Xov Xwm - Kev soj ntsuam cov qib Oxygen Dissolved hauv Bio Pharmaceutical Fermentation Process

Dissolved Oxygen yog dab tsi?

Dissolved Oxygen (DO) yog hais txog molecular oxygen (O_₂) uas yog yaj hauv dej. Nws txawv ntawm cov pa atoms uas muaj nyob rau hauv dej molecules (H_₂O), raws li nws muaj nyob rau hauv dej nyob rau hauv daim ntawv ntawm ywj siab oxygen molecules, los ntawm cov huab cua los yog generated los ntawm photosynthesis los ntawm cov dej nroj tsuag. Qhov concentration ntawm DO yog cuam tshuam los ntawm ntau yam, nrog rau qhov kub thiab txias, salinity, dej ntws, thiab kev ua haujlwm lom neeg. Yog li ntawd, nws ua haujlwm tseem ceeb rau kev ntsuas kev noj qab haus huv thiab kev ua qias tuaj ntawm thaj chaw dej.

Dissolved oxygen plays lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev txhawb nqa microbial metabolism, cuam tshuam rau cellular respiration, kev loj hlob, thiab biosynthesis ntawm cov khoom metabolic. Txawm li cas los xij, qib siab dua ntawm cov pa oxygen yaj tsis yog ib txwm muaj txiaj ntsig. Cov pa oxygen ntau dhau tuaj yeem ua rau cov metabolism ntxiv ntawm cov khoom sib xyaw thiab ua rau muaj kev phom sij. Qhov zoo tshaj plaws DO qib sib txawv ntawm cov kab mob sib txawv. Piv txwv li, thaum lub sij hawm biosynthesis ntawm penicillin, DO feem ntau khaws cia ntawm kwv yees li 30% huab cua saturation. Yog tias DO poob rau xoom thiab tseem nyob rau theem ntawd li tsib feeb, cov khoom tsim tuaj yeem ua rau tsis zoo. Yog tias tus mob no tseem nyob ntev li 20 feeb, kev puas tsuaj tsis tuaj yeem tshwm sim.

Tam sim no, feem ntau siv DO sensors tsuas yog ntsuas qhov txheeb ze ntawm huab cua saturation, tsis yog qhov tseeb concentration ntawm yaj oxygen. Tom qab sterilization ntawm kab lis kev cai nruab nrab, aeration thiab nplawm yog ua kom txog rau thaum lub sensor nyeem stabilizes, nyob rau hauv lub point tus nqi yog teem rau 100% huab cua saturation. Cov kev ntsuas tom ntej thaum lub sij hawm fermentation txheej txheem yog raws li qhov kev siv no. Qhov tseem ceeb DO tsis tuaj yeem txiav txim siab siv cov qauv ntsuas ntsuas thiab xav tau cov txuj ci siab dua, xws li polarography. Txawm li cas los xij, kev ntsuas huab cua saturation feem ntau txaus rau kev saib xyuas thiab tswj cov txheej txheem fermentation.

Nyob rau hauv ib lub fermenter, DO qib tuaj yeem sib txawv ntawm ntau thaj tsam. Txawm hais tias qhov kev nyeem ntawv ruaj khov tau txais ntawm ib qho, qhov kev hloov pauv tseem tuaj yeem tshwm sim hauv qee cov kab lis kev cai xov xwm. Cov fermenters loj dua yuav pom ntau qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv hauv DO qib, uas tuaj yeem cuam tshuam rau microbial kev loj hlob thiab kev tsim khoom. Kev sim ua pov thawj tau pom tias, txawm hais tias qhov nruab nrab DO theem yuav yog 30%, fermentation kev ua tau zoo nyob rau hauv cov kev hloov pauv tsis zoo yog qis dua hauv cov xwm txheej ruaj khov. Yog li ntawd, nyob rau hauv lub scale-up ntawm fermenters-tshaj qhov kev txiav txim siab ntawm geometric thiab lub hwj chim zoo sib xws-txo spatial DO variations tseem yog ib tug tseem ceeb tshawb fawb lub hom phiaj.

Vim li cas Dissolved Oxygen Monitoring tseem ceeb hauv Biopharmaceutical Fermentation?

1. Ua kom muaj kev loj hlob zoo ib puag ncig rau cov kab mob lossis cov cell
Kev lag luam fermentation feem ntau cuam tshuam nrog cov kab mob aerobic, xws li Escherichia coli thiab cov poov xab, los yog cov kab mob mammalian, xws li Suav Hamster Ovary (CHO) hlwb. Cov hlwb no ua haujlwm li "cov neeg ua haujlwm" hauv lub cev fermentation, xav tau cov pa oxygen rau kev ua pa thiab kev ua haujlwm hauv metabolic. Oxygen ua hauj lwm raws li lub davhlau ya nyob twg electron txais nyob rau hauv aerobic respiration, enabling zus tau tej cov zog nyob rau hauv daim ntawv ntawm ATP. Cov pa oxygen tsis txaus tuaj yeem ua rau lub cev tsis muaj zog, kev loj hlob raug ntes, lossis txawm tias cell tuag, thaum kawg ua rau fermentation tsis ua haujlwm. Kev soj ntsuam DO qib ua kom ntseeg tau tias cov pa oxygen nyob rau hauv qhov kev pom zoo rau kev loj hlob ntawm tes thiab kev muaj sia nyob.

