生物药物生产过程的优化已经成为一个重要问题。
它包括以下六个方面∶(1)适宜宿主的选择；(2)重组蛋白积累位点(如可溶的胞内积累、胞内聚合积累、周质积累或胞外积累)的确定；(3)重组基因最大表达的分子策略；(4)细胞生长和生产环境的优化；(5)发酵条件的优化；（6）后处理过程的优化。
只有这六个方面都以实现高生产率为目标，整个生产过程的最优化才能实现。
(一)细胞生长环境的优化策略要提高细胞密度和生产率，首先需要对微生物生长的物理和化学环境进行优化，包括生长培养基的组成，培养物理参数(pH、温度和搅拌)及产物诱导条件。
优化这些参数的目的在于保证细胞生长处于最适的环境条件之下，避免营养物过量或不足、防止产物降解以及减少有毒产物的形成。
1．培养基组成的优化培养基中通常含有碳(能)源、氮源，以及微营养物如维生素和微量元素，这些营养物的浓度与比例，对实现生产重组微生物的高密度发酵是很重要的。
例如，过量的Fe2+和CaCO3与相对低浓度的磷酸盐可促进黄曲霉生产L-苹果酸；链霉菌在60～80 mmol/L -淀粉酶的产量可提高2倍。
α的产率显著提高。
此外还发现，限制精氨酸的浓度虽然会抑制细胞的生长，但比起精氨酸充足时细胞生长优良的情况，其重组βCO32-存在下，其丝氨酸蛋白酶生产能力可提高10倍之多；在重组微生物达到高细胞密度后，限制磷酸盐浓度可使抗生素和异源白介素培养基中复合氮源的种类对重组大肠杆菌的高密度发酵也非常重要。
一般地，当流加培养基中含有酵母膏时，重组蛋白不稳定；而当流加培养基中含有蛋白胨时，大肠杆菌不能再利用其所产生的乙酸。
将酵母膏和蛋白胨都加入流加培养基中，不但所生产的重组蛋白非常稳定，细胞还能再利用代谢合成的乙酸，这是一种非常有趣的代谢机制。
恒化技术可用于优化精氨酸营养缺陷型大肠杆菌X90的生长培养基。
使该菌株以0.4 h-1的比生长速率在含精氨酸的基本培养基上生长，待培养达到稳定状态后，在恒化器内分别加入氨基酸、维生素和微量元素来考察这些物质对菌体生长和精氨酸合成的影响。
结果表明，由于氨基酸生物合成途径的末端产物抑制作用，加入某些氨基酸后，细胞生长反而受到抑制。
加入NH4Cl后细胞量则出现了戏剧性的增长。
而添加维生素对菌体生长基本上没有任何影响。
通过计算生物量对每种基质的产率，最终可以确定高密度发酵培养基的组成，在此优化培养基上，大肠杆菌X90细胞密度可达到92 g/L，同时形成56 mg/L的胞外重组蛋白酶。
2．特殊营养物的添加-内酰胺酶的培养基中添加60β在某些情况下，向培养基中添加一些营养物质能提高生产率。
这些营养物的作用有可能是作为产物的前体，也有可能是阻止产物的降解，例如，在培养重组大肠杆菌生产氯霉素乙酰转移酶(一种由许多芳香族氨基酸组成的蛋白)时添加苯丙氨酸，可将酶的比活力提高大约2倍；在培养重组枯草芽孢杆菌生产g/L的葡萄糖和100 mmol/ L的磷酸钾能使重组蛋白的稳定性显著提高。
其原因可能是由于宿主细胞产生的多种胞外蛋白酶的活性被抑制，从而防止了重组蛋白的降解。
在生长培养基中添加特殊物质有时还能以一种未知的机制提高生产率。
例如，在摇瓶培养M icromonospora cbersina时添加碘化钠可使dynemicin A的产量提高35倍，但在小型反应器中却无法重复这一结果。
3．限制代谢副产物的积累培养条件的控制对代谢副产物的形成影响甚大。
在分批或流加培养中，某些营养物的浓度过高均会导致Crabtree效应的产生。
在这种效应下，酿酒酵母会产生乙醇，大肠杆菌则会产生过量乙酸，一旦生成乙酸，细胞生长及重组蛋白的生产均会受到抑制。
大肠杆菌形成乙酸的速度依赖于细胞的生长速度和培养基的组成。
业已确证，如果在培养基中添加复合营养物(如大豆水解物)，则会增加乙酸的积累量。
针对如何减轻由于乙酸积累而产生的负面影响，众多研究者进行了大量工作，如利用循环发酵技术来限制乙酸在重组大肠杆菌高密度培养中的积累。
近来也有研究表明，添加某些氨基酸能减轻乙酸的抑制作用。
如在培养基中添加1 0 -内酰胺酶，并能刺激酶从周质向培养基中释放，但此时仍有乙酸伴随生成。
β-淀粉酶和αmg/L的甘氨酸能显著促进大肠杆菌合成重组(二)培养模式由于许多营养物在高浓度下对细胞有抑制作用，而为了达到高细胞密度，又必须供给大量的营养物质，因此，浓缩营养物必须以与其消耗速率成比例的速度加入反应器中。
为此产生了多种形式的补料策略，它可以简单到线性补料，也可以复杂到利用数学模型计算得出的策略来控制补料速率。
具体来说，培养模式的选择主要依赖于以下三个因素∶(1)所培养细胞的具体代谢行为；(2)利用抑制性底物合成目的产物的潜力；(3)诱导条件以及测量细胞培养各项参数的能力。
1．大肠杆菌流加发酵策略大肠杆菌是迄今为止遗传背景最清楚的菌株，广泛用于基因工程的研究中。
大肠杆菌高密度培养时最关键的问题是如何尽量减少乙酸的产生，因为高浓度葡萄糖或高比生长速率带来的高浓度乙酸会严重抑制细胞生长和重组蛋白的生产。
研究发现，即使葡萄糖浓度只有0.25～0.5 g/L，大肠杆菌仍会产生乙酸。
因此，高细胞密度发酵所采用的流加策略必须按照一定的算法制定，以保持反应器中底物浓度处于较低的水平。
营养物最好以它们的消耗速率加入反应器中，这样不仅可以防止底物积累到毒性水平，也不会使细胞处于饥饿状态。
近年来已经报道了多种控制大肠杆菌流加培养中流加速率的方法，其中大多数是将流加速率与一种物理参数间接耦合(如溶氧、pH或CO2释放速率)。
有学者将溶氧控制在一个预定值上以保证较低的生长速率，结果乙酸产生很少，最终细胞干重达到110 g/L，并发现较低的比生长速率还有利于重组蛋白的高表达。
在另一个控制低比生长速率的高细胞密度培养中，研究者采用先指数流加葡萄糖、铵盐和无机盐，后采用广义线性流加的培养策略，有效地防止了乙酸的积累，重组大肠杆菌的细胞密度达到66 g/L，通过温度诱导可在胞内形成19.2 g/L的活性重组蛋白。