Nouvèl - Siveyans Nivo Oksijèn ki Fonn nan Pwosesis Fèmantasyon Byofamasi

Ki sa ki Oksijèn ki Fonn?

Oksijèn ki fonn (DO) refere a oksijèn molekilè (O_₂) ki fonn nan dlo. Li diferan de atòm oksijèn ki prezan nan molekil dlo yo (H_₂O), jan li egziste nan dlo sou fòm molekil oksijèn endepandan, swa soti nan atmosfè a oswa pwodui atravè fotosentèz pa plant akwatik yo. Konsantrasyon DO enfliyanse pa plizyè faktè, tankou tanperati, salinite, koule dlo, ak aktivite byolojik. Kòm sa, li sèvi kòm yon endikatè kritik pou evalye eta sante ak polisyon anviwònman akwatik yo.

Oksijèn ki fonn jwe yon wòl vital nan pwomosyon metabolis mikwòb, enfliyanse respirasyon selilè, kwasans, ak byosentèz pwodwi metabolik yo. Sepandan, nivo oksijèn ki fonn ki pi wo yo pa toujou benefik. Twòp oksijèn ka mennen nan plis metabolis pwodwi akimile yo epi potansyèlman lakòz reyaksyon toksik. Nivo DO optimal yo varye selon diferan espès bakteri yo. Pa egzanp, pandan byosentèz penisilin, DO tipikman kenbe nan apeprè 30% saturation lè. Si DO desann a zewo epi li rete nan nivo sa a pandan senk minit, fòmasyon pwodwi a ka siyifikativman afekte. Si kondisyon sa a pèsiste pandan 20 minit, domaj irevokabl ka rive.

Kounye a, detèktè DO ki pi souvan itilize yo ka sèlman mezire saturation lè relatif, olye de konsantrasyon absoli oksijèn ki fonn. Apre esterilizasyon medyòm kilti a, yo fè aereasyon ak brase jiskaske lekti detèktè a estabilize, nan pwen sa a yo mete valè a sou 100% saturation lè. Mezi ki vin apre yo pandan pwosesis fèmantasyon an baze sou referans sa a. Valè DO absoli yo pa ka detèmine lè l sèvi avèk detèktè estanda epi yo mande teknik ki pi avanse, tankou polarografi. Sepandan, mezi saturation lè yo jeneralman sifi pou siveye ak kontwole pwosesis fèmantasyon yo.

Nan yon fèmantè, nivo DO yo ka varye selon diferan rejyon yo. Menm lè yo jwenn yon lekti ki estab nan yon pwen, yo ka toujou gen fluctuations nan sèten medya kilti. Pi gwo fèmantè yo gen tandans montre pi gwo varyasyon espasyal nan nivo DO yo, sa ki ka afekte kwasans ak pwodiktivite mikwòb yo anpil. Prèv eksperimantal yo montre ke, byenke nivo DO mwayèn nan ka 30%, pèfòmans fèmantasyon an anba kondisyon ki varye yo pi ba anpil pase anba kondisyon ki estab. Se poutèt sa, nan agrandisman fèmantè yo—pi lwen pase konsiderasyon resanblans jeyometrik ak pouvwa—minimize varyasyon DO espasyal yo rete yon objektif rechèch kle.

Poukisa siveyans oksijèn ki fonn esansyèl nan fèmantasyon byofamasetik?

1. Pou kenbe anviwònman kwasans optimal pou mikwo-òganis oswa selil yo
Fèmantasyon endistriyèl tipikman enplike mikwo-òganis aerobik, tankou Escherichia coli ak ledven, oswa selil mamifè, tankou selil ovè hamster Chinwa (CHO). Selil sa yo fonksyone kòm "travayè" nan sistèm fèmantasyon an, yo bezwen oksijèn pou respirasyon ak aktivite metabolik. Oksijèn sèvi kòm akseptè elektwon tèminal nan respirasyon aerobik, sa ki pèmèt pwodiksyon enèji sou fòm ATP. Sibstans oksijèn ensifizan ka mennen nan toufe selilè, arestasyon kwasans, oswa menm lanmò selilè, sa ki finalman lakòz echèk fèmantasyon. Siveyans nivo DO asire ke konsantrasyon oksijèn yo rete nan limit optimal pou kwasans ak viabilité selilè soutni.

