ثقافة التغذية المتقطعة

الموسوعة الحرة
رمز المفاعل الحيوي ذو التغذية المتقطعة

تُعرَّف زراعة التغذية المتقطعة ، بمعناها الأوسع، بأنها عملية معالجة حيوية يتم فيها تزويد المفاعل الحيوي بعنصر غذائي واحد أو أكثر (ركائز) أثناء زراعة الكائنات الدقيقة أو الخلايا الحيوانية، دون سحب أي مرق زراعة (خلايا ووسط) حتى الحصاد النهائي. [ 1 ] ويُمكن وصف هذه الطريقة أيضًا بأنها زراعة "يدعم فيها وسط أساسي زراعة الخلايا الأولية ، ويُضاف وسط تغذية لمنع استنفاد العناصر الغذائية". [ 2 ] في بعض مزارع التغذية المتقطعة، يُستخدم وسط الزراعة بالكامل أو أحد سلائف المستقلب المستهدف كركيزة تغذية. وتُسمى هذه الطريقة أيضًا زراعة شبه متقطعة . وبينما يُعد مصطلح "شبه متقطعة" شائعًا في مجال هندسة التفاعلات الكيميائية، يُعتبر مصطلح "التغذية المتقطعة" الأنسب للتفاعلات الميكروبية، حيث إن الركائز المُضافة هي عادةً عناصر غذائية تستهلكها الكائنات الدقيقة. في الواقع، يُستخدم هذا المصطلح على نطاق واسع في العديد من الأبحاث والمراجعات المنشورة باللغة الإنجليزية. في هندسة العمليات الحيوية الحديثة، تُوصف المزارع الدفعية، والمزارع شبه الدفعية، والمزارع المستمرة عادةً بأنها الأنماط الأساسية الثلاثة للزراعة. ونظرًا لهذه الخصائص، تُعدّ الزراعة شبه الدفعية نوعًا من أنواع المزارع الدفعية. وتكمن ميزة الزراعة شبه الدفعية في إمكانية التحكم في تركيز الركيزة المُغذّاة في سائل الزراعة عند مستويات مُحددة (وفي كثير من الحالات، عند مستويات منخفضة). وبشكل عام، تتفوق الزراعة شبه الدفعية على الزراعة الدفعية التقليدية عندما يؤثر التحكم في تركيزات عنصر غذائي (أو عناصر غذائية) على إنتاجية أو مردود المستقلب المطلوب. بعبارة أخرى، تتمثل الميزة الرئيسية للزراعة شبه الدفعية في القدرة على التحكم بدقة في تركيز الركيزة المُغذّاة داخل مرق الزراعة. في الزراعة الدفعية، تُضاف جميع مكونات الوسط الضرورية في البداية، مما يجعل تركيزاتها غير مُتحكّم بها وتخضع فقط للنشاط الأيضي للكائنات الدقيقة. في المقابل، تسمح الزراعة شبه الدفعية بالتزويد التدريجي للركائز، مما يُتيح الحفاظ على التركيزات المثلى - غالبًا عند مستويات منخفضة - وفقًا للأهداف المحددة للعملية. في الوقت نفسه، في الزراعة المستمرة (الكيموستات)، تُحافظ جميع مكونات الوسط، بما في ذلك الركيزة المحددة للنمو، على قيم ثابتة. لذلك، من منظور التحكم البيئي، يمكن اعتبار الزراعة شبه المستمرة (التغذية المتقطعة) حلاً وسطاً بين الزراعة الدفعية والزراعة المستمرة. حالياً، ونظراً لمخاطر مثل التلوث البكتيري أو الفيروسي والطفرات الجينية، تقتصر الزراعة المستمرة على نطاق صناعي على عدد محدود من عمليات التخمر المحددة. ونتيجة لذلك، يُشدد بشكل متزايد على الزراعة شبه المستمرة باعتبارها تحسيناً جوهرياً مقارنةً بالزراعة الدفعية التقليدية. في عمليات التخمير الصناعي بالتغذية المتقطعة، تُعتبر المواد الأولية المستخدمة واستراتيجيات التغذية المتبعة من المعلومات السرية والخاصة. ونتيجةً لذلك، ورغم صعوبة الحصول على معلومات تفصيلية حول التطبيقات الصناعية، إلا أن عددًا كبيرًا من عمليات التخمير التجارية يُجرى باستخدام هذه الطريقة.

تاريخ

ظهر المصطلح التقني "التغذية الدفعية" لأول مرة في عنوان ورقة بحثية أصلية عام 1973. [ 3 ] بينما يُعد المرجع [4] دراسة شاملة تغطي زراعة الميكروبات والخلايا بشكل عام، فإن الفصل 21 منه مُخصص لزراعة التغذية الدفعية. [ 4 ] ومع ذلك، يقتصر النقاش فيه على زراعة التغذية الدفعية الثابتة (الموصوفة لاحقًا)، حيث يكون تركيز الركيزة في التغذية مساويًا لتركيز الركيزة الأولي في زراعة الدفعة. ينتج عن ذلك زيادة كبيرة في حجم المزرعة داخل المفاعل الحيوي، مما يجعله أقل تمثيلًا للمناقشات المتعلقة بعمليات التغذية الدفعية الصناعية. المرجع [1] عبارة عن مراجعة نُشرت عام 1984، والمرجع [5] عبارة عن دراسة شاملة نُشرت عام 2013. [ 5 ] ؛ يقدم كلاهما نظرة عامة شاملة على الأدبيات المتعلقة بزراعة التغذية الدفعية حتى سنوات نشرهما. عمليًا، مع ذلك، طُبقت هذه الطريقة قبل تسميتها رسميًا بفترة طويلة. يُعد إنتاج خميرة الخباز أقدم وأشهر مثال على عملية التخمير هذه. لتقليل تكوّن الإيثانول (منتج ثانوي) وزيادة إنتاجية الخميرة من السكر، يُضاف دبس السكر بشكل متقطع ومتتابع للحفاظ على تركيز منخفض للسكر. سُجّلت براءة اختراع ألمانية لهذه الطريقة عام 1917 ونُشرت عام 1919، بعد فترة وجيزة من الحرب العالمية الأولى. [ 6 ] علاوة على ذلك، قُبلت براءة اختراع لطريقة محسّنة للتخمير بالتغذية المتقطعة لخميرة الخباز عام 1933. [ 7 ] ومنذ ذلك الحين، عُرفت هذه العملية في ألمانيا باسم "Zulaufverfahren". وقد شهد إنتاج خميرة الخباز عبر طريقة التغذية المتقطعة تحسينات عديدة منذ ذلك الحين، [ 8 ] ولا تزال عملية تخمير بالتغذية المتقطعة ذات أهمية صناعية بالغة. تاريخيًا، ظهر التطبيق التالي في تخمير البنسلين، والذي يتضمن الإضافة المتتابعة لمصادر الطاقة (مثل الجلوكوز) وسلائف البنسلين (مثل حمض فينيل أسيتيك ). [ 9 ] لاحقًا، في مجال تخمير الأحماض الأمينية - وهو مجال رائد بدأته اليابان بتخمير الغلوتامات عام 1956 - تم اعتماد طريقة التغذية المتقطعة لإنتاج العديد من الأحماض الأمينية (انظر المرجع [ 10 ] على سبيل المثال ). علاوة على ذلك، وبعد تطور الهندسة الوراثية، تم اعتماد طريقة التغذية المتقطعة للزراعة عالية الكثافة للكائنات المُعاد تركيبها (وخاصةً الإشريكية القولونية ). [ 11 ] كما تم تطبيقها أيضًا على إنتاج البروتينات غير المتجانسة باستخدام الخميرة المُعاد تركيبها. [ 12 ]في الآونة الأخيرة ، استُخدمت هذه الطريقة في تصنيع الأدوية المضادة للأجسام عبر زراعة الخلايا الحيوانية بكثافة عالية في وسط سائل، وخاصة خلايا مبيض الهامستر الصيني (CHO). [ 13 ] [ 14 ]