2. Txhawm rau kom muaj txiaj ntsig zoo ntawm cov khoom lag luam
Lub hom phiaj ntawm biopharmaceutical fermentation tsis yog los txhawb kev loj hlob ntawm tes, tab sis txhawm rau pab txhawb kev sib txuas ntawm cov khoom lag luam uas xav tau, xws li insulin, monoclonal antibodies, tshuaj tiv thaiv, thiab enzymes. Txoj kev biosynthetic no feem ntau xav tau lub zog tawm tswv yim, feem ntau yog los ntawm kev ua pa aerobic. Tsis tas li ntawd, ntau lub tshuab enzymatic koom nrog hauv cov khoom sib txuas ncaj qha nyob ntawm oxygen. Oxygen deficiency yuav cuam tshuam los yog txo cov kev ua tau zoo ntawm txoj kev no.

Ntxiv mus, DO qib ua raws li kev cai teeb liab. Ob qhov ntau dhau thiab qis DO concentrations tuaj yeem:
- Hloov cellular metabolic txoj hauv kev, piv txwv li, hloov los ntawm aerobic ua pa kom tsawg dua anaerobic fermentation.
- Ua rau cov lus teb ntawm cov xov tooj ntawm tes, ua rau kev tsim cov khoom tsis zoo.
- cuam tshuam cov theem qhia ntawm exogenous proteins.

Los ntawm kev tswj hwm DO qib ntawm cov theem sib txawv ntawm fermentation, nws muaj peev xwm coj cov cellular metabolism mus rau qhov siab tshaj plaws lub hom phiaj khoom synthesis, yog li ua tiav high-density thiab high-yield fermentation.

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3. Txhawm rau tiv thaiv Oxygen Deficiency lossis ntau dhau
Oxygen deficiency (hypoxia) tuaj yeem ua rau muaj qhov tshwm sim loj:
- Kev loj hlob ntawm tes thiab cov khoom sib txuas tsis tu ncua.
- Metabolism hloov mus rau txoj hauv kev anaerobic, ua rau muaj cov organic acids xws li lactic acid thiab acetic acid, uas txo cov pH ntawm kab lis kev cai nruab nrab thiab tuaj yeem ua rau cov kab mob lom.
- Ntev hypoxia tuaj yeem ua rau muaj kev puas tsuaj tsis tuaj yeem, nrog kev rov ua tsis tiav txawm tias tom qab cov pa oxygen rov qab los.

Cov pa oxygen ntau dhau (supersaturation) kuj ua rau muaj kev pheej hmoo:
- Nws tuaj yeem ua rau muaj kev ntxhov siab oxidative thiab tsim cov pa oxygen reactive (ROS), uas ua rau cov cell membranes thiab biomolecules puas.
- Ntau dhau aeration thiab agitation nce lub zog noj thiab cov nqi ua haujlwm, ua rau cov khoom siv tsis tsim nyog.

4. Raws li ib qho tseem ceeb Parameter rau Real-Time saib xyuas thiab kev tawm tswv yim tswj

DO yog lub sijhawm tiag tiag, tsis tu ncua, thiab kev ntsuas dav dav uas qhia txog cov xwm txheej sab hauv ntawm cov txheej txheem fermentation. Cov kev hloov pauv hauv DO qib tuaj yeem qhia tau ntau yam kev ua haujlwm ntawm lub cev thiab kev ua haujlwm:
- Kev loj hlob sai ntawm tes ua rau kev siv cov pa oxygen, ua rau cov qib DO poob qis.
- Substrate depletion los yog inhibition slows metabolism, txo oxygen noj thiab ua rau DO qib nce.
- Kev kis kab mob los ntawm cov kab mob txawv teb chaws hloov pauv cov qauv siv oxygen, ua rau muaj qhov txawv txav ntawm DO thiab ua raws li lub cim ceeb toom ntxov.
- Cov khoom siv ua haujlwm tsis zoo, xws li kev sib tsoo tsis ua haujlwm, cov yeeb nkab thaiv qhov cua, lossis lim fouling, tuaj yeem ua rau tus cwj pwm tsis zoo.

Los ntawm kev sib koom ua ke ntawm DO saib xyuas hauv lub sijhawm tiag tiag rau hauv kev tswj hwm kev tawm tswv yim, kev tswj hwm ntawm DO qib tuaj yeem ua tiav los ntawm kev hloov pauv hloov pauv ntawm cov kev txwv hauv qab no:
- Kev sib tw ceev: Ua kom qhov nrawm txhim kho cov roj-kua sib cuag los ntawm kev tawg npuas, yog li txhim kho cov pa oxygen hloov pauv. Qhov no yog txoj kev siv ntau tshaj plaws thiab siv tau zoo.
- Aeration tus nqi: Kho tus nqi txaus los yog muaj pes tsawg leeg ntawm inlet gas (piv txwv li, nce qhov feem ntawm huab cua los yog ntshiab oxygen).
- Tank siab: Kev siab siab nce oxygen ib feem siab, yog li txhim kho solubility.
- Kub: Txo qhov kub thiab txias nce oxygen solubility hauv kab lis kev cai nruab nrab.

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