高細胞密度發酵( high cell density fermentation，HCDF) 是應用一定的培養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酵術。其發展至今僅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。隨著許多重要工業微生物的遺傳背景和生理特性被逐漸認識，高細胞密度發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。

 
高細胞密度發酵的優點
利用高細胞密度發酵技術可以提高單位體積培養液中菌體的濃度，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、在食品工業中的應用
高細胞密度發酵技術可用于活細胞( 即為所需產物) 的培養，如通過改善培養環境和調控方式得到乳酸菌的高密度發酵，應用于乳制品行業。另外，高細胞密度發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。

高細胞密度發酵技術建立策略
影響高細胞密度發酵的因素非常多，如接種量、營養物質、抑制性物質的積累、溶解氧濃度、培養溫度、pH 值、補料方式及發酵液流變學特性等。要建立高細胞密度發酵技術，需在傳統發酵技術的基礎上對培養環境、培養方式、誘導策略及生物反應器等進行優化選擇。
 
1、培養環境及其優化
1培養基組成
2培養條件
3有害代謝產物的調控
 
2、培養方式的選擇
實現高細胞密度發酵的方法主要有補料分批培養，在有生長抑制物存在時的滲析、透析及過濾 培養，細胞的固定化培養以及微孔膜截流的細胞循環培養 等，其中補料分批培養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，即采用兩級連續培養模式。表達產物的誘導一般在菌體的對數生長期或對數生長中后期，即A600為0． 5 ～ 0． 7 時進行。

4、培養過程的測控
高細胞密度發酵過程測控系統是發酵系統中重要的組成部分，通過測控系統可對發酵過程實施 有效的檢測與控制，確保發酵生產過程正常運行，以提高發 酵的產量和質量。傳統測控方式為離線檢測，即根據發酵生 產時間進行取樣檢測，該方法不能實時監控發酵過程，測控 效率低，甚至有可能影響發酵生產。隨著科學技術發展，在 線監控，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的生物反應器類型包括普通攪拌發酵罐、帶有外置或內置式細胞持留裝置的攪拌發酵罐、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，其作為一種真核表達系統，自20 世紀80 年代發展至今，已經顯現出諸多優勢。且在載體構建和新型菌株的開發方面，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）高密度發酵研究進展》

總結
高密度發酵技術相比普通發酵技術具有獨特的優勢，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化應用受到限制。著重于研究解決高密度發酵實際生產過程中遇到的問題，并且將高細胞密度發酵技術從工程菌的培養推廣至非工程菌的培養比如培養醋酸菌產醋酸等，這將是今后的研究重點。