الحالات التي تكون فيها مزارع التغذية المتقطعة مفيدة

يمكن تلخيص أنواع العمليات الحيوية التي يكون فيها التخمير بالتغذية المتقطعة فعالاً على النحو التالي:

تثبيط الركيزة

تُثبّط مواد مغذية مثل الميثانول والإيثانول وحمض الخليك والمركبات العطرية نمو الكائنات الدقيقة حتى عند تركيزات منخفضة نسبيًا. وبإضافة هذه المواد بشكل مناسب، يمكن تقصير فترة التباطؤ وتقليل تثبيط نمو الخلايا بشكل ملحوظ.

كثافة خلوية عالية (تركيز خلوي عالٍ)

في المزارع الدفعية، يتطلب الوصول إلى تركيزات خلوية عالية جدًا، مثل 50-100 غرام من الخلايا الجافة/لتر، تركيزات أولية عالية من المغذيات في الوسط. عند هذه التركيزات العالية، تصبح المغذيات مثبطة، على الرغم من عدم وجود هذا التأثير عند التركيزات العادية المستخدمة في المزارع الدفعية. تُستخدم استراتيجية التغذية الدفعية عادةً في العمليات الصناعية الحيوية للوصول إلى كثافة خلوية عالية في المفاعل الحيوي . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] غالبًا ما يكون محلول التغذية عالي التركيز لتجنب تخفيف المفاعل الحيوي. وقد دُرست عملية إنتاج البروتينات غير المتجانسة بواسطة مزارع التغذية الدفعية للكائنات الحية الدقيقة المُعاد تركيبها على نطاق واسع. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

تؤثر الإضافة المُتحكَّم بها للمغذيات بشكل مباشر على معدل نمو المزرعة، وتساعد على تجنب فرط التمثيل الغذائي (تكوين نواتج أيضية جانبية، مثل الأسيتات في بكتيريا الإشريكية القولونية ، وحمض اللاكتيك في مزارع الخلايا الثديية، والإيثانول في خميرة الخباز )، ونقص الأكسجين (الظروف اللاهوائية). [ 23 ] [ 24 ]

تأثير الجلوكوز ( تأثير كرابتري )

في إنتاج خميرة الخباز من نقيع الشعير أو دبس السكر، لوحظ منذ أوائل القرن العشرين أن الإيثانول يُنتج حتى في وجود كمية كافية من الأكسجين المذاب إذا وُجد فائض من السكر في وسط الاستنبات. يُعد الإيثانول سببًا رئيسيًا لانخفاض إنتاجية الخلايا. يُعرف تكوّن الإيثانول الهوائي في وجود تركيز عالٍ من الجلوكوز بتأثير الجلوكوز أو تأثير كرابتري. وللحد من هذا التأثير، تُستخدم عادةً عملية التغذية المتقطعة لإنتاج خميرة الخباز. في المزارع الهوائية لبكتيريا الإشريكية القولونية والعصوية الرقيقة ، تُنتج أحماض عضوية مثل حمض الخليك (وبكميات أقل، حمض اللاكتيك وحمض الفورميك ) كمنتجات ثانوية عندما يكون تركيز السكر مرتفعًا، وتُثبط هذه الأحماض نمو الخلايا وتُؤثر سلبًا على أنشطتها الأيضية. يُطلق على تكوّن هذه الأحماض اسم تأثير كرابتري البكتيري.

تثبيط الكاتابوليت

عندما يُزوَّد الكائن الحي الدقيق بمصدر طاقة كربوني سريع الاستقلاب، كالجلوكوز، فإن الزيادة الناتجة في تركيز الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) داخل الخلية تؤدي إلى تثبيط تخليق الإنزيمات، مما يُبطئ استقلاب مصدر الطاقة. تُعرف هذه الظاهرة بتثبيط الكاتابوليت. تخضع العديد من الإنزيمات، وخاصة تلك المشاركة في مسارات الهدم، لهذا التنظيم التثبيطي. من الطرق الفعّالة للتغلب على تثبيط الكاتابوليت في تخليق الإنزيمات، استخدام تقنية التغذية المتقطعة، حيث يُحافظ على تركيز الجلوكوز منخفضًا في سائل الاستزراع، مما يُقيّد النمو ويُنشّط تخليق الإنزيمات. يُعدّ التغذية البطيئة بالجلوكوز في تخمير البنسلين بواسطة فطر البنسيليوم كريسوجينوم مثالًا كلاسيكيًا على ذلك.

الطفرات الغذائية

في عملية ميكروبية تستخدم طفرةً ذاتية التغذية (طفرةً تتطلب تغذيةً خاصة)، يؤدي وفرة المغذيات المطلوبة إلى نمو خلوي غزير مع تراكم ضئيل للمستقلب المرغوب فيه نتيجةً للتثبيط الارتجاعي و/أو كبح المنتج النهائي. أما نقص المغذيات المطلوبة، فيؤدي إلى انخفاض نمو الخلايا، وكذلك الإنتاج الكلي للمستقلب المرغوب فيه، حيث أن معدل الإنتاج عادةً ما يتناسب طرديًا مع تركيز الخلايا. في مثل هذه العملية الحيوية، يمكن زيادة تراكم المستقلب المرغوب فيه إلى أقصى حد عن طريق زراعة الطفرة على كمية محدودة من المغذيات المطلوبة. ولزراعة الطفرة على تركيز منخفض من المغذيات المطلوبة، تُغذى إلى مزرعة الدفعات بمعدل مضبوط. تُستخدم هذه التقنية غالبًا في إنتاج الأحماض الأمينية الصناعية باستخدام الطفرات ذاتية التغذية. ومن الأمثلة على ذلك إنتاج الليسين باستخدام طفرة من بكتيريا Corynebacterium glutamicum، التي تفتقر إلى جين نازعة هيدروجين الهوموسيرين، وتتطلب الهوموسيرين أو الثريونين/الميثيونين.