2. Pou Asire Sentèz Efikas Pwodwi Sib yo
Objektif fèmantasyon byofamasetik la se pa sèlman pou ankouraje pwoliferasyon selilè, men tou pou fasilite sentèz efikas pwodwi sib yo vle yo, tankou ensilin, antikò monoklonal, vaksen, ak anzim. Chemen byosentèz sa yo souvan mande anpil enèji, sitou sa ki sòti nan respirasyon aerobik. Anplis de sa, anpil sistèm anzimatik ki enplike nan sentèz pwodwi yo depann dirèkteman de oksijèn. Defisyans oksijèn ka deranje oswa diminye efikasite chemen sa yo.

Anplis, nivo DO yo aji kòm yon siyal regilasyon. Tou de konsantrasyon DO ki twò wo ak ki twò ba kapab:
- Chanje chemen metabolik selilè yo, pa egzanp, chanje soti nan respirasyon aerobik pou ale nan yon fèmantasyon anaerobik ki mwens efikas.
- Deklanche repons estrès selilè, sa ki mennen nan pwodiksyon sou-pwodwi endezirab.
- Enfliyanse nivo ekspresyon pwoteyin ekzojèn yo.

Lè yo kontwole nivo DO yo avèk presizyon nan diferan etap fèmantasyon an, li posib pou gide metabolis selilè a nan direksyon pou sentèz maksimòm pwodwi sib la, kidonk reyalize fèmantasyon ki gen gwo dansite ak gwo sede.

Entwodiksyon sou tablo koule dlo pou pwodui byofamasetik yo

3. Pou anpeche defisyans oswa twòp oksijèn
Mank oksijèn (ipoksi) ka gen konsekans grav:
Kwasans selilè ak sentèz pwodwi sispann.
Metabolis chanje pou ale nan chemen anaerobik, sa ki lakòz akimilasyon asid òganik tankou asid laktik ak asid asetik, ki bese pH milye kilti a epi ki ka anpwazonnen selil yo.
- Ipoksi pwolonje ka lakòz domaj irevokabl, epi rekiperasyon an pa konplè menm apre yo fin retabli rezèv oksijèn nan.

Twòp oksijèn (sipèsaturasyon) poze tou risk:
- Li ka pwovoke strès oksidatif ak fòmasyon espès oksijèn reyaktif (ROS), ki domaje manbràn selilè ak byomolekil.
- Twòp ayerasyon ak ajitasyon ogmante konsomasyon enèji ak depans fonksyònman, sa ki lakòz gaspiyaj resous ki pa nesesè.

4. Kòm yon paramèt kritik pou siveyans an tan reyèl ak kontwòl fidbak

DO se yon paramèt an tan reyèl, kontinyèl, ak konplè ki reflete kondisyon entèn sistèm fèmantasyon an. Chanjman nan nivo DO yo ka endike avèk sansiblite divès eta fizyolojik ak operasyonèl:
Kwasans rapid selil yo ogmante konsomasyon oksijèn, sa ki lakòz nivo DO yo diminye.
Rediksyon oswa inibisyon substrati a ralanti metabolis, sa ki diminye konsomasyon oksijèn epi lakòz nivo DO yo ogmante.
Kontaminasyon pa mikwo-òganis etranje yo chanje modèl konsomasyon oksijèn nan, sa ki mennen nan fluktuasyon DO anòmal epi ki sèvi kòm yon siyal avètisman bonè.
- Move fonksyònman ekipman yo, tankou pann ajitatè, blokaj tiyo vantilasyon, oswa salte filtè, kapab tou lakòz konpòtman DO anòmal.

Lè yo entegre siveyans DO an tan reyèl nan yon sistèm kontwòl otomatik, yo ka reyalize yon regilasyon presi nan nivo DO yo atravè ajisteman dinamik nan paramèt sa yo:
- Vitès brase: Ogmante vitès la amelyore kontak gaz-likid la lè li kraze bul yo, kidonk amelyore efikasite transfè oksijèn nan. Sa a se metòd ki pi souvan itilize a epi ki pi efikas.
- To aereyasyon: Ajiste to koule a oswa konpozisyon gaz admisyon an (pa egzanp, ogmante pwopòsyon lè oswa oksijèn pi).
- Presyon tank: Ogmante presyon an ogmante presyon pasyèl oksijèn, kidonk amelyore solubilite.
- Tanperati: Bese tanperati a ogmante solubilite oksijèn nan milye kilti a.

Rekòmandasyon pwodwi BOQU yo pou siveyans sou entènèt fèmantasyon byolojik: