高細胞密度發(fā)酵( high cell density fermentation，HCDF) 是應用一定的培養(yǎng)技術和設備來提高菌體生物量與目標產物比、獲得高外源蛋白產率的發(fā)酵術。其發(fā)展至今僅20 年左右歷史，最簡單的應用例子是生產面包酵母，利用烷烴或有機廢水生產單細胞蛋白也是該技術的雛形應用實例。隨著許多重要工業(yè)微生物的遺傳背景和生理特性被逐漸認識，高細胞密度發(fā)酵技術也在該基礎上拓展了其應用領域。引自黃莉娟《高細胞密度發(fā)酵技術的研究進展》。

高細胞密度概念
高細胞密度是一個相對概念，一般認為上限值為150 ～ 200 g /L，下限值為20 ～ 30 g /L，但是對于一些極端微生物或自養(yǎng)微生物，細胞濃度如果達到1 g /L 也可算 高細胞密度。廣義來講，凡是細胞密度比較高，以至接近其理論值均可稱為高細胞密度。

 
高細胞密度發(fā)酵的優(yōu)點
利用高細胞密度發(fā)酵技術可以提高單位體積培養(yǎng)液中菌體的濃度，進而提高體積產率; 相應的縮小反應器體積，縮短生產周期，減少設備投資; 強化 后續(xù)分離提取，并在一定程度上減少廢水量; 降低生產成本， 提高綜合生產效率。

高細胞密度發(fā)酵的應用領域
1、在生物制品中的應用
試驗研究表明，高密度發(fā)酵技術在利用工程菌生產各種干擾素、生長因子、生物酶、肽類、多糖等活性成分過程中得到了廣泛應用。

2、在食品工業(yè)中的應用
高細胞密度發(fā)酵技術可用于活細胞( 即為所需產物) 的培養(yǎng)，如通過改善培養(yǎng)環(huán)境和調控方式得到乳酸菌的高密度發(fā)酵，應用于乳制品行業(yè)。另外，高細胞密度發(fā)酵還可用于酵母菌生產酒精和利用螺旋藻細胞生產螺旋藻等。

高細胞密度發(fā)酵技術建立策略
影響高細胞密度發(fā)酵的因素非常多，如接種量、營養(yǎng)物質、抑制性物質的積累、溶解氧濃度、培養(yǎng)溫度、pH 值、補料方式及發(fā)酵液流變學特性等。要建立高細胞密度發(fā)酵技術，需在傳統(tǒng)發(fā)酵技術的基礎上對培養(yǎng)環(huán)境、培養(yǎng)方式、誘導策略及生物反應器等進行優(yōu)化選擇。
 
1、培養(yǎng)環(huán)境及其優(yōu)化
1培養(yǎng)基組成
2培養(yǎng)條件
3有害代謝產物的調控
 
2、培養(yǎng)方式的選擇
實現(xiàn)高細胞密度發(fā)酵的方法主要有補料分批培養(yǎng)，在有生長抑制物存在時的滲析、透析及過濾 培養(yǎng)，細胞的固定化培養(yǎng)以及微孔膜截流的細胞循環(huán)培養(yǎng) 等，其中補料分批培養(yǎng)研究最為完善且使用最為廣泛。

3、產物誘導策略
對于許多帶有誘導型啟動子重組生物體的高細胞密度發(fā)酵，只有將生長期和產物形成期分開才能獲得最大生產率。若誘導物或產物對細胞有毒性危害，應人為地將誘導期和生長期分開，即采用兩級連續(xù)培養(yǎng)模式。表達產物的誘導一般在菌體的對數(shù)生長期或對數(shù)生長中后期，即A600為0． 5 ～ 0． 7 時進行。

4、培養(yǎng)過程的測控
高細胞密度發(fā)酵過程測控系統(tǒng)是發(fā)酵系統(tǒng)中重要的組成部分，通過測控系統(tǒng)可對發(fā)酵過程實施 有效的檢測與控制，確保發(fā)酵生產過程正常運行，以提高發(fā) 酵的產量和質量。傳統(tǒng)測控方式為離線檢測，即根據(jù)發(fā)酵生 產時間進行取樣檢測，該方法不能實時監(jiān)控發(fā)酵過程，測控 效率低，甚至有可能影響發(fā)酵生產。隨著科學技術發(fā)展，在 線監(jiān)控，即通過軟測量技術實時檢測、實時反饋，能更好地指 導生產，越來越多的應用到發(fā)酵生產過程中。

5、生物反應器的選擇
生物反應器的選擇通常用于高細胞密度培養(yǎng)的生物反應器類型包括普通攪拌發(fā)酵罐、帶有外置或內置式細胞持留裝置的攪拌發(fā)酵罐、透析膜反應器、氣旋式反應器、氣升式反應器和振動陶瓷瓶反應器等。

6、誘導階段甲醇流加方法概述
有些高密度培訓不是為了獲得細胞，而是提高蛋白表達，如巴斯德畢赤酵母表達系統(tǒng)，其作為一種真核表達系統(tǒng)，自20 世紀80 年代發(fā)展至今，已經顯現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。且在載體構建和新型菌株的開發(fā)方面，已 經取得卓有成效的研究成果，試驗結果表明，在畢赤酵母誘導表達階段，甲醇濃度的控制是至關重要。目前常采用以下3 種方式來調控甲醇的流加：（1）根據(jù)溶 氧控制甲醇流加。（2）通過氣相色譜控制甲醇流加。 （3）甲醇甘油混合流加。
引自：閔兆升等：《巴斯德畢赤酵母（P.pastoris）高密度發(fā)酵研究進展》

總結
高密度發(fā)酵技術相比普通發(fā)酵技術具有獨特的優(yōu)勢，將其應用于各種微生物產品的高效表達能極大降低生產成本，提高生產效率，但因技術條件的不成熟和設備投資的不足使得其產業(yè)化應用受到限制。著重于研究解決高密度發(fā)酵實際生產過程中遇到的問題，并且將高細胞密度發(fā)酵技術從工程菌的培養(yǎng)推廣至非工程菌的培養(yǎng)比如培養(yǎng)醋酸菌產醋酸等，這將是今后的研究重點。