التحكم في التعبير الجيني باستخدام محفز قابل للتثبيط

يتم تثبيط نسخ جين يحتوي على مُحفِّز قابل للتثبيط يقع في اتجاه 5' من إطار القراءة المفتوح، وذلك من خلال ارتباط ما يُسمى بالمثبط الكامل بمنطقة المُشغِّل على الحمض النووي. عند وجود مُركَّب كيميائي مُحدَّد في سائل الاستنبات، يتحد هذا المُركَّب (أو مُستقلبه) في الخلايا كمُثبِّط مُساعد مع مُثبِّط غير مُثبِّط (نوع من عوامل النسخ) لتكوين المُثبِّط الكامل. يُتيح الحفاظ على تركيز هذا المُركَّب عند أدنى مستوى مُمكن (مع السماح في الوقت نفسه بنمو كافٍ للخلايا) استمرار التعبير عن الجين المُنظَّم. يُعدُّ الاستنبات المُغذَّى على دفعات تقنية فعَّالة لتحقيق ذلك. من أمثلة المُحفِّز القابل للتثبيط مُحفِّز trp ومُحفِّز phoA .

تصنيف

في الزراعة شبه المستمرة، يؤدي تغذية الركيزة (المحلول) إلى زيادة ملحوظة في حجم مرق الاستزراع داخل المفاعل الحيوي. تُصنف هذه المزارع شبه المستمرة عمومًا إلى فئتين بناءً على ما إذا كانت الزيادة في الحجم ضئيلة أم كبيرة. تُعرف الأولى باسم الزراعة شبه المستمرة ذات الحجم الثابت ، بينما تُعرف الثانية باسم الزراعة شبه المستمرة ذات الحجم المتغير . تتضمن الزراعة شبه المستمرة ذات الحجم الثابت عادةً تغذية ركائز سائلة (مثل الميثانول أو الإيثانول أو الجلسرين)، أو مسحوق الجلوكوز، أو محاليل ركائز عالية التركيز؛ أما النوع ذو الحجم المتغير فيشمل جميع الحالات الأخرى. عند تغذية محلول ركيزة مائي، يُضاف الماء مع الركيزة. من الناحية العملية، لا تُقدم تغذية الماء أي فائدة، إذ إنها تُخفف المرق وتزيد الحجم الكلي في المفاعل الحيوي. لذلك، ولضمان سهولة التشغيل والتحليل، يُفضل تغذية المحلول الأكثر تركيزًا.

بما أن جوهر الزراعة شبه المستمرة يكمن في التحكم بتركيز الركيزة المُغذّاة، فإن التحديات الرئيسية تتمثل في تحديد نوع الركيزة وكيفية تغذيتها. ويشمل ذلك القرار الحاسم بشأن توقيت بدء عملية التغذية. يتطلب تحديد نوع الركيزة خبرة في علوم الأحياء، مثل علم وظائف الأعضاء الميكروبية، وعلم الوراثة الميكروبية، والكيمياء الحيوية، وعلم الأحياء الجزيئي. في المقابل، تندرج كيفية التغذية ضمن مجال الهندسة. ويمكن تصنيف مزارع شبه مستمرة بناءً على استراتيجية التغذية، كما هو موضح في الجدول أدناه.

أ. ثقافة التغذية الدفعية بدون تحكم تغذية راجعة؛ ب. ثقافة التغذية الدفعية مع تحكم تغذية راجعة (قد لا يحتوي النظام على مستشعر واحد فقط. بل يمكنه أيضًا إدخال معلومات من مستشعرات متعددة إلى الحاسوب.)

من وجهة نظر هندسية، تُصنّف مزارع التغذية المتقطعة إلى فئتين: مزارع التغذية المتقطعة بدون تحكم آلي ، ومزارع التغذية المتقطعة مع تحكم آلي . في السابق، كانت التغذية تتم يدويًا، أما اليوم فهي مؤتمتة باستخدام الحاسوب ( مزارع التغذية المتقطعة الآلية ). يُلخص الجدول أدناه تصنيف مزارع التغذية المتقطعة. علاوة على ذلك، تُعرف طريقة التشغيل التي يتم فيها الاحتفاظ بجزء من مرق المزرعة عند الحصاد لاستخدامه كلقاح لدورة التغذية المتقطعة اللاحقة داخل نفس المفاعل الحيوي باسم مزارع التغذية المتقطعة المتكررة (التخمر).

جدول. تصنيف مزارع التغذية المتقطعة (مع بعض الإضافات من المرجع [1])
الفئة الرئيسيةالفئة الفرعية 1الفئة الفرعية 2
(1) ثقافة التغذية المتقطعة بدون تحكم في التغذية الراجعة
  • 1.1 ثقافة التغذية المستمرة
  • 1.2 زراعة التغذية الدفعية الأسية
  • 1.3 تحسين عملية التغذية المتقطعة (مبدأ الحد الأقصى، البرمجة الديناميكية، إلخ).
  • 1.4 الإضافة المتقطعة
(2) ثقافة التغذية المتقطعة مع التحكم بالتغذية الراجعة
  • 2.1 مباشر: يُستخدم تركيز الركيزة المُغذّاة في مرق الاستنبات مباشرةً كمؤشر تحكم. (أمثلة: الكحولات المتطايرة، والجلوكوز، والأسيتات، وأيون الأمونيوم، إلخ).
  • 2.2 غير مباشر: يتم استخدام المعلمات القابلة للملاحظة والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالتفاعل البيولوجي كمؤشرات تحكم.

(من بين المعايير: الأكسجين المذاب، ونسبة الأكسجين المذاب، ودرجة الحموضة ، ونسبة الأكسجين المذاب، ونسبة التنفس، والعكارة، وكمية الأمونيا المضافة، والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في غاز العادم، وما إلى ذلك).

  • 2.أ. التحكم في نقطة الضبط (التحكم في التشغيل والإيقاف أو التحكم PID)
  • 2.ب التحكم المبرمج
  • 2.ج التحكم الأمثل
  • 2.د التحكم الآلي القائم على الذكاء الاصطناعي ( التحكم الضبابي ، الشبكة العصبية الاصطناعية، نظام الخبراء، إلخ).

ثقافة التغذية المتقطعة بدون تحكم في التغذية الراجعة

يُعرف نمط التغذية أيضًا باسم التغذية الأمامية، أو التحكم ذو الحلقة المفتوحة، ويمكن تقسيمه إلى عدة فئات.

زراعة مستمرة بالتغذية المتقطعة

أبسط أنواع الزراعة المتقطعة هي تلك التي يكون فيها معدل تغذية الركيزة المحددة للنمو ثابتًا، أي أن معدل التغذية لا يتغير خلال عملية الزراعة. يوضح الرسم البياني هذه الحالة (حيث يكون حجم المزرعة متغيرًا).

يوضح الرسم البياني مبدأ الزراعة التغذوية المتقطعة المحدودة بالركيزة، والتي تبدأ بمرحلة دفعية أولية. بعد استهلاك الركيزة الأولية، تبدأ عملية تغذية مستمرة بها. ويتم تغذية محلول الركيزة المائي بمعدل تغذية ثابت، وهو مثال على الزراعة التغذوية المتقطعة الثابتة.

يُطلق على هذا النوع من زراعة التغذية المتقطعة اسم زراعة التغذية المتقطعة ذات الحجم الثابت (CFBC)، وهو راسخٌ رياضياً [ 25 ] وتجريبياً [ 26 ] . وقد دُرست في زراعة التغذية المتقطعة ذات الحجم الثابت كلٌ من زراعة التغذية المتقطعة ذات الحجم المتغير.

زراعة التغذية الدفعية الأسية

في الظروف المثالية، تنمو الخلايا نموًا أُسّيًا. إذا زاد معدل تغذية الركيزة المحددة للنمو بما يتناسب مع معدل النمو الأُسّي للخلايا، فمن الممكن الحفاظ على معدل النمو النوعي للخلايا لفترة طويلة مع الحفاظ على تركيز الركيزة في سائل الاستزراع عند مستوى ثابت. يجب زيادة معدل التغذية المطلوب (حجميًا أو وزنيًا) أُسّيًا مع مرور الوقت. يُطلق على هذا النوع من عمليات التغذية المتقطعة اسم الاستزراع الأُسّي بالتغذية المتقطعة (EFBC)؛ وقد نُشرت أولى التحليلات الرياضية والتقارير البحثية التجريبية حول هذه الطريقة في عام 1974. [ 27 ] يمكن تتبع أصول استراتيجية التغذية هذه إلى استزراع خميرة الخباز، حيث تم حساب الكمية المطلوبة من دبس السكر وإضافتها بناءً على كمية الكتلة الحيوية المنتجة خلال فترة زمنية محددة. تُعد هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص للحصول على أقصى قدر ممكن من الكتلة الحيوية في أقصر وقت عند استخدام ركائز - مثل الميثانول - التي تُظهر مرحلة تأخر طويلة ومعدل نمو منخفض عند التركيزات العالية. بشكل عام، لتحقيق أقصى قدر من إنتاج المواد داخل الخلايا في أقصر إطار زمني ممكن، من الضروري إجراء عملية EFBC بمعدل نمو قريب من الحد الأقصى لمعدل النمو المحدد لزيادة تركيز الخلايا النهائي قدر الإمكان.

يُتيح تحديد كمية الركيزة إمكانية التحكم في معدلات التفاعل لتجنب القيود التقنية المرتبطة بتبريد المفاعل ونقل الأكسجين. كما يسمح تحديد كمية الركيزة بالتحكم الأيضي لتجنب التأثيرات الأسموزية، وكبح الاستقلاب ، وفائض استقلاب المنتجات الجانبية. [ 28 ] [ 29 ]

زراعة محسّنة بالتغذية المتقطعة

على الرغم من أهمية طريقتي التغذية المتقطعة المذكورتين سابقًا كنهجين أساسيين، إلا أنه ينبغي تعديل معدل التغذية على النحو الأمثل وفقًا للهدف المحدد عند إنتاج المستقلبات خارج الخلوية. يُشار إلى زراعة التغذية المتقطعة المُحسَّنة بهذه الطريقة باسم زراعة التغذية المتقطعة المُحسَّنة (أو تخمير التغذية المتقطعة المُحسَّن). مع أن العديد من الدراسات البحثية تناولت هذا النوع من طرق التغذية المتقطعة، [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] إلا أن المعلومات المتعلقة بتطبيقها الصناعي لا تزال محدودة. يُبين المرجع [32] أنه عند التعبير عن معدل الإنتاج المحدد للمستقلب المستهدف كدالة لمعدل النمو المحدد للكائن الحي الدقيق، يمكن الحصول على الحل الأمثل لمعدل النمو المحدد بناءً على مبدأ بونترياجين الأقصى، باستخدام أعلى إنتاجية أو أعلى عائد كدالة هدف؛ ومن ثم، يمكن استخلاص المخطط الزمني الأمثل لمعدل التغذية.

ثقافة التغذية المتقطعة مع التحكم بالتغذية الراجعة

في أنظمة التغذية التي تُضاف فيها المواد الغذائية وفقًا لجدول زمني مُحدد مسبقًا، يصعب الاستجابة للحالات غير المواتية التي قد تنشأ أثناء التخمر. لذا، من الطبيعي البحث عن شكل من أشكال التحكم التلقائي كلما أمكن. في بعض الحالات، يُنفذ هذا التحكم يدويًا بواسطة فنيين في الموقع. يُعرف نظام التغذية هذا أيضًا باسم "الزراعة الدفعية المُغذّاة ذات الحلقة المغلقة". يمكن تصنيف التخمر الدفعي المُغذّى الذي يتضمن التحكم التلقائي إلى طريقتين : مباشرة وغير مباشرة ، من منظور أنظمة التحكم. علاوة على ذلك، وبناءً على تركيز المادة الغذائية المُغذّاة، يمكن تصنيفها إلى تحكم بنقطة ضبط (الحفاظ على قيمة ثابتة) وتحكم مُبرمج (تغيير التركيز بمرور الوقت). يفترض النوع الأخير سيناريوهات مثل الحفاظ على تركيز عالٍ خلال المرحلة الأولى من التخمر وتركيز منخفض خلال المرحلة الأخيرة. يمكن استخدام استراتيجيات مختلفة للتحكم في النمو في عملية التغذية الدفعية.

التحكم بالتغذية الراجعة المباشرة

تتضمن هذه الطريقة القياس المستمر أو المتقطع لتركيز الركيزة المُغذّاة في وسط الاستنبات لاستخدامها كمؤشر تحكم. وقد تم الإبلاغ عن استنبات خميرة Pichia farinosa IFO 0602 بنظام التغذية الراجعة المباشرة المُتحكّم بها تلقائيًا، باستخدام الإيثانول كمصدر للطاقة الكربونية. [ 35 ] استُخدم مستشعر أنبوبي غشائي دقيق المسام من التفلون لقياس الإيثانول المذاب في وسط الاستنبات بشكل مستمر. إذا كانت الركيزة متطايرة وكان ضغطها الجزئي في غاز العادم في حالة توازن مع تركيزها في السائل، فإن الضغط الجزئي للغاز مباشرةً بعد خروجه من وسط الاستنبات يُمكن أن يُستخدم كمؤشر تحكم. تُستخدم أملاح الأمونيوم، مثل كبريتات الأمونيوم، بشكل شائع كمصادر نيتروجين غير عضوية. ومع ذلك، فإن التركيزات العالية لأيونات الأمونيوم تُثبّط نمو الخلايا الميكروبية والحيوانية، وتُقلّل النشاط الأيضي، وتُثبّط التخليق الحيوي للإنزيمات. لتجنب هذه التأثيرات، يُفضّل تغذية مصدر النيتروجين للحفاظ على تركيز منخفض لأيون الأمونيوم [NH₄⁺ ] . في المحلول المائي، يوجد توازن بين [NH₄⁺ ] والأمونيا [NH₃ ] ؛ عند درجة حموضة 7 أو أقل، يوجد معظمه على شكل [NH₄⁺ ] ، بينما عند درجة حموضة 11 أو أعلى، يوجد بالكامل تقريبًا على شكل [NH₃ ] . بالاستفادة من ذلك، درس الباحثون نظام تحكم شبه مباشر بالتغذية الراجعة، حيث تُؤخذ عينة صغيرة من مرق الاستنبات باستمرار وتُوجّه إلى وعاء مغلق (عند درجة حموضة 11.0-11.5) مزود بقطب كهربائي لغاز الأمونيا. يُقاس التركيز [NH₃ ] للحفاظ على مستوى ثابت من [NH₄⁺ ] في المستنبت. [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] وقد طُبّق هذا التحكم المباشر بالتغذية الراجعة لـ [NH₄⁺ ] على مزارع الإشريكية القولونية والخميرة بكفاءة عالية. [ 39 ]

التحكم بالتغذية الراجعة غير المباشرة

تستخدم هذه الطريقة معايير قابلة للملاحظة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالعملية كمؤشرات تحكم. تشمل هذه المؤشرات الأكسجين المذاب، ومعدل التنفس، والضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في غاز العادم، ونسبة التنفس، ودرجة الحموضة، والمستقلبات، والعكارة، والفلورة. تعتمد طريقة التحكم القائمة على الأكسجين المذاب (زراعة التغذية المتقطعة المُعَدّة)، والتي تستخدم الأكسجين المذاب، على ظاهرة ارتفاع مستوى الأكسجين المذاب عندما ينخفض ​​تركيز الركيزة عن قيمة حرجة، وانخفاضه عندما يتجاوز مستوى معينًا. مع تقدم عملية الزراعة وزيادة تركيز الخلايا، يزداد الطلب على الأكسجين. لذلك، يجب زيادة معامل نقل الأكسجين الحجمي ( kLa ) إما عن طريق زيادة معدل التهوية وسرعة التحريك، أو عن طريق تزويد الهواء بالأكسجين النقي لزيادة القوة الدافعة لتعزيز معدل نقل الأكسجين. تاريخيًا، كانت التغذية تُجرى غالبًا بطريقة تشغيل/إيقاف، مما يعرض الكائنات الدقيقة لحالات متناوبة من شبه المجاعة وكفاية الركيزة. كانت طرق التحكم التقليدية في مستوى الأكسجين المذاب محدودةً بسبب انخفاض قيم الأكسجين المذاب بشكل كبير وتقلباتها الملحوظة. مؤخرًا، أثبت هوريوكي وزملاؤه تجريبيًا أن التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) عند مستويات أعلى من الأكسجين المذاب (5-40% تشبع هواء) يُتيح التحكم في نقطة الضبط بأقل قدر من التقلبات. تم تحديد المعلمات الثلاث للتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي باستخدام طريقة زيغلر-نيكولز. باستخدام هذه الطريقة للتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي في مستوى الأكسجين المذاب، نجحوا في إجراء زراعة تغذية متقطعة لمدة 50 ساعة لبكتيريا الإشريكية القولونية المُعدلة وراثيًا ، محققين إنتاجًا عالي التركيز (تركيز إجمالي 2.8-3.0 غ/لتر) من أجزاء متغيرة أحادية السلسلة (scFv) من الأجسام المضادة. [ 40 ] يمكن مراقبة الضغط الجزئي (التركيز) لثاني أكسيد الكربون في غاز العادم بسهولة باستخدام محلل غاز ثاني أكسيد الكربون بالأشعة تحت الحمراء (مستشعر ثاني أكسيد الكربون الصناعي ثنائي الحزمة ) ، والذي لا يُشكل أي خطر تلوث للمفاعل الحيوي. [ 41 ] يُطبَّق هذا أيضًا على تغذية الركائز التي تُحدث تغييرات في درجة الحموضة، مثل حمض الخليك. وتُعدّ طريقة التحكم هذه مفيدةً بشكلٍ خاص عند استخدام أوساط اصطناعية تتكون أساسًا من أملاح غير عضوية. وبما أن تركيز ثاني أكسيد الكربون في غاز العادم (أو بالأحرى، حاصل ضرب تركيز ثاني أكسيد الكربون في معدل تدفق غاز العادم) يتناسب عمومًا مع إجمالي الكتلة الحيوية في المزرعة، فيمكن استخدام هذا المتغير للتحكم الآلي في التغذية.تم اقتراح طرق للتحكم في معامل التنفس (RQ) باستخدام RQ كمؤشر للتحكم في إنتاج خميرة الخباز. من خلال قياس معدل انبعاث ثاني أكسيد الكربون ومعدل امتصاص الأكسجين، يُحافظ على RQ عند مستوى أعلى بقليل من 1.0. هذا يُبقي تركيزات السكر منخفضة، وبالتالي يقلل من إنتاج الإيثانول كمنتج ثانوي. تُقاس الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون بدقة عند مدخل ومخرج المخمر، وتُدخل إلى جهاز كمبيوتر، يقوم بحساب RQ من معادلات توازن الكتلة للتحكم في تغذية دبس السكر. [ 42 ] تستغل طريقة pH-stat (زراعة الدفعات المغذاة بـ pH-stat) ظاهرة انحراف درجة حموضة وسط الزراعة عن نقطة محددة [35][36][37]. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] في التحكم الآلي في درجة الحموضة، يُدخل قطب كهربائي لقياس درجة الحموضة في وسط الزراعة، وتُحدد الحدود العليا والسفلى عبر وحدة تحكم خارجية في درجة الحموضة. مع استهلاك مكونات الوسط أثناء التخمر، تُضاف القلويات إذا انخفض الرقم الهيدروجيني عن الحد الأدنى، وتُضاف الأحماض إذا ارتفع فوق الحد الأعلى. إذا مالت المزرعة نحو التحمض، تتم مزامنة تغذية الركيزة مع إضافة القلويات؛ وإذا مالت نحو القلوية، تتم مزامنة التغذية مع إضافة الأحماض. يُستخدم التحكم في تركيز المستقلبات عندما يكون المستقلب منتجًا ثانويًا يجب تقليل إنتاجه، مثل الإيثانول في إنتاج خميرة الخباز. [ 46 ] بدلًا من القياس المباشر في مرق المزرعة، يمكن قياس تركيز الإيثانول في غاز العادم. يعتمد التحكم القائم على العكارة على أجهزة استشعار متصلة بالإنترنت تقيس باستمرار الكثافة الضوئية للمزرعة (والتي تتناسب تقريبًا مع تركيز الخلايا للكائنات الحية الدقيقة وحيدة الخلية). [ 47 ] [ 48 ] في التخمر الهوائي، تواجه أجهزة استشعار العكارة المتصلة بالإنترنت حتمًا تشويشًا ناتجًا عن فقاعات الهواء. لذلك، يلزم إجراء معالجة إحصائية، مثل الحساب المتسلسل للمتوسطات المتحركة. [ 49 ] بغض النظر عن نوع التحكم بالتغذية الراجعة المطبق، تظل العوامل الحاسمة قائمة: ما هي المعلومات التي يتم إدخالها إلى الحاسوب، وكيف تتم معالجة تلك البيانات، وما هو البرنامج المستخدم لتحسين تغذية الركيزة. [ 50 ]

بدء

يكمن المبدأ الأساسي للزراعة شبه المستمرة في التحكم الدقيق بتركيز الركيزة في وسط الزراعة؛ لذا، يجب تجنب وجود كمية زائدة من الركيزة عند بدء عملية التغذية. ونظرًا لأن التخمر الدفعي يتضمن عادةً مرحلة تباطؤ أولية، فمن الضروري توفير حد أدنى من الركيزة لتقصير هذه المرحلة. لذلك، من المعتاد توفير كمية محدودة من الركيزة في البداية وإجراء عملية التغذية الدفعية حتى تصل الخلايا إلى حالة نمو نشطة؛ ثم تبدأ عملية التغذية بمجرد انخفاض تركيز الركيزة. بالنسبة للركائز المشاركة مباشرةً في إنتاج الطاقة والنمو، مثل الجلوكوز، يُعد الرصد المستمر للأكسجين المذاب فعالًا. في هذه الحالة، تبدأ التغذية خلال مرحلة التغذية الدفعية عند اقتراب الركيزة من النفاد، وهو ما يُشير إليه ارتفاع سريع (ذروة) في مستوى الأكسجين المذاب. في المقابل، عند تغذية مركبات مثل سلائف المستقلبات الثانوية غير المرتبطة مباشرةً بإنتاج الطاقة أو النمو، يُحدد التوقيت الأمثل لبدء التغذية إما تجريبيًا أو من خلال النمذجة الرياضية.

التوسع

التوسع هو منهجية لتطبيق النتائج المُحَصَّلة على نطاق المختبر في المعدات الصناعية. ورغم أن هذه المشكلة نادراً ما تُشكِّل عائقاً في المفاعلات الحيوية المختبرية، إلا أنه في الأوعية الصناعية التي تتراوح سعتها بين 10 و10² متر مكعب ، لا يُضمن بالضرورة خلط محلول الركيزة المُغذَّى الخارج من المدخل بسرعة لتحقيق تجانس كامل في جميع أنحاء وسط الاستنبات. وبالتحديد، نظراً لإدخال ركيزة مُركَّزة بينما يبقى التركيز الإجمالي في الوعاء في حدود 10 إلى 100 ملغم/لتر، تحدث توزيعات مكانية وتقلبات زمنية في التركيز. وبحسب مدة الخلط، تتعايش مناطق ذات تركيز عالٍ مع مناطق أخرى تكاد الركيزة أن تكون قد استُنفدت. ويؤثر هذا التباين الكلي على كلٍّ من إنتاجية الكتلة الحيوية وإنتاجية المُستقلبات. [ 51 ] [ 52 ]

مراجع

  1. ↑ تسونيو ياماني، شويتشي شيميزو. (1984) "تقنيات التغذية المتقطعة في العمليات الميكروبية". التقدم في هندسة الكيمياء الحيوية/التكنولوجيا الحيوية ، 30 : 147-194.
  2. ↑ نغيبويني، موي (25 نوفمبر 2014). "كيف يمكن للمفاعلات الحيوية الصغيرة أحادية الاستخدام أن تُحدث ثورة في توسيع نطاق العمليات الحيوية" . معالجة الأدوية . الولايات المتحدة: أدفانتج بزنس ميديا. مؤرشف من الأصل في 20 أكتوبر 2015. تم الاطلاع عليه في 28 نوفمبر 2014 .
  3. ↑ فوميتيك يوشيدا، تسونيو ياماني، وكين-إيتشيرو ناكاموتو. (1973). "التخمر الهيدروكربوني شبه المستمر باستخدام مستحلب غرواني كغذاء". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 15 (2): 257-270.
  4. ↑ إس. جون بيرت. (1975). "مبادئ زراعة الميكروبات والخلايا" منشورات بلاكويل العلمية، الفصل 21: 211-218.
  5. ↑ هنري سي. ليم وهوا سونغ شين. (2013). "مزارع التغذية الدفعية: مبادئ وتطبيقات المفاعلات الحيوية شبه الدفعية"، مطبعة جامعة كامبريدج، 32 جادة الأمريكتين، نيويورك، نيويورك 10013-2473، الولايات المتحدة الأمريكية.
  6. ^ فريدريش هايدوك (1919). "Verfahren der Hefefabrikation ohne order mit nur geringer Alkoholerzeugung"، DE 300662.
  7. ^ Westfälische Hefefabrik GmbH (1933). "Verfahren zur Herstellung von Hefe nach dem Zulaufverfahren"، DE 583760 C.
  8. ↑ هنري واي. وانغ، تشارلز إل. كوني، دانيال آي سي وانغ. (1979). "التحكم الحاسوبي في إنتاج خميرة الخباز". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 21 (6)، 975-995.
  9. ↑ مارفن ج. جونسون. (1952) "التطورات الحديثة في تخمير البنسلين". نشرة منظمة الصحة العالمية ، 6 : 99-121.
  10. ↑ هيرومو أونو، إيجي ناكانيشي، وتاكيتشيرو تاكاماتسو. (1976) "التحكم الأمثل في التخمر شبه الدفعي". التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 18 : 847-864.
  11. ↑ جوزيف شيلواخ، ريفائيل فاس. (2005) "تنمية بكتيريا الإشريكية القولونية إلى كثافة خلوية عالية - منظور تاريخي لتطوير الأساليب". Biotechnol Adv 2005 ، 23 : 345-357.
  12. ↑ O Mendoza-Vega, J. Sabatie, SW Brown. (1994) "الإنتاج الصناعي للبروتينات غير المتجانسة بواسطة مزارع الخميرة، Saccharomyces cerevisiae، التي يتم تغذيتها على دفعات ". FEMS Microbiology Reviews ، 15 : 369-410.
  13. ↑ تشو جيانغ، كورت درومز، تشاوهوي جينغ، سوزان كاسنوشا، تشيهوا شياو، ستيف غورفين، وسكوت ج. جاكوبيا. (2012) "زراعة الخلايا بالتغذية المتقطعة، تحسين العملية - نهج متكامل منطقيًا -". مجلة العمليات الحيوية الدولية ، 10 (3): 40-45.
  14. ↑ وين جينغ شو، يان لين، تشون ليو مي، جينغ يينغ بانغ، تيان يون وانغ. (2023) "التقدم في زراعة التغذية المتقطعة لإنتاج البروتين المؤتلف في خلايا CHO". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية ، 107 : 1063-1075.
  15. ↑ ديتر ريزنبرغ. (1991) "زراعة الإشريكية القولونية بكثافة خلوية عالية". الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية ، 2 : 380-384.
  16. ↑ L. Yee, Harvey W. Blanch.(1992) "التعبير عن البروتين المؤتلف في مزارع الإشريكية القولونية عالية الكثافة الخلوية ذات الدفعات المغذية". Bio/Technology (NY) 10 :1550-1556.
  17. ↑ ميتشيماسا كيشيموتو وهيديوكي سوزوكي (1995) "تطبيق نظام خبير على زراعة الإشريكية القولونية بكثافة خلايا عالية "، مجلة التخمير والهندسة الحيوية ، 80 : 58-62.
  18. ↑ سانغ يوب لي. (1996) "زراعة الإشريكية القولونية بكثافة خلوية عالية". اتجاهات التكنولوجيا الحيوية ، 14 : 98-105.
  19. ↑ جوزيف شيلواخ، رفائيل فاس. (2005) "تنمية بكتيريا الإشريكية القولونية إلى كثافة خلوية عالية - منظور تاريخي لتطوير الأساليب". Biotechnol Adv 2005، 23 : 345-357.
  20. ↑ باولينا بالباس. (2001) "فهم فن إنتاج جزيئات البروتين وغير البروتين في الإشريكية القولونية ". التكنولوجيا الحيوية الجزيئية ، 19 : 251-267.
  21. ↑ نويباور، ب.، ووينتر، ج. (2001). "استراتيجيات التعبير والتخمر لإنتاج البروتينات المؤتلفة في الإشريكية القولونية ". في: ميرتن، أ.و. وآخرون (محررون). إنتاج البروتينات المؤتلفة باستخدام الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. نظرة مقارنة على فسيولوجيا المضيف. دار نشر كلوير الأكاديمية، دوردريخت، هولندا. الصفحات 195-258.
  22. ↑ أموليا ك. باندا. (2003) "المعالجة الحيوية للبروتينات العلاجية من الأجسام المضمنة في الإشريكية القولونية ". مجلة الهندسة الكيميائية الحيوية والتكنولوجيا الحيوية المتقدمة، 85 : 43-93.
  23. ↑ جيونغسوك لي، سانغ يوب لي، سوون بارك، أنطون بي جيه ميدلبرغ. (1999) "التحكم في عمليات التخمير شبه المستمرة". Biotechnol Adv، 17 : 29-48.
  24. ↑ كاتي ف. ولاشين، وي-شو هو. (2006) "زراعة الدفعات المغذية والتغذية الديناميكية بالمغذيات". مجلة الهندسة الكيميائية الحيوية/التكنولوجيا الحيوية المتقدمة ، 101 : 43-74.
  25. ↑ تسونيو ياماني، شيجيكي هيرانو. (1977) "الاستزراع شبه الدفعي للكائنات الدقيقة مع تغذية ثابتة للركيزة - محاكاة رياضية -". مجلة تكنولوجيا التخمير ، 55 : 156-165.
  26. ↑ تسونيو ياماني، شيجيكي هيرانو. (1977) "زراعة الكائنات الدقيقة شبه الدفعية مع تغذية ثابتة للركيزة - دراسة تجريبية -". مجلة تكنولوجيا التخمير ، 55 : 380-387.
  27. ↑ تسونيو ياماني، ميتشيماسا كيشيموتو، فوميتيك يوشيدا. (1974) "زراعة شبه متقطعة للبكتيريا المستوعبة للميثانول مع زيادة أسية في تغذية الميثانول." مجلة تكنولوجيا التخمير ، 54 : 229-240.
  28. ↑ ج. تشانغ، راندولف غريشام. (1999) "أوساط محددة كيميائياً للتخمير التجاري". علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية ، 51 : 407-421.
  29. ↑ غونار ليدن (2002) "فهم المفاعل الحيوي". هندسة العمليات الحيوية والأنظمة الحيوية ، 24 : 273-279.
  30. ↑ فيشمان، في إم وبيريوكوف، في في (1974) "النموذج الحركي لإنتاج المستقلبات الثانوية واستخدامه في حساب الظروف المثلى" ندوة التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية رقم 4، 647-662.
  31. ↑ هيرومو أونو، إيجي ناكانيشي وتاكيشيرو تاكاماتسو (1976) "التحكم الأمثل في التخمير شبه الدفعي"، التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 18 ، 847-864.
  32. ↑ تسونيو ياماني، تاتسو كومي، إيزو سادا وتاكيشيرو تاكاماتسو (1977) "تقنية تحسين بسيطة لثقافة التغذية الدفعية"، جيه فيرمنت. تكنول. ، 55 ، 587-598.
  33. ↑ سوتياكي سيويا، هيروشي شيميزو، باتومبورن تشيم-أناج، وكين-إيتشي سوغا. (1991) "نمذجة وتحسين وتحقيق زراعة التغذية الدفعية باستخدام معدل النمو المحدد"، كاغاكوكوغاكو رونبونشو ، 17 ، 572-578 (باللغة اليابانية).
  34. ↑ Oberle, HJ and Sothmann, B. (1999) “Numerical Computation of Optimal Feed Rates for a Feed-Batch Fermentation Model” Journal of Optimization Theory and Applications , 100 , 1–13.
  35. ↑ تسونيو ياماني، موريو ماتسودا، وإيزو سادا (1981) "تطبيق طريقة الأنابيب التفلونية المسامية في الاستزراع الآلي المُغذّى على دفعات للكائنات الدقيقة. الجزء الثاني: التحكم الآلي بقيمة ثابتة في تركيز الركيزة المُغذّاة (الإيثانول) في الاستزراع شبه الدفعي للخميرة." مجلة التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 23 (11): 2509-2524.
  36. ↑ Thompson, BG, Kole, MM, and Gerson, DF (1985) "التحكم في تركيز الأمونيوم في تخمير الإشريكية القولونية ." Biotechnol. Bioeng. , 27 : 818-824.
  37. ↑ M، M. Kole، BG Thompson، و Donald F. Gerson (1985) "التحكم في تركيز الأمونيوم في عمليات التخمير شبه المستمرة لـ Saccharomyces cerevisiae." J. Ferment. Technol. ، 63 (2): 121-125.
  38. ↑ مانوج م. كول ودونالد ف. جيرسون (1989) "التخمير المتحكم فيه بالأمونيوم لإنتاج الأميليز. مجلة التخمير والهندسة الحيوية ، 68 (6): 423-427.
  39. ↑ MM Kole و DF Gerson (1988) "التحكم في تركيز الأمونيوم في عمليات التخمير شبه المستمرة لإنتاج الكتلة الحيوية والإنزيمات". في: Gavora, J.، Gerson, DF، Luong, J.، Storer, A.، Woodley, JH (محررون) بحوث وتطبيقات التكنولوجيا الحيوية. Springer، دوردريخت.
  40. ↑ Nguyen Hieu Nghia, Yoichi Kumada, Michimasa Kishimoto, and Jun-ichi Horiuchi (2021) "الإنتاج الفعال للأجسام المضادة ذات السلسلة المتغيرة المفردة (scFv) باستخدام الإشريكية القولونية المؤتلفة عن طريق زراعة DO-stat المغذية على دفعات"، J. Biosci. Bioeng. ، 132 ، 56-63.
  41. ↑ تاكاهيرو سوزوكي، تسونيو ياماني وشويتشي شيميزو (1986) "التحكم في إمداد مصدر الكربون والأكسجين المذاب عن طريق استخدام تركيز ثاني أكسيد الكربون في غاز العادم في زراعة التغذية الدفعية" مجلة تكنولوجيا التخمير ، 64 ، 317-326.
  42. ↑ شويتشي أيبا، سيرو ناغاي ويوشيهيرو نيشيزاوا (1976) "زراعة الدفعات المغذية لخميرة الخباز : منظور التحكم الحاسوبي لتعزيز الإنتاجية في زراعة خميرة الخباز"، التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 18 : 1001-1016.
  43. ↑ تاكاهيرو سوزوكي، تسونيو ياماني وشويتشي شيميزو (1987) "الإنتاج الضخم للثيوستريبتون عن طريق زراعة الدفعات المغذية لـ Streptomyces laurenti مع التغذية النموذجية لـ pH-stat للركائز المتعددة" Appl. Microbiol. Biotechnol. ، 25 : 526-531.
  44. ↑ تاكاهيرو سوزوكي، تسونيو ياماني وشويتشي شيميزو (1988) "تأثير التحكم في تغذية الجلوكوز على إنتاج الباسيتراسين عن طريق زراعة الدفعات المغذية من Bacillus licheniformis " مجلة تكنولوجيا التخمير ، 66 ، 85-91.
  45. ↑ إدغاردو إي. تولين، شونساكو أويدا، هيديو ياماغاتا، شيغيزو أوداكا وتسونيو ياماني (1992) "الإنتاج الفعال خارج الخلية لإستيراز العصوية المحبة للحرارة عن طريق زراعة التغذية الدفعية النموذجية pH-stat للعصوية القصيرة المؤتلفة"، التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 40 : 844-850.
  46. ↑ كازو دايراكو، يوشيهوكو ياماساكي، كازو كوكي، سوتياكي شيويا وتاكيشيرو تاكاماتسو (1981) "أقصى إنتاج في مزرعة خميرة الخبازين المغذاة على دفعات باستخدام طريقة الأنابيب." التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية ، 23 ، 2069-2081.
  47. ↑ تسونيو ياماني، واتارو هيبينو، كازوتو إيشيهارا، ياسويوكي كادوتاني ومينورو كومينامي (1992) "الزراعة شبه الآلية باستخدام تركيز الخلايا وحجم المزرعة المقاسين باستمرار"، التكنولوجيا الحيوية والهندسة الحيوية، 39 : 550-555.
  48. ↑ واتارو هيبينو، ياسويوكي كادوتاني، مينورو كومينامي وتسونيو ياماني (1993) "ثلاث استراتيجيات تغذية آلية للمغذيات المعقدة الطبيعية باستخدام قيم العكارة عبر الإنترنت في زراعة الدفعات المغذاة: دراسة حالة عن زراعة كائن حي دقيق بحري" مجلة التخمير والهندسة الحيوية ، 75 : 443-450.
  49. ↑ ياسويوكي كادوتاني، كوهجي مياموتو، ناوتو ميشيما، مينورو كومينامي وتسونيو ياماني (1995) "اكتساب البيانات من مقياس التعكر الليزري عبر الإنترنت وحساب بعض المتغيرات الحركية في زراعة الدفعات المغذية الآلية المقترنة بالكمبيوتر"، مجلة التخمير والهندسة الحيوية ، 80 : 63-70.
  50. ↑ إميلز بولمانيس، كونستانتينس دوبينكوفس، أرتورس سوليكو، وجوريس فاناغس. (2023) "التحكم التنبؤي بالنموذج - ميزة بارزة بين المنافسين لتحسين التخمير شبه المستمر". التخمير ، 9 : 206.
  51. ↑ غونار ليدن (2002) "فهم المفاعل الحيوي" هندسة العمليات الحيوية والأنظمة الحيوية 2002 ، 24 : 273-279.
  52. ↑ كريستوفر جيه، هيويت، ألفين دبليو، نينو (2007) "توسيع نطاق عمليات التخمير الميكروبي الدفعي والتغذية الدفعية" Adv Appl Microbiol 2007 ، 62 :105-